一种基于定位系统的铁路测量小车的里程校准方法

1.一种基于定位系统的铁路工程测量小车的里程校准方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：小车根据其车身上设置的光敏传感器的感光数值，判断小车目前处于隧道内还是隧道外；若小车处于隧道内，进入步骤2；若小车处于隧道外，进入步骤5；步骤2：小车处于隧道内，则进一步根据小车的内外轮上分别设置的压力传感器感应的压力数值，判断小车目前处于轨道上还是无轨道区域；若小车处于无轨道区域，则进入步骤3；若小车处于轨道上，则进入步骤4；步骤3：小车处于隧道内，且没有位于轨道上，则采用小车上设置三维激光扫描仪实现建模定位，获得扫描建模坐标数据，并作为小车的实时坐标，返回步骤1；步骤4：小车处于隧道内，且处于轨道上，则采用小车车轮上设置的里程计计数，获得行进距离；通过行进距离获得里程坐标数据，并作为小车实时坐标，返回步骤1；步骤5：小车处于隧道外，则进一步根据小车车身上设置的信号接受设备的信号值，判断小车接收信号能否达到设定强度；若小车接收的信号达到设定信号强度，则进入步骤6；否则进入步骤7；步骤6：小车在接收的信号达到设定信号强度时，通过实时动态载波相位差分技术实现小车的坐标数据测量，获得小车的差分定位坐标，并作为小车的实时坐标，并返回步骤1；步骤7：小车接收的信号没有达到设定的信号强度，则进一步根据小车的内外轮上分别设置的压力传感器感应的压力数值，判断小车目前处于轨道上还是无轨道区域；若小车处于无轨道区域，则进入步骤8；若小车处于轨道上，则进入步骤9；所述里程坐标数据以及行进距离的计算过程中，采用颠簸误差消除法，来消除或减小小车因颠簸产生的行进距离测量误差；颠簸误差消除法包括如下步骤：步骤S1：小车内置的水平仪获取小车的倾斜角度；若倾斜角度超出设定的范围，则认为小车正在通过坡地或洼地，此时通过里程计获取小车与倾斜角度对应的初速度，进入步骤S2；若倾斜角度没有超出设定范围，则认为小车正在平地行驶，进入步骤S5；步骤S2：根据内外轮上设置的压力传感器判断小车是否存在腾空；若小车存在腾空，则进入步骤S3：否则进入步骤S4；步骤S3：小车腾空越过坡地或者洼地，通过水平仪结合内外轮上设置的压力传感器，获得小车腾空瞬间的腾空角度以及腾空初速度，模拟计算获得小车的腾空轨迹与落地坐标，根据落地坐标获得小车的行进距离，结束步骤；步骤S4：小车无腾空经过坡地或洼地，根据水平仪获得的小车倾斜角度，判断小车经过坡地还是洼地，其中若倾斜角度大于设定范围的最大值，则认为小车通过坡地；若倾斜角度小于设定范围的最小值，则认为小车通过洼地；进入步骤S5；步骤S5：通过水平仪结合里程计，获得小车在各个方向上的行进距离，结束步骤；所述步骤S1中，倾斜角度表示与水平面的倾角；所述步骤S2中，若小车内外轮上设置的压力传感器的压力感应数值突变为0，则认为小车出现腾空现象，并将压力传感器的压力感应数值突变为0的瞬间作为小车腾空的瞬间；所述步骤S3中小车的腾空轨迹与落地坐标的模拟计算，首先通过水平仪获得小车的行进方向θ 1 ，以及获得在小车的压力传感器突变为0的瞬间，小车与水平面形成的腾空角度θ 0 ；通过小车上设置的里程计获得小车腾空瞬间的腾空初速度v 0 ；根据抛物线定理，得到如下算式：ΔZ′ 2 ＝0其中，Δs′表示小车在平面内的腾空位移计算距离；Δy 2 ′表示小车在空间位置坐标中的Y方向上的平面内腾空位移计算距离；Δx 2 ′表示小车在空间位置坐标中的X方向上的平面内腾空位移计算距离；t′表示小车腾空后落回腾空瞬间所处平面的腾空计算时间；g表示重力加速度；平面内腾空位移计算距离表示小车腾空后落回腾空瞬间所处的水平面的位移计算距离；为了确保小车的离地和落地前后无落差，将平面内腾空计算时间t′，与实际腾空时间t 0 进行比较，其中实际腾空时间t0表示压力传感器持续为0的时间长度；若|t-t 0 |小于设定的阈值，则不需要对其进行修正，直接将Δy 2 ′、Δx 2 ′以及ΔZ′ 2 代入小车在各方向上的行进距离累计中；若|t-t 0 |大于设定的阈值，则根据如下公式进行修正，修正公式为：其中，Δy 2 * 表示小车在Y方向修正后的腾空位移计算距离；Δx 2 * 表示小车在X方向修正后的腾空位移计算距离；Δz 2 * 表示小车在Z方向修正后的腾空位移计算距离；将修正后的Δx 2 * 、Δy 2 * 以及Δz 2 * 代入小车在各方向上的行进距离累计中；所述步骤S5中小车在各个方向上的行进距离通过基于勾股定理计算小车行进距离的算式获得；其中小车在各个方向上的行进距离如下式所示：其中，Δy 2 表示小车在Y方向上的行进距离；Δx 2 表示小车在X方向上的行进距离；Δz 2 表示小车在Z方向上的行进距离；t 1 表示内外轮上的压力传感器由平地上的平地压力数值转变为非平地压力数值后重新变为平地压力数值所经过的时间，或者为水平仪倾斜角度由零转变为非零值后重新归零所经过的时间，其中平地压力数值为水平仪为0时的压力传感器的压力感应值；v t 表示小车在t时刻由里程计获得的行进速度；θ t 表示水平仪在t时刻感应到的倾斜角度；θ 2t 为θ t 的补角；步骤8：小车没有处于轨道上，通过实时动态载波相位差分技术结合小车车轮上设置的里程计以及小车上设置三维激光扫描仪，综合判断小车的实时位置，并返回步骤1；所述步骤8中通过实时动态载波相位差分技术结合小车车轮上设置的里程计以及小车上设置三维激光扫描仪，综合判断小车的实时位置，包括如下步骤：步骤81：判断距当前时间最接近的一次小车接收的信号达到设定的信号强度的时间节点t’，取该时间节点对应的实时动态载波相位差分技术获得小车的差分定位坐标(x’1，y’1，z’1)；步骤82：获取该时间节点t’到当前时间内的里程计采集的行进距离△l；步骤83：以差分定位坐标(x’1，y’1，z’1)为圆心，行进距离△l为半径，画圆；圆形区域的范围表示当前小车的位置范围；步骤84：判断当前时间通过实时动态载波相位差分技术获得小车的差分定位坐标(x1，y1，z1)与时间节点t’的差分定位坐标(x’1，y’1，z’1)的距离与行进距离△l的大小关系；其中若 则以当前时间的差分定位坐标(x1，y1，z1)作为小车实时坐标；若 则以三维激光扫描仪扫描获得的扫描建模坐标数据(x3，y3，z3)作为小车实时坐标；结束步骤；步骤9：小车处于轨道上，则通过实时动态载波相位差分技术结合小车车轮上设置的里程计，综合判断小车的实时位置，并返回步骤1；所述步骤9中，通过实时动态载波相位差分技术结合小车车轮上设置的里程计，综合判断小车的实时位置，包括如下步骤：步骤91：判断距当前时间最接近的一次小车接收的信号达到设定的信号强度的时间节点t’，取该时间节点对应的实时动态载波相位差分技术获得小车的差分定位坐标(x’1，y’1，z’1)；步骤92：获取该时间节点t’到当前时间内的里程计采集的行进距离△l；步骤93：以差分定位坐标(x’1，y’1，z’1)为圆心，行进距离△l为半径，画圆；圆形区域的范围表示当前小车的位置范围；步骤94：判断当前时间通过实时动态载波相位差分技术获得小车的差分定位坐标(x1，y1，z1)与时间节点t’的差分定位坐标(x’1，y’1，z’1)的距离与行进距离△l的大小关系；其中若 则以当前时间的差分定位坐标(x1，y1，z1)作为小车实时坐标；若 则以小车的里程计获得里程坐标数据(x2，y2，z2)作为小车实时坐标；结束步骤。 2.根据权利要求1所述的一种基于定位系统的铁路工程测量小车的里程校准方法，其特征在于，所述步骤1通过光敏传感器的感光变化率，判断小车处于隧道内还是隧道外，设定感光度的参数为λ，取设定时间间隔的感光变化率Δλ；将感光变化率Δλ的绝对值与设定的感光变化阈值Δλ 0 进行比较，如下所示：其中对于|Δλ|≤Δλ 0 的情况，若上一段的时间间隔内的小车的状态为隧道内，则保持小车的状态为隧道内；反之，若上一段的时间间隔内的小车的状态为隧道外，则保持小车的状态为隧道外。 3.根据权利要求1所述的一种基于定位系统的铁路工程测量小车的里程校准方法，其特征在于，所述步骤2中的内外轮包括内侧轨道轮以及外侧胶轮，其中内侧轨道轮用于在轨道上行进，外侧胶轮用于在地面行进；内侧轨道轮以及外侧胶轮上均设置有压力传感器，其中若外侧胶轮上的压力传感器感应到的压力大于设定压力值，则认为小车在无轨道区域行进；若内侧轨道轮上压力传感器感应到的压力大于设定压力值，则认为小车在轨道上行进。 4.根据权利要求1所述的一种基于定位系统的铁路工程测量小车的里程校准方法，其特征在于，所述步骤3中，小车通过车身上设置的三维激光扫描仪对于其所在的空间进行空间全断面非接触扫描测量；其中在标定点设置有标志，标志为黑白相间的反光十字标靶或者标志球；三维激光扫描仪获取坐标信息的过程包括如下步骤：步骤31：小车通过三维激光扫描仪扫描获取并存储标定点的位置信息；其中标定点的位置信息包括标定点在同一空间坐标系或参考系下的空间坐标以及标定点表面光谱特性的点云数据；步骤32：小车通过三维激光扫描仪扫描获取空间中其他实体的空间坐标以及其表面光谱特性的点云数据集合；步骤33：通过点云拼接和滤波分析，获得空间的三维实体模型；步骤34：通过三维实体模型中的标定点，获得目标点的扫描建模坐标数据(x3，y3，z3)；在步骤34中，扫描建模坐标是相对标定点获得的，标定点的地理位置事先进行设定；根据标定点的地理位置，结合目标点相对标定点的扫描建模坐标数据，获得目标点的地理位置。 5.根据权利要求1所述的一种基于定位系统的铁路工程测量小车的里程校准方法，其特征在于，所述步骤4中小车通过车轮上设置的里程计，获得行进距离△l以及行进速度v，结合小车上设置的水平仪，获得小车在各个方向上的行进距离，并根据行进距离的累计，获得里程坐标数据(x2，y2，z2)。 6.根据权利要求1所述的一种基于定位系统的铁路工程测量小车的里程校准方法，其特征在于，所述步骤6中的实时动态载波相位差分技术的定位包括如下步骤：步骤61：基准站通过数据链将观测值和测站坐标信息关联传输给流动站；步骤62：流动站接收观测值和测站坐标信息，并通过卫星采集卫星观测数据；步骤63：流动站将接收和采集的数据组成差分观测值，获得流动站的差分定位坐标；所述步骤61中的流动站为小车。