一种高速铁路CPIII控制网复测方法、装置与流程

本发明涉及测绘技术领域，尤其涉及的是一种高速铁路cpiii控制网复测方法、装置、计算机设备及存储介质。

背景技术：

截至2019年底，全国高速铁路营业里程达3.5万km，覆盖32个省份，商业运营时速最高350km。中国拥有世界上最发达的高铁网。在大量高铁新线密集开通运营、大批新技术装备投入使用、旅客发送量持续创新高的情况下，需要始终把高铁安全监管放在首位，确保广大旅客安全出行。安全运维是高速铁路的生命，而cpiii快速复测是支撑高铁轨道精细化安全运维的关键。因此，高速铁路cpiii控制网的快速、准确复测是国家重大需求。

cpiii是轨道控制网,主要为轨道铺设和运营维护提供控制基准。cpiii平面控制网观测采用带自动照准功能的高精度全站仪,在自由设站点上对cpiii点上的棱镜进行方向、边长观测。cpiii控制网是高铁大范围精密施工、监测的关键基础。cpiii控制网在运营期随高铁变形发生变化，复测精度要求高，工作量巨大。

现有技术，高铁cpiii控制网复测是以全站仪为主，但是使用全站仪自由设站方法进行边角网测量效率低，且只能在有限的铁路天窗时间进行。高速铁路cpiii控制网复测工作量极大，测量效率低。

因此，现有技术还有待改进和发展。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种高速铁路cpiii控制网复测方法、装置、计算机设备及存储介质，针对现有技术中全站仪边角网测量的效率低问题，本发明提供了一种快速、准确的高速铁路cpiii控制网复测方法；通过惯导/视觉的方法对轨道沿线cpiii控制网的三维坐标进行快速联测，同时只在与cpii控制点连接处使用全站仪自由设站方法联测cpii控制点，实现高速铁路cpiii控制网快速复测，显著提高cpiii控制网复测效率。为高速铁路、普列和地铁等cpiii控制网快速复测提供保障。

本发明解决问题所采用的技术方案如下：

一种高速铁路cpiii控制网复测方法，其中，所述方法包括：

将摄影靶标插入cpiii控制点固定桩，用双目cmos相机对cpiii点位进行自动捕捉定焦测量；

利用移动过程中双目cmos相机对cpiii点位的多次重复测量，进行高速铁路cpiii控制网联测；

对于始末两端的cpiii点位，再次插入棱镜，用全站仪自由设站方法联测cpii控制点；

用联合结算的方法，进行高速铁路cpiii控制网三维坐标平差。

所述的高速铁路cpiii控制网复测方法，其中，所述将摄影靶标插入cpiii控制点固定桩，用双目cmos相机对cpiii点位进行自动捕捉定焦测量的步骤包括：

根据摄影标识，以及cpiii控制点固定桩工装重复性安装误差和互换性安装误差要求；在cpiii标识基础上简化得到，采用内部测量控制点标识和外部摄影标识相结合的摄影靶标工装；

双目cmos相机与载体移动平台固连，设置固定的焦距长度，相机拍摄频率；

当移动测量平台经过cpiii靶标正对处和相邻两cpiii靶标正中间处时，使用双目cmos相机对每一个cpiii靶标进行多次冗余观测。

所述的高速铁路cpiii控制网复测方法，其中，所述根据摄影标识，以及cpiii控制点固定桩工装重复性安装误差和互换性安装误差要求；在cpiii标识基础上简化得到，采用内部测量控制点标识和外部摄影标识相结合的摄影靶标工装的步骤包括：

将摄影标识工装采用cpiii棱镜杆制作标准和水准控制点标识制作标准进行加工制作；

将制作好的指定数量的摄影标识插入cpiii控制点固定桩中，分距离使用双目cmos相机对其进行拍照测量；

按照一定的顺序将不同的摄影标识依次插入不同cpiii控制点固定桩；

根据摄影测量解算结果检测摄影标识工装的，x坐标复性安装误差，y坐标复性安装误差，高程h坐标重复性安装误差。

所述的高速铁路cpiii控制网复测方法，其中，所述利用移动过程中双目cmos相机对cpiii点位的多次重复测量，进行高速铁路cpiii控制网联测的步骤包括：

当移动测量平台经过cpiii靶标正对处时，使用固连在移动测量平台中间的双目cmos相机对两侧的cpiii靶标进行多次重复观测；多次重复观测是在测量平台高速移动过程中进行，设置一定的时间间隔保证cpiii靶标十字丝中心及其前后共有8-10组重复观测数据。

所述的高速铁路cpiii控制网复测方法，其中，所述利用移动过程中双目cmos相机对cpiii点位的多次重复测量，进行高速铁路cpiii控制网联测的步骤还包括：

当移动测量平台经过相邻两cpiii靶标正中间处时，使用固连在移动测量平台两侧的双目cmos相机对前后四个cpiii靶标进行多次重复观测；同样，多次重复观测是在测量平台高速移动过程中进行，设置一定的时间间隔保证cpiii靶标十字丝中心及其前后共有8-10组重复观测数据。

所述的高速铁路cpiii控制网复测方法，其中，所述对于始末两端的cpiii点位，再次插入棱镜，用全站仪自由设站方法联测cpii控制点的步骤包括：

在cpii控制点处架设棱镜，cpiii点位插入棱镜，使用全站仪自由设站全圆观测法方法进行cpiii点位和cpii控制点联测。

所述的高速铁路cpiii控制网复测方法，其中，所述用联合结算的方法，进行高速铁路cpiii控制网三维坐标平差的步骤包括：

通过卡尔曼松组合滤波，将双目cmos相机的三维坐标和姿态作为带权观测值输入ins/od导航系统，得到ins/od导航系统的三维坐标和姿态；通过闭环反馈，修正到ins/od导航系统的误差；对ins/od导航系统的三维坐标和姿态进行反向平滑处理及内插，得到轨道检测平台的三维坐标和姿态，对ins/od导航系统的三维坐标和姿态的滤波结果进行平滑处理，得到最优的里程定位结果；

基于高速运动下高精度的动态时空基准，将惯导/视觉/全站仪数据进行因子图紧融合高精度三维坐标平差解算，得到cpiii控制网复测三维坐标；根据cpiii控制网复测的相关要求，将cpiii控制网复测平面坐标和高程分别与cpiii控制网原测平面坐标和高程进行比较，评价cpiii控制网复测成果并进行超限点位分析处理。

一种高速铁路cpiii控制网复测装置，其中，所述装置包括：

自动捕捉定焦测量模块，用于将摄影靶标插入cpiii控制点固定桩，用双目cmos相机对cpiii点位进行自动捕捉定焦测量；

控制网联测模块，用于利用移动过程中双目cmos相机对cpiii点位的多次重复测量，进行高速铁路cpiii控制网联测；

控制点联测模块，用于对于始末两端的cpiii点位，再次插入棱镜，用全站仪自由设站方法联测cpii控制点；

三维坐标平差模块，用于用联合结算的方法，进行高速铁路cpiii控制网三维坐标平差。

一种计算机设备，其中，包括有存储器，以及一个或者一个以上的程序，其中一个或者一个以上程序存储于存储器中，且经配置以由一个或者一个以上处理器执行所述一个或者一个以上程序包含用于执行如上任意一项所述的方法。

一种非临时性计算机可读存储介质，当所述存储介质中的指令由电子设备的处理器执行时，使得电子设备能够执行上任意一项所述的方法。

本发明的有益效果：本发明提供了一种高速铁路cpiii控制网复测方法。本发明所述的高速铁路cpiii控制网快速复测方法，针对全站仪边角网测量的效率低问题，通过惯导/视觉的方法对轨道沿线cpiii控制网的三维坐标进行快速联测，同时只在与cpii控制点连接处使用全站仪自由设站方法联测cpii控制点，实现高速铁路cpiii控制网快速复测，显著提高cpiii控制网复测效率。为高速铁路、普列和地铁等cpiii控制网快速复测提供保障。采用现代测量技术、多信息融合等技术，提出一种高速铁路cpiii控制网快速复测方法。开发基于移动平台的cpiii控制网快速复测系统，以高精度惯导为核心，使用双目cmos相机联测cpiii控制网进行复测。对高速铁路、普列和地铁等cpiii控制网进行快速、准确复测，提高复测效率和经济效益。

与现有的技术方案相比，本发明的方案具有以下几个优点。

第一、复测效率高，基于高速运行的移动测量平台，通过惯导/视觉的方法对轨道沿线cpiii控制网的三维坐标进行快速联测。

第二，与现有高铁测量控制网系统的强兼容性，在与cpii控制点连接处使用全站仪自由设站方法联测cpii控制点，充分利用现有cpii控制点信息。

第三、靶标工装设计简单，基于cpiii棱镜杆简化，与其等长，可以在cpiii固定桩处与棱镜互换安装；同时，靶标也采用内部坐标传递，形变量小。

第四、可更新升级，由于只将靶标装入cpiii点位，测量平台只在检测的时候进入，随着技术的发展，可以更新更高精度的测量设备。

第五、相对于全站仪边角网测量，本发明技术方案可以对高铁线路附属部件信息和沿线环境信息进行摄影测量。

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中记载的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的高速铁路cpiii控制网复测方法的流程示意图。

图2是本发明实施例提供的高速铁路cpiii控制网复测方法的兼容性摄影靶标工装设计图。

图3为本发明所述高速铁路cpiii控制网复测方法较佳实施例的移动测量平台cmos相机对同一cpiii靶标多次冗余观测的示意图。

图4为本发明所述高速铁路cpiii控制网复测方法较佳实施例的使用移动测量平台对cpiii控制网快速联测的示意图。

图5是本发明实施例提供的高速铁路cpiii控制网复测装置的原理框图。

图6是本发明实施例提供的计算机设备的内部结构原理框图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

高速铁路工程测量平面控制网分四级布设,分别是cp0、cpi、cpii、cpiii。

(1)cp0是框架控制网,采用卫星定位测量方法建立的三维控制网,作为全线(段)；

(2)cpi是基础平面控制网,主要为勘测、施工、运营维护提供坐标基准,采用卫星定位测；

(3)cpii是线路平面控制网,主要为勘测和施工提供控制基准；

(4)cpiii是轨道控制网,主要为轨道铺设和运营维护提供控制基准。

cpⅲ：中文为轨道控制网（基桩控制网）。沿线路布设的三维控制网，平面控制起闭于基础平面控制网（cpⅰ）或线路控制网（cpⅱ），高程控制起闭于沿线路布设的二等水准网，一般在线下工程施工完成后施测，为无砟轨道铺设和运营维护的基准。

发明人发现现有技术中高铁cpiii控制网复测是以全站仪为主，但是使用全站仪自由设站方法进行边角网测量效率低，且只能在有限的铁路天窗时间进行。高速铁路cpiii控制网复测工作量极大，测量效率低的问题，

为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种高速铁路cpiii控制网复测方法。所述方法包括：将兼容性摄影靶标插入cpiii控制点固定桩，使用双目cmos相机对cpiii点位进行自动捕捉定焦测量；利用移动过程中双目cmos相机对cpiii点位的多次重复测量，进行高速铁路cpiii控制网快速联测；对于始末两端的cpiii点位，需要再次插入棱镜，使用全站仪自由设站方法联测cpii控制点；使用联合结算的方法，进行高速铁路cpiii控制网三维坐标平差。本发明通过惯导/视觉的方法对轨道沿线的cpiii控制网进行快速联测，同时在与cpii控制点连接处使用全站仪自由设站方法联测cpii控制点，最后采用联合解算的方法，实现高速铁路cpiii控制网快速复测，显著提高cpiii控制网复测效率，可广泛用于高速铁路、普列和地铁等cpiii控制网的快速复测。

示例性方法

如图1中所示，本发明实施例提供一种高速铁路cpiii控制网复测方法，提供了一种高速铁路cpiii控制网快速复测方法较佳实施例。如图1所示，本发明实施例中，所述高速铁路cpiii控制网复测方法包括如下步骤：

步骤s100、将兼容性摄影靶标插入cpiii控制点固定桩，使用双目cmos相机对cpiii点位进行自动捕捉定焦测量；

本步骤中，双目cmos相机为两个或以上cmos相机。摄影靶标为摄影测量用靶标，cpiii控制点固定桩为轨道控制网的控制点固定桩。本发明实施例的摄影测量用靶标可以像cpiii棱镜组件一样，使用时插入cpiii控制点固定桩，不使用时拔出即可，因此称为兼容性摄影靶标。

本步骤s100中将兼容性摄影靶标插入cpiii控制点固定桩，使用双目cmos相机自动捕捉定焦摄影对cpiii控制点靶标进行测量，使用cpiii控制点三维坐标信息对惯导移动平台进行约束修正。在移动测量平台中，双目cmos相机固连，双目cmos相机与惯导固连，传感器参数及传感器之间关系精确标定。

其中，惯导一般指惯性导航系统。惯性导航系统（ins，以下简称惯导）是一种不依赖于外部信息、也不向外部辐射能量的自主式导航系统。其工作环境不仅包括空中、地面，还可以在水下。

步骤s200、利用移动过程中双目cmos相机对cpiii点位的多次重复测量，进行高速铁路cpiii控制网快速联测。

步骤s300、对于始末两端的cpiii点位，需要再次插入棱镜，使用全站仪自由设站方法联测cpii控制点；

本步骤中即对于首尾两端的cpiii点位，需要再次插入棱镜，使用全站仪自由设站方法联测cpii控制点。

步骤s400、使用联合结算的方法，进行高速铁路cpiii控制网三维坐标平差。

本发明实施例中，步骤s100、将兼容性摄影靶标插入cpiii控制点固定桩，使用双目cmos相机自动捕捉定焦摄影对cpiii控制点靶标进行测量，使用cpiii控制点三维坐标信息对惯导移动平台进行约束修正。在移动测量平台中，双目cmos相机固连，双目cmos相机与惯导固连，传感器参数及传感器之间关系精确标定。

其中，所述步骤s100具体包括：

步骤s101、根据近景摄影测量规范（gbt12979-2008）推荐的摄影标识，结合高速铁路工程测量规范（tb10601-2009）中cpiii控制点固定桩工装重复性安装误差和互换性安装误差的要求。在cpiii标识基础上简化得到，采用内部测量控制点标识和外部摄影标识相结合的摄影靶标工装。

如图2所示，将本发明的摄影标识工装（图2左边）采用cpiii棱镜杆制作标准和精密水准控制点标识制作标准同等要求进行加工制作；将制作好的一定数量的摄影标识插入cpiii控制点固定桩（图2右边）中，分别距离5m、25m、30m、35m使用双目cmos相机对其进行拍照测量；按照一定的顺序将不同的摄影标识依次插入不同cpiii控制点固定桩；根据摄影测量解算结果检测摄影标识工装的，x坐标复性安装误差与互换性安装误差均应优于0.4mm，y坐标复性安装误差与互换性安装误差均应优于0.4mm，高程h坐标重复性安装误差与互换性安装误差均应优于0.2mm。

骤s102、双目cmos相机与载体移动平台固连，设置固定的焦距长度150mm，相机拍摄频率设为125khz。如图3所示，当移动测量平台10经过cpiii靶标20正对面提前1m处时开始，使用移动测量平台10中间固定正对cpiii靶标20的双目cmos相机对cpiii靶标进行多次冗余观测，直到移动测量平台经过cpiii靶标正对面离开1m处结束观测。

其中，所述步骤s200中利用移动过程中双目cmos相机对cpiii点位的多次重复测量，进行高速铁路cpiii控制网快速联测，请参考图4。其中，步骤s200具体包括：

步骤s201、当移动测量平台10经过cpiii靶标20正对面提前1m处时开始，使用移动测量平台10固定在左右两侧中间的两个双目cmos相机同步对左右两侧的cpiii靶标进行多次冗余观测，直到移动测量平台经过cpiii靶标正对面离开1m处结束观测。多次重复观测是在测量平台高速移动过程中进行，保证cpiii靶标十字丝中心及其前后至少有8-10组重复观测数据。

步骤s202、当移动测量平台10经过相邻两cpiii靶标20正中间提前1m处时开始，使用移动测量平台10左右两侧前后共四个双目cmos相机分别自动捕捉前后四个cpiii靶标，并同步对着四个cpiii靶标进行多次冗余观测，直到移动测量平台经过相邻两cpiii靶标正中间离开1m处结束观测。同样，多次重复观测是在测量平台高速移动过程中进行，保证cpiii靶标十字丝中心及其前后至少有8-10组重复观测数据。

其中，所述步骤s300中对于始末两端的cpiii点位，需要再次插入棱镜，使用全站仪自由设站全圆观测法联测cpii控制点，具体操作方法和观测要求请按高速铁路工程测量规范（tb10601-2009）执行。

所述高速铁路cpiii控制网快速复测方法，所述步骤s400中使用联合结算的方法，进行高速铁路cpiii控制网三维坐标平差。较佳地，步骤s400具体包括：

步骤s401、通过卡尔曼松组合滤波，将双目cmos相机的三维坐标和姿态作为带权观测值输入ins/od导航系统，得到ins/od导航系统的三维坐标和姿态，通过闭环反馈，不断修正到ins/od导航系统的误差；对ins/od导航系统的三维坐标和姿态进行反向平滑处理及内插，得到轨道检测平台的三维坐标和姿态，对ins/od导航系统的三维坐标和姿态的滤波结果进行平滑处理，得到最优的里程定位结果。

ins/od导航系统为ins和od组合导航系统（惯导/视觉）。ins全称inertialnavigationsystem,即惯性导航系统,有时也简称为惯性系统或惯性导航。

本发明实施例中，通过卡尔曼松组合滤波的具体为：将双目cmos相机的三维坐标和姿态作为带权观测值输入ins/od导航系统，得到ins/od导航系统的三维坐标和姿态，通过闭环反馈，不断修正到ins/od导航系统的误差。

步骤s402、基于高速运动下高精度的动态时空基准，将惯导/视觉/全站仪数据进行因子图紧融合高精度三维坐标平差解算，得到cpiii控制网复测三维坐标。按照高速铁路工程测量规范（tb10601-2009）中cpiii控制网复测的相关要求，将cpiii控制网复测平面坐标和高程分别与cpiii控制网原测平面坐标和高程进行比较，评价cpiii控制网复测成果并进行超限点位分析处理。

本发明中通过惯导/视觉的方法对轨道沿线cpiii控制网的三维坐标进行快速联测，同时只在与cpii控制点连接处使用全站仪自由设站方法联测cpii控制点，实现高速铁路cpiii控制网快速复测，显著提高cpiii控制网复测效率。同时，通过摄影测量交汇计算轨道检测平台的平面坐标和姿态作为带权观测值与检测平台搭载的惯导/里程计系统进行组合导航，纠正惯导/里程计的累积误差。对高速铁路、普列和地铁等cpiii控制网进行准确快速复测，提高复测效率和经济效益。

示例性设备

如图5中所示，本发明实施例提供一种高速铁路cpiii控制网复测装置，所述装置包括：

自动捕捉定焦测量模块510，用于将摄影靶标插入cpiii控制点固定桩，用双目cmos相机对cpiii点位进行自动捕捉定焦测量；

控制网联测模块520，用于利用移动过程中双目cmos相机对cpiii点位的多次重复测量，进行高速铁路cpiii控制网联测；

控制点联测模块530，用于对于始末两端的cpiii点位，再次插入棱镜，用全站仪自由设站方法联测cpii控制点；

三维坐标平差模块540，用于用联合结算的方法，进行高速铁路cpiii控制网三维坐标平差，具体如上所述。

基于上述实施例，本发明还提供了一种计算机设备，其原理框图可以如图6所示。该计算机设备包括通过系统总线连接的处理器、存储器、网络接口、显示屏。其中，该计算机设备的处理器用于提供计算和控制能力。该计算机设备的存储器包括非易失性存储介质、内存储器。该非易失性存储介质存储有操作系统和计算机程序。该内存储器为非易失性存储介质中的操作系统和计算机程序的运行提供环境。该计算机设备的网络接口用于与外部的终端通过网络连接通信。该计算机程序被处理器执行时以实现一种高速铁路cpiii控制网复测方法。该计算机设备的显示屏可以是液晶显示屏或者电子墨水显示屏。

本领域技术人员可以理解，图6中示出的原理框图，仅仅是与本发明方案相关的部分结构的框图，并不构成对本发明方案所应用于其上的计算机设备的限定，具体的计算机设备可以包括比图中所示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者具有不同的部件布置。

在一个实施例中，提供了一种计算机设备，包括有存储器，以及一个或者一个以上的程序，其中一个或者一个以上程序存储于存储器中，且经配置以由一个或者一个以上处理器执行所述一个或者一个以上程序包含用于进行以下操作的指令：

将摄影靶标插入cpiii控制点固定桩，用双目cmos相机对cpiii点位进行自动捕捉定焦测量；

利用移动过程中双目cmos相机对cpiii点位的多次重复测量，进行高速铁路cpiii控制网联测；

对于始末两端的cpiii点位，再次插入棱镜，用全站仪自由设站方法联测cpii控制点；

用联合结算的方法，进行高速铁路cpiii控制网三维坐标平差，具体如上所述。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本发明所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和/或易失性存储器。非易失性存储器可包括只读存储器（rom）、可编程rom（prom）、电可编程rom（eprom）、电可擦除可编程rom（eeprom）或闪存。易失性存储器可包括随机存取存储器（ram）或者外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，ram以多种形式可得，诸如静态ram（sram）、动态ram（dram）、同步dram（sdram）、双数据率sdram（ddrsdram）、增强型sdram（esdram）、同步链路（synchlink）dram（sldram）、存储器总线（rambus）直接ram（rdram）、直接存储器总线动态ram（drdram）、以及存储器总线动态ram（rdram）等。

综上所述，本发明所述的高速铁路cpiii控制网快速复测方法，方法包括：将兼容性摄影靶标插入cpiii控制点固定桩，使用双目cmos相机对cpiii点位进行自动捕捉定焦测量；利用移动过程中双目cmos相机对cpiii点位的多次重复测量，进行高速铁路cpiii控制网快速联测；对于始末两端的cpiii点位，需要再次插入棱镜，使用全站仪自由设站方法联测cpii控制点；使用联合结算的方法，进行高速铁路cpiii控制网三维坐标平差。实现高速铁路cpiii控制网快速复测，显著提高cpiii控制网复测效率，可广泛用于高速铁路、普列和地铁等cpiii控制网的快速复测。

应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。