一种基于卫星定位的铁路弯道测绘方法与流程

本发明属于铁路测绘技术领域，具体涉及一种基于卫星定位的铁路弯道测绘方法。

背景技术：

为保证列车的安全运行，需要借助卫星定位技术，对铁路的关键位置及关键路段进行精确测绘。目前，rtk测量仪是一种较常用的测绘设备。但在针对铁路弯道测绘时，采用间距打点、折线拟合的方式，现有市面上的rtk测量仪都需要通过人工判断并选取待测点，无法自动找到关键测量点，这样打点的间距过大会导致误差增大，间距较小又会让测绘点数量增大，测绘也不够高效和智能。

为解决rtk测量仪的不足，亟需开发一种通过实时监控打自动找到关键测绘点，并可控误差内减少测量点数量，实现铁路弯道的高效智能化测绘的铁路弯道测绘方法。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种通过实时监控打自动找到关键测绘点，并可控误差内减少测量点数量，实现铁路弯道的高效智能化测绘的铁路弯道测绘方法。

上述目的是通过如下技术方案实现：一种基于卫星定位的铁路弯道测绘方法，包括如下步骤：

(1)参考线的确定：实时定位，确定测量起点，开始自动绘图，在铁路上选择距测量起点预定距离的基准点，测量起点与基准点的连线作为参考线；

(2)确定第一个关键测绘点：沿铁路继续前行并实时检测，实时计算当前位置和基准点的连线与参照线的夹角以及上述连线距离，当上述夹角在170°＜θ＜175°，且当前位置和基准点的连线距离小于40m时，提示到达第一个关键测绘点，完成此点的测绘并自动刷新测绘线路图，设第一个关键测绘点与基准点的连线为第一参照连线；

(3)沿铁路继续前行并实时检测，实时计算当前位置到上个关键测绘点的连线与第一参照连线的夹角以及上述连线距离，上述夹角在170°＜θ＜175°，且当前位置和上个关键测绘点的连线距离小于40m时，提示到达关键测绘点，完成此点的测绘并自动刷新测绘线路图，设第二个关键测绘点与第一个关键测绘点的连线为第二参照连线；

(4)重复步骤(3)直至到测绘终点；

(5)计算铁路弯道总长。

进一步的技术方案是，所述步骤(1)中基准点距测量起点预定距离为10m。该距离不宜太大或太小，由于弯道是弧线，参考线为直线，参考线太长则初始误差较大，会导致后续误差的叠加；而由于实际计算过程中可能计算点与实际基准点有偏差，这样参考线太短，计算结果的偏差可能就会越大。

由于铁路弯道的半径一般大于200m，取200m计算时，当基准点距测量起点预定距离s＝10m时，可计算得到两点之间的弧长l＝10.00104m，圆心角2.86508°，误差0.00104m，误差可控范围内。

进一步的技术方案是，所述步骤(2)和步骤(3)中两点连线距离计算方法如下：将卫星定位获得的测绘点之间的经纬度角度转变为弧度，然后计算两测绘点之间经纬度对应的弧度差，再利用如下公式进行计算：

相邻关键测绘点之间经纬度对应的弧度差的计算公式如下：

a＝y2-y1

b＝x2-x1

其中，任意两点的坐标分别为p1(x1，y1)和p2(x2，y2)，a和b分别为p1和p2两点经纬度对应的弧度差，r为地球半径6378.137km，s为p1和p2两点的连线距离。

进一步的技术方案是，弯道的总距离计算公式如下：

s总＝s1+s2+……+sn

其中，s总为弯道的总距离，s1为第一个关键测绘点与基准点的连线距离，s2为第二个关键测绘点与第一个关键测绘点的连线距离，sn为第n个关键测绘点与第n-1个关键测绘点的连线距离。

将经纬度角度转变为弧度的公式为rad＝degree*pi/180，pi为圆周率π。

进一步的技术方案是，关键测绘点之间的连线的夹角的计算公式如下：

θ＝acos(cosθ)*180/pi

cosθ＝(a^2+b^2-c^2)/2ab

其中，相邻三关键测绘点坐标点分别为p1(x1,y1)、p2(x2,y2)和p3(x3,y3)，a、b、c分别为线段p1p2、p2p3、p1p3的长度，pi为圆周率π。

进一步的技术方案是，利用测绘系统完成铁路弯道测绘，所述测绘系统包括坐标采集器、搭载有测绘软件的测绘终端、服务器和差分站，所述服务器与差分站、测绘终端通信连接，所述测绘终端与所述坐标采集器通信连接。

进一步的技术方案是，所述差分站连续观测卫星导航信号并实时发送至服务器，所述服务器接受实时定位数据，并输出差分数据至测绘终端，所述坐标采集器基于卫星定位通过载波相位差分技术，可实时得到高进度定位精度的定位数据并输出至测绘终端，测绘终端通过测绘软件负责监控、测量以及绘制线路示意图。坐标采集器是一种基于卫星定位的装置，三模八频，通过载波相位差分技术，可实时得到厘米级定位精度，且灵敏度高、体积小。

进一步的技术方案是，所述测绘终端为手机，手机通过蓝牙与坐标采集器通信。

综上所述，本发明针对铁路弯道半径较大的特点，通过实时监控打点的间距和相邻折线的夹角，自动找到关键测绘点，在可控误差内减少测量点数量，测量精度高，实现铁路弯道的高效智能化测绘。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1为本发明一种实施方式所涉及的基于卫星定位的铁路弯道测绘方法；

图2为本发明一种实施方式所涉及的测绘系统的连接结构和信号传输示意图；

图3为本发明一种实施方式所涉及的测绘方法红弯道弧长与弦长的计算示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行详细描述，本部分的描述仅是示范性和解释性，不应对本发明的保护范围有任何的限制作用。此外，本领域技术人员根据本文件的描述，可以对本文件中实施例中以及不同实施例中的特征进行相应组合。

一种基于卫星定位的铁路弯道测绘方法，如图1，包括如下步骤：

(1)参考线的确定：实时定位，确定测量起点，开始自动绘图，在铁路上选择距测量起点预定距离的基准点，测量起点与基准点的连线作为参考线；

(2)确定第一个关键测绘点：沿铁路继续前行并实时检测，实时计算当前位置和基准点的连线与参照线的夹角以及上述连线距离，当上述夹角在170°＜θ＜175°，且当前位置和基准点的连线距离小于40m时，提示到达第一个关键测绘点，完成此点的测绘并自动刷新测绘线路图，设第一个关键测绘点与基准点的连线为第一参照连线；

(3)沿铁路继续前行并实时检测，实时计算当前位置到上个关键测绘点的连线与第一参照连线的夹角以及上述连线距离，上述夹角在170°＜θ＜175°，且当前位置和上个关键测绘点的连线距离小于40m时，提示到达关键测绘点，完成此点的测绘并自动刷新测绘线路图，设第二个关键测绘点与第一个关键测绘点的连线为第二参照连线；

(4)重复步骤(3)直至到测绘终点；

(5)计算铁路弯道总长。

上述实施例的基础上，本发明另一实施例中，如图1，所述步骤(1)中基准点距测量起点预定距离为10m。该距离不宜太大或太小，由于弯道是弧线，参考线为直线，参考线太长则初始误差较大，会导致后续误差的叠加；而由于实际计算过程中可能计算点与实际基准点有偏差，这样参考线太短，计算结果的偏差可能就会越大。

由于铁路弯道的半径一般大于200m，取200m计算时，当基准点距测量起点预定距离s＝10m时，可计算得到两点之间的弧长l＝10.00104m，圆心角2.86508°，误差0.00104m，误差可控范围内。

上述实施例的基础上，本发明另一实施例中，所述步骤(2)和步骤(3)中两点连线距离计算方法如下：将卫星定位获得的测绘点之间的经纬度角度转变为弧度，然后计算两测绘点之间经纬度对应的弧度差，再利用如下公式进行计算：

相邻关键测绘点之间经纬度对应的弧度差的计算公式如下：

a＝|y2-y1|

b＝|x2-x1|

其中，任意两点的坐标分别为p1(x1，y1)和p2(x2，y2)，a和b分别为p1和p2两点经纬度对应的弧度差，r为地球半径6378.137km，s为p1和p2两点的连线距离。

上述实施例的基础上，本发明另一实施例中，如图1，弯道的总距离计算公式如下：

s总＝s1+s2+……+sn

其中，s总为弯道的总距离，s1为第一个关键测绘点与基准点的连线距离，s2为第二个关键测绘点与第一个关键测绘点的连线距离，sn为第n个关键测绘点与第n-1个关键测绘点的连线距离。

将经纬度角度转变为弧度的公式为rad＝degree*pi/180，pi为圆周率π。

上述实施例的基础上，本发明另一实施例中，如图1，关键测绘点之间的连线的夹角的计算公式如下：

θ＝acos(cosθ)*180/pi

cosθ＝(a^2+b^2-c^2)/2ab

其中，相邻三关键测绘点坐标点分别为p1(x1,y1)、p2(x2,y2)和p3(x3,y3)，a、b、c分别为线段p1p2、p2p3、p1p3的长度，pi为圆周率π。

上述实施例的基础上，本发明另一实施例中，如图2，利用测绘系统完成铁路弯道测绘，所述测绘系统包括坐标采集器、搭载有测绘软件的测绘终端、服务器和差分站，所述服务器与差分站、测绘终端通信连接，所述测绘终端与所述坐标采集器通信连接。

上述实施例的基础上，本发明另一实施例中，如图2，所述差分站连续观测卫星导航信号并实时发送至服务器，所述服务器接受实时定位数据，并输出差分数据至测绘终端，所述坐标采集器基于卫星定位通过载波相位差分技术，可实时得到高进度定位精度的定位数据并输出至测绘终端，测绘终端通过测绘软件负责监控、测量以及绘制线路示意图。坐标采集器是一种基于卫星定位的装置，三模八频，通过载波相位差分技术，可实时得到厘米级定位精度，且灵敏度高、体积小。

上述实施例的基础上，本发明另一实施例中，如图2，所述测绘终端为手机，手机通过蓝牙与坐标采集器通信。

到达关键测绘点的判定条件的确定方法如下：

如图3所示，弯道弧长l与弦长s误差计算：

sin(n/2)＝(s/2)/r，其中n为圆心角度

l＝α*r，其中α为弧度

l＝2*arcsin((s/2)/r)*r

铁路弯道的半径一般大于200m，此处取200m计算：

s＝10m时，l＝10.00104m，圆心角2.86508°，误差0.00104m；

s＝20m时，l＝20.00836m，圆心角5.73196°，误差0.00836m；

s＝40m时，l＝40.06680m，圆心角11.47834°，误差0.0668m，

我们期望误差在控制在8cm之内以保证测绘精度，此处取整，即圆心角n＝10°且弦长s＝40m作为临界值，那么对应的折线夹角θ＝180°-10°＝170°，随着走动距离增到夹角从180°逐渐减小，当达到175°时提示可测绘，当小于170°时提示超出范围，所以最终判断条件为夹角170°＜θ＜175°且距离小于40m。

综上所述，本发明针对铁路弯道半径较大的特点，通过实时监控打点的间距和相邻折线的夹角，自动找到关键测绘点，在可控误差内减少测量点数量，测量精度高，实现铁路弯道的高效智能化测绘。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。