CN115265487B - 一种基于摄影测量原理的站台限界仪及测量方法 - Google Patents

一种基于摄影测量原理的站台限界仪及测量方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于摄影测量原理的站台限界仪及测量方法，涉及铁路站台限界检测技术领域。本发明通过在站台两侧分别设置测量站，两侧测量站配合工作，确保获取完整的站台信息。测量站具有自动行走能力，完成对全站台的扫描，扫描得到的站台信息由测量系统自动进行解算，通过站台边缘点物方坐标、铁轨上表面与测量横截面交线的空间方程以及两条铁轨上表面在测量横截面的公切线等参数，解算出站台限界横向尺寸和限界垂向尺寸等限界尺寸，实现对站台的常驻、实时限界高精度检测。

Description

一种基于摄影测量原理的站台限界仪及测量方法
技术领域
本发明涉及铁路站台限界检测技术领域，更具体的说是涉及一种基于摄影测量原理的站台限界仪及测量方法。
背景技术
铁路站台作为列车停靠的重要设施，在运营当中会出现不同程度的沉降及位移，导致站台发生不同程度的变形，从而出现站台侵限的现象。站台产生侵限现象时，容易引发列车剐蹭等事故，给旅客和列车行车带来安全隐患，影响正常行车秩序。因此，铁路部门要求对站台限界进行动态管理，根据《铁路技术管理规程》的相关规定，铁路房建单位应加强房屋建(构)筑物建筑限界的管理和检测，限界检测每季度不少于一次，遇发生影响限界变化时(如施工、站台变形和沉降等)，应随时测量。
目前站台限界测量工作主要通过接触式的限界设备进行限界检测，即使用传统标尺类测量工具如站台限界尺等进行测量。此种测量方法需要在夜间天窗点内进行，影响了正常的车辆调度，夜间车辆密度难以提高；作业人员夜间作业易产生疲劳，作业效率低；测量操作过程复杂，测量精度与测量人员技术水平密切相关，测量存在人为误差；测量人工成本高，作业人员存在生命安全隐患。随着我国铁路高速发展，铁路部门更加重视对站台的精细化管理，传统限界测量的弊端难以忽视。
发明内容
为了克服传统限界测量影响车辆调度、测量精度不理想、人工成本高以及工作效率低等缺陷，本发明提供了一种基于摄影测量原理的站台限界仪及测量方法，通过在站台两侧分别设置测量站，两侧测量站配合工作，确保获取完整的站台信息。测量站具有自动行走能力，完成对全站台的扫描，扫描得到的站台信息由测量系统自动进行解算，通过站台边缘点物方坐标、铁轨上表面与测量横截面交线的空间方程以及两条铁轨上表面在测量横截面的公切线等参数，解算出站台限界横向尺寸和限界垂向尺寸等限界尺寸，实现对站台的常驻、实时限界高精度检测。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
本发明公开了一种基于摄影测量原理的站台限界仪，包括测量站，所述测量站为两组，分别为第一测量站和第二测量站，所述第一测量站和所述第二测量站对称的设置于轨道的两侧；所述测量站包括行走机构、稳定云台和测量吊舱，测量吊舱外部包括防水外罩和防水视窗，测量吊舱内设置有激光投线仪、双目导航相机、双目测量相机。
可选的，所述行走机构依靠稳定云台与测量吊舱连接。
本发明还公开了一种基于摄影测量原理的站台限界测量方法，包含以下步骤：
所述第一测量站上的双目测量相机与第二测量站上的双目测量相机相互定位，坐标系统一；
在标定场内标定第一测量站上的双目测量相机的焦距和外方位元素，并由第一测量站上的双目测量相机拍摄第二测量站上的双目测量相机，测定第二测量站上的双目测量相机的外方位元素以及与之相对应的移站关键点；
在标定场完成标定后，所述测量站投入待测场景，第二双目测量相机拍摄铁轨，第一测量站上的双目测量相机拍摄第二测量站上的双目测量相机，通过对第二测量站上的双目测量相机各定位关键点的再测定，结合移站算法，完成第二测量站上的双目测量相机外方位元素的计算。
可选的，还包括激光投线仪在无纹理的铁轨上投映纹理，纹理包括但不限于斑块、条纹。
可选的，还包括第一测量站和第二测量站利用站台地面预设的控制点为站台限界仪进行实时定位。
可选的，还包括行走机构采用视觉导航，用于实现第一测量站的行走机构和第二测量站的行走机构的同步移动。
经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种基于摄影测量原理的站台限界仪及测量方法，基于摄影测量原理的站台限界仪采用两侧测量站互相定位，达到了坐标系的统一，实现不依赖现场控制点，直接解算测量相机外方位元素，完成站台限界测量的目的。采用纹理映射技术，弥补了传统激光测量方法获取点云信息不完整的缺陷，克服铁轨表面光滑造成部分信号点缺失难以拟合高精度曲线的困难，采用摄影测量原理实现曲面特征点捕捉，完成高精度拟合，提高测量精度。上述基于摄影测量原理的站台限界仪可依靠站台地面预设的控制点为站台限界仪进行实时定位，方便使用者实时掌握设备动向。综上所述，本发明自动化程度高，操作简便，测量精度高，可实现站台限界仪在站台的常驻、实时高精度检测。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为站台限界仪现场布置示意图；
图2为测量站示意图；
图3为测量吊舱示意图；
图4为去除防水视窗的测量吊舱示意图；
图中，1.第一测量站，2.第二测量站，3.行走机构，4.稳定云台，5.测量吊舱，6.防水外罩，7.防水视窗，8.第一激光投线仪，9.导航相机第一目，10.导航相机第二目，11.测量相机第一目，12.测量相机第二目，13.第二激光投线仪。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例公开了一种基于摄影测量原理的站台限界仪，如图1-4所示，包括：测量站，测量站包括第一测量站1和第二测量站2。其中第一测量站1和第二测量站2为完全相同的装置。测量站的具体设置为：行走机构3、设置于行走机构3上的稳定云台4，稳定云台上安装有测量吊舱5，测量吊舱内设置有导航相机第一目9，导航相机第二目10，第一激光投线仪8，第二激光投线仪13和测量相机第一目11，测量相机第二目12。
具体而言，行走机构采用视觉导航的方法，第一测量站1和第二测量站2同步移动；双目导航相机设置于测量吊舱5内，为行走机构选定路径选址区；第一激光投线仪8或第二激光投线仪13向测量区域内的无纹理铁轨投射纹理。
具体而言，两侧双目测量相机的预标定在标定场内进行，将基于摄影测量原理的站台限界仪置于标定场进行标定，标定场由若干支承柱组成的笼架以及安装在各支承柱之上的标定块组成，标定块是以迈卓诺公司生产的三坐标光笔测量仪为预设标定测量工具设计的，标定块的正面对称地分布有四个直径与光笔测量仪红宝石头直径相同，深度与光笔测量仪红宝石头半径相同盲孔。
在本实施例中还公开了一种基于摄影测量原理的站台限界测量方法，包含以下步骤：
第一测量站1上的双目测量相机与第二测量站2上的双目测量相机相互定位，坐标系统一；
在标定场内标定第一测量站1上的双目测量相机的焦距和外方位元素，并由第一测量站1上的双目测量相机拍摄第二测量站2上的双目测量相机，测定第二测量站2上的双目测量相机的外方位元素以及与之相对应的移站关键点；
在标定场完成标定后，测量站投入待测场景，第二双目测量相机拍摄铁轨，第一测量站1上的双目测量相机拍摄第二测量站2上的双目测量相机，通过对第二测量站2上的双目测量相机各定位关键点的再测定，结合移站算法，完成第二测量站2上的双目测量相机外方位元素的计算。
在本实施例中，还包括激光投线仪在无纹理的铁轨上投映纹理，纹理包括但不限于斑块、条纹；，还包括第一测量站1和第二测量站2利用站台地面预设的控制点为站台限界仪进行实时定位；还包括行走机构采用视觉导航，用于实现第一测量站1的行走机构和第二测量站2的行走机构的同步移动。
在另一实施例中，还公开了将基于摄影测量原理的站台限界仪置于标定场内，通过测量孔的位置可得到标定块表面中心点的物方坐标。在像平面坐标系内，由于标定块四周有明确的周向特征点，通过选择标定块的四个角点，获取它们的像平面坐标并取平均值的方法，亦可以计算得到标定块表面中心的坐标。建立一个基于标定场的整体坐标系，实现第一测量站1的双目测量相机的外方位元素标定，以及第二测量站2的双目测量相机的一个外方位元素及对应定位关键点的标定后，即可脱离标定场。将基于摄影测量原理的站台限界仪放置于站台两侧，调整第二测量站2的双目测量相机以合适距离、角度拍摄测量区域内铁轨，通过第一测量站1的双目测量相机重新测定第二测量站2的双目测量相机移站关键点的物方坐标，实现第二测量站2的双目测量相机外方位元素的迁移计算，完成站台限界测量。
其中，移站算法的基本原理如下：
移站算法是基于与坐标系构成刚体的点系中各点的物方坐标，通过奇异值分解运算，得到旋转矩阵R及平移矩阵S，使得原始坐标系中各点的参数矩阵P与移站操作后，各点的参数矩阵Q满足关系：
Q＝R·P+S
移站算法的优势：
在传统近景摄影测量方法中，外方位元素的获取依赖于基于控制点系的后方交会运算，这使得多目测量系统外方位元素的获取无法摆脱对于控制点系的依赖。
基于移站算法构建视觉测量系统后，多目测量系统就可以摆脱控制点系，在工程现场，依据内部参数，实现高精度测量。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (4)

1.一种基于摄影测量原理的站台限界测量方法，其特征在于，包括：测量站，所述测量站为两组，分别为第一测量站(1)和第二测量站(2)，所述第一测量站(1)和所述第二测量站(2)对称的设置于轨道的两侧；所述测量站包括行走机构(3)、稳定云台(4)和测量吊舱(5)，测量吊舱(5)外部包括防水外罩(6)和防水视窗(7)，测量吊舱(5)内设置有激光投线仪、双目导航相机、双目测量相机；
所述行走机构(3)依靠稳定云台与测量吊舱(5)连接；
所述第一测量站(1)上的双目测量相机与第二测量站(2)上的双目测量相机相互定位，坐标系统一；
在标定场内标定第一测量站(1)上的双目测量相机的焦距和外方位元素，并由第一测量站(1)上的双目测量相机拍摄第二测量站(2)上的双目测量相机，测定第二测量站(2)上的双目测量相机的外方位元素以及与之相对应的移站关键点；
在标定场完成标定后，所述测量站投入待测场景，第二双目测量相机拍摄铁轨，第一测量站(1)上的双目测量相机拍摄第二测量站(2)上的双目测量相机，通过对第二测量站(2)上的双目测量相机各定位关键点的再测定，结合移站算法，完成第二测量站(2)上的双目测量相机外方位元素的计算；
移站算法是基于与坐标系构成刚体的点系中各点的物方坐标，通过奇异值分解运算，得到旋转矩阵R及平移矩阵S，使得原始坐标系中各点的参数矩阵P与移站操作后，各点的参数矩阵Q满足关系：
Q＝R·P+S；
测量站具有自动行走能力，完成对全站台的扫描，扫描得到的站台信息由测量系统自动进行解算，通过站台边缘点物方坐标、铁轨上表面与测量横截面交线的空间方程以及两条铁轨上表面在测量横截面参数，解算出站台限界尺寸，实现对站台的高精度检测。
2.根据权利要求1所述的一种基于摄影测量原理的站台限界测量方法，其特征在于，
还包括激光投线仪在无纹理的铁轨上投映纹理，纹理包括但不限于斑块、条纹。
3.根据权利要求1所述的一种基于摄影测量原理的站台限界测量方法，其特征在于，
还包括第一测量站(1)和第二测量站(2)利用站台地面预设的控制点为站台限界仪进行实时定位。
4.根据权利要求3所述的一种基于摄影测量原理的站台限界测量方法，其特征在于，还包括行走机构采用视觉导航，用于实现第一测量站(1)的行走机构和第二测量站(2)的行走机构的同步移动。
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