GNSS/INS多传感器组合高速铁路轨道测量系统
发布时间：2021-01-21 11:44
高速铁路轨道必须保持高平顺性、高稳定性和高可靠性,这直接关系到高速列车高速、安全且平稳运行。高速铁路轨道测量至少包括控制测量、线路测量和变形测量等工作。传统高速铁路轨道测量方法存在测量周期长、维护成本高、检测效率低等问题。为此,本文提出了一种基于全球导航卫星系统（global navigation satellite system,GNSS）/惯性导航系统（inertial navigation system,INS）多传感器组合的高速铁路轨道测量方法,并研制了相应的轨道测量系统。本文详细介绍了其主要构成和方法流程,并在实际高速铁路轨道精调工程中进行了应用示范。结果表明:该系统实现了轨道路基变形监测和高速铁路轨道不平顺绝对测量与相对测量的一体化,其轨道横向偏差精度2 mm、垂向偏差精度2 mm,变形点水平方向精度1 mm、垂直方向精度1.5 mm,显著提高了测量效率。
【文章来源】：测绘学报. 2020,49(05)北大核心
【文章页数】：11 页
【部分图文】：
GNSS/INS多传感器组合高速铁路轨道测量系统的主要构成
轨检小车的主要构成如图2所示,即T形小车上搭载了多种传感器,包括三天线GNSS一体接收机、IMU、里程计、倾角仪、轨距测量仪、轨枕识别器、温度传感器和数据存储装置等。由于高速铁路沿线环境特殊,有些路段卫星信号不佳,研制了三天线GNSS一体接收机,可以增加观测数据的冗余度、连续性和可靠性,且3个GNSS天线的几何关系经过严格标定(如图2所示),可用于GNSS观测数据预处理和对计算结果进行检核,其定位结果比单天线GNSS定位结果精度更高,且更加稳定可靠。该接收机具备440个通道,可同时接收来自三天线的北斗卫星导航系统(BeiDou navigation satellite system,BDS)/GPS/GLONASS三系统八频率的GNSS信号,具体包括BDS B1/B2/B3、GPS L1/L2/L5和GLONASS L1/L2,并针对高速铁路特殊的观测环境对该接收机的电磁兼容性、防水、抗震等方面做了特殊设计。IMU采用中国自主研发的某光纤惯性导航系统,其航向精度0.05°,俯仰、横滚精度0.02°。通过精密的结构设计与基于ARM架构主控板开发,实现了多传感器的精密安装、统一供电、统一时空基准、合理配置重量、动态数据采集等功能。该轨检小车既可用于测量轨道外部几何参数,也可用于测量轨道内部几何参数。1.3 数据处理中心
数据处理中心对轨检小车的各传感器、GNSS CORS及其附近的IGS参考站的大量观测数据进行集中处理分析并形成最终的施工方案。GNSS/INS多传感器组合高速铁路轨道测量方法流程如图3所示。步骤1:GNSS CORS与附近的IGS参考站进行联测,其中,联测的已知站不少于两个,观测有效时段不少于8 h/d。GNSS CORS与IGS参考站由数据处理中心定期接收、存储、处理和分析,通常1次/d。以IGS参考站作为约束点,进行控制网整体三维约束平差,以此确定工程独立坐标系。这些控制点的GNSS精确坐标与已知坐标进行对比,可用于预判轨道路基变形情况,还可为轨道几何状态检测提供位置基准。
【参考文献】：
期刊论文
[1]定位测姿系统室外三维动态检定场的几何设计[J]. 黎奇,白征东,黎琼,吴斐,陈波波,辛浩浩,程宇航. 清华大学学报(自然科学版). 2019(11)
[2]高速铁路基础设施综合一体化检测监测体系研究[J]. 刘维桢,涂文靖,杨飞,杨志鹏. 中国铁路. 2019(03)
[3]Allan方差方法分析环形激光陀螺仪噪声的性能评估[J]. 黎奇,白征东,赵思浩,戴东凯,邢海峰. 清华大学学报(自然科学版). 2019(11)
[4]精密工程测量技术及其发展[J]. 李广云,范百兴. 测绘学报. 2017(10)
[5]卫星导航定位基准站网的发展现状、机遇与挑战[J]. 姜卫平. 测绘学报. 2017(10)
[6]道路/轨道动态精密测量进展[J]. 李清泉,毛庆洲. 测绘学报. 2017(10)
[7]北斗卫星导航系统的毫米级精度变形监测算法与实现[J]. 肖玉钢,姜卫平,陈华,袁鹏,席瑞杰. 测绘学报. 2016(01)
[8]高速综合检测列车综述[J]. 仲崇成,李恒奎,李鹏,曹源,张玉琢. 中国铁路. 2013(06)
博士论文
[1]基于A-INS组合导航的铁路轨道几何状态精密测量技术研究[D]. 陈起金.武汉大学 2016
本文编号：2991098
【文章来源】：测绘学报. 2020,49(05)北大核心
【文章页数】：11 页
【部分图文】：
GNSS/INS多传感器组合高速铁路轨道测量系统的主要构成
轨检小车的主要构成如图2所示,即T形小车上搭载了多种传感器,包括三天线GNSS一体接收机、IMU、里程计、倾角仪、轨距测量仪、轨枕识别器、温度传感器和数据存储装置等。由于高速铁路沿线环境特殊,有些路段卫星信号不佳,研制了三天线GNSS一体接收机,可以增加观测数据的冗余度、连续性和可靠性,且3个GNSS天线的几何关系经过严格标定(如图2所示),可用于GNSS观测数据预处理和对计算结果进行检核,其定位结果比单天线GNSS定位结果精度更高,且更加稳定可靠。该接收机具备440个通道,可同时接收来自三天线的北斗卫星导航系统(BeiDou navigation satellite system,BDS)/GPS/GLONASS三系统八频率的GNSS信号,具体包括BDS B1/B2/B3、GPS L1/L2/L5和GLONASS L1/L2,并针对高速铁路特殊的观测环境对该接收机的电磁兼容性、防水、抗震等方面做了特殊设计。IMU采用中国自主研发的某光纤惯性导航系统,其航向精度0.05°,俯仰、横滚精度0.02°。通过精密的结构设计与基于ARM架构主控板开发,实现了多传感器的精密安装、统一供电、统一时空基准、合理配置重量、动态数据采集等功能。该轨检小车既可用于测量轨道外部几何参数,也可用于测量轨道内部几何参数。1.3 数据处理中心
数据处理中心对轨检小车的各传感器、GNSS CORS及其附近的IGS参考站的大量观测数据进行集中处理分析并形成最终的施工方案。GNSS/INS多传感器组合高速铁路轨道测量方法流程如图3所示。步骤1:GNSS CORS与附近的IGS参考站进行联测,其中,联测的已知站不少于两个,观测有效时段不少于8 h/d。GNSS CORS与IGS参考站由数据处理中心定期接收、存储、处理和分析,通常1次/d。以IGS参考站作为约束点,进行控制网整体三维约束平差,以此确定工程独立坐标系。这些控制点的GNSS精确坐标与已知坐标进行对比,可用于预判轨道路基变形情况,还可为轨道几何状态检测提供位置基准。
【参考文献】：
期刊论文
[1]定位测姿系统室外三维动态检定场的几何设计[J]. 黎奇,白征东,黎琼,吴斐,陈波波,辛浩浩,程宇航. 清华大学学报(自然科学版). 2019(11)
[2]高速铁路基础设施综合一体化检测监测体系研究[J]. 刘维桢,涂文靖,杨飞,杨志鹏. 中国铁路. 2019(03)
[3]Allan方差方法分析环形激光陀螺仪噪声的性能评估[J]. 黎奇,白征东,赵思浩,戴东凯,邢海峰. 清华大学学报(自然科学版). 2019(11)
[4]精密工程测量技术及其发展[J]. 李广云,范百兴. 测绘学报. 2017(10)
[5]卫星导航定位基准站网的发展现状、机遇与挑战[J]. 姜卫平. 测绘学报. 2017(10)
[6]道路/轨道动态精密测量进展[J]. 李清泉,毛庆洲. 测绘学报. 2017(10)
[7]北斗卫星导航系统的毫米级精度变形监测算法与实现[J]. 肖玉钢,姜卫平,陈华,袁鹏,席瑞杰. 测绘学报. 2016(01)
[8]高速综合检测列车综述[J]. 仲崇成,李恒奎,李鹏,曹源,张玉琢. 中国铁路. 2013(06)
博士论文
[1]基于A-INS组合导航的铁路轨道几何状态精密测量技术研究[D]. 陈起金.武汉大学 2016
本文编号：2991098
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/dizhicehuilunwen/2991098.html
