一种基于里程和图像测量的铁轨路基沉降测量方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及沉降测量领域，尤其涉及一种基于里程和图像测量的铁轨路基沉降测量方法。
【背景技术】
[0002]现代交通运输业中，铁路担负着重要的运输任务，由于路基频繁处于弹性形变状态，长期累积会造成路基沉降，路基沉降会使轨道不平顺，在沉降较为严重的路桥及路涵过渡地段甚至会出现“跳车”现象；特别是不均匀沉降会使列车对线路产生较大的附加动力作用，加剧沉降，加速路基破坏，造成线路的恶性循环，并给重载列车运行带来安全隐患。
[0003]现有的路基沉降方法主要包括:采用全站仪测量CPIII点的方法和基于摄像、卫星定位及惯性导航的测量方法。
[0004]采用全站仪测量CPIII点的方法存在的问题有:测量效率低，在测量间隔为2米时，每个测量点的处理时间为I分钟，实际测量速度约为150米/小时，作业效率低，远不能满足铁轨路基沉降测量的需求；无法获得当前轨道倾斜量等姿态变化参数；只能获得各个测量点处的铁轨路基沉降量离散值，无法实现对全路段的连续测量。
[0005]基于摄像、卫星定位及惯性导航的测量方法存在的问题有:价格昂贵，需要在两个卫星定位基站间采用惯性导航器件进行连续动态测量，卫星定位基站价格较高，且惯性导航器件的价格亦随精度要求的提高而呈几何级数增长，因此，这类系统价格昂贵，不利于大范围推广应用；测量结果不可重复，惯性导航器件测量过程具有不可复现性，因而不利于对测量结果进行事后追溯；继承性差，摄像测量标志站没有充分利用铁路沿线已建设好的测量位和相关企业已生产CP III点，因而浪费巨大，推广成本高。
[0006]综上所述，现有的路基沉降测量方法存在测量效率低、无法实现连续测量，且价格昂贵等缺点。
【发明内容】
[0007]针对现有的路基沉降测量方法存在的上述问题，现提供一种旨在实现可连续测量且测量效率高的基于里程测量设备和图像测量的铁轨路基沉降测量方法。
[0008]具体技术方案如下:
[0009]一种基于里程和图像测量的铁轨路基沉降测量方法，采用一安装有里程测量设备和两台相机的移动测量载具在一设置有复数个基准点的待测量铁轨沿线区域内进行测量，在所述待测量铁轨沿线区域内设置有具有标准路基点云坐标值的路基；
[0010]所述铁轨路基沉降测量方法包括下述步骤:
[0011]Al.获取一预设区段内预设数目的所述基准点在大地坐标系下的标准坐标值及在所述移动测量载具为中心的局部坐标值；
[0012]A2.根据预设数目的所述基准点在大地坐标系下的标准坐标值及相应的所述基准点在所述移动测量载具为中心的局部坐标值，获取局部坐标系与大地坐标系之间的变换关系;
[0013]A3.采用所述移动测量载具在所述待测量铁轨沿线区域中的铁轨上移动，通过两台所述相机同时对所述待测量铁轨沿线区域进行拍摄，以获取复数对图像组，提取每幅图像上的特征点，以获取每个所述特征点在所述移动测量载具为中心的局部坐标系下的三维坐标；
[0014]A4.将相邻两帧所述图像中的所述特征点进行三维拼接，并将拼接后的所述特征点在所述移动测量载具为中心的局部坐标系下的三维坐标根据所述变换关系转换为大地坐标值，并进行存储；
[0015]A5.根据所述路基的标准路基点云坐标值与测得的大地坐标值进行计算获取所述路基的绝对沉降值。
[0016]优选的，所述基准点包括成对以预设距离放置于铁轨沿线的CPIII点和在所述待测量铁轨沿线区域预设的复数个标记点。
[0017]优选的，步骤Al的具体过程为:
[0018]采用全站仪测量预设区段内预设数目的所述CPIII点在大地坐标系下的标准坐标值，进行存储；
[0019]采用双目交汇法获取相应的所述CPIII点的局部坐标值；
[0020]同时，采用所述全站仪测量预设区段内预设数目的所述标记点在大地坐标系下的标准坐标值，进行存储；
[0021]采用双目交汇法获取所述标记点的局部坐标值。
[0022]优选的，在步骤A3中将每对所述图像上的所述特征点进行匹配，以获取匹配点对，根据所述匹配点对采用双目交汇法计算每个所述特征点在所述移动测量载具为中心的局部坐标系下的三维坐标。
[0023]优选的，在步骤A5中将所述路基的标准路基点云坐标值与测得的大地坐标值相减，以获取所述路基的所述绝对沉降值。
[0024]优选的，还包括步骤A6:根据测得的所述路基的大地坐标值及所述路基的标准路基点云坐标值获得所述路基在铁轨沿线的方位、俯仰和横滚三个方向的角度值。
[0025]优选的，在所述A4中三维拼接的具体过程为:采用所述里程测量设备获取一部所述相机拍摄的图像组中相邻两帧图像之间的所述移动测量载具的移动距离，根据所述移动距离依次将相邻两帧所述图像中的所述特征点进行三维拼接。
[0026]上述技术方案的有益效果:
[0027]本技术方案中，采用图像特征匹配及双目交汇完成铁轨路基稀疏三维重建，并采用里程测量设备和特征匹配实现相邻帧稀疏重建点拼接，从而完成对铁轨路基沉降的自动监测和快速测量。铁轨路基沉降测量方法还具有成本低廉、作业效率高、结果可重复性好及测量精度较高等优点。
【附图说明】
[0028]图1为本发明所述铁轨路基沉降测量方法的一种实施例的方法流程图。
【具体实施方式】
[0029]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作出创造性劳动的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。
[0030]需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0031]下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。
[0032]如图1所示，一种基于里程和图像测量的铁轨路基沉降测量方法，采用一安装有里程测量设备和两台相机的移动测量载具在一设置有复数个基准点的待测量铁轨沿线区域内进行测量，在待测量铁轨沿线区域内设置有具有标准路基点云坐标值的路基；
[0033]铁轨路基沉降测量方法包括下述步骤:
[0034]Al.获取一预设区段内预设数目的基准点在大地坐标系下的标准坐标值及在移动测量载具为中心的局部坐标值；
[0035]A2.根据预设数目的基准点在大地坐标系下的标准坐标值及相应的基准点在移动测量载具为中心的局部坐标值，获取局部坐标系与大地坐标系之间的变换关系；
[0036]A3.采用移动测量载具在待测量铁轨沿线区域中的铁轨上移动，通过两台相机同时对待测量铁轨沿线区域进行拍摄，以获取复数对图像组，提取每幅图像上的特征点，以获取每个特征点在移动测量载具为中心的局部坐标系下的三维坐标；
[0037]A4.将相邻两帧图像中的特征点进行三维拼接，并将拼接后的特征点在移动测量载具为中心的局部坐标系下的三维坐标根据变换关系转换为大地坐标值，并进行存储；
[0038]A5.根据路基的标准路基点云坐标值与测得的大地坐标值进行计算获取路基的绝对沉降值。
[0039]在步骤A3中采用安装在移动测量载具上的两个校准好的相机对铁轨路面进行拍摄，并在每个图像上提取一系列特征点(或兴趣点)。特征点可包括SIFT特征点和SURF特征点，在本实施例中特征点不限于SIFT特征点和SURF特征点也可以是其它类似的特征点。
[0040]在本实施例中，铁轨路基沉降测量方法在充分利用现有CP III点的基础上采用图像特征匹配及双目交汇完成铁轨路基稀疏三维重建，并采用里程测量设备和特征匹配实现相邻帧稀疏重建点拼接，从而完成对铁轨路基沉降的自动监测和快速测量。该方法在提高精度和效率的同时尽量避免对现有铁轨测量资源的浪费，并可实现测量过程数据的存档与追溯，还具有成本低廉、作业效率高、结果可重复性好及测量精度较高等优点。
[0041]在优选的实施例中，基准点包括成对以预设距离放置于铁轨沿线的CPIII点和在待测量铁轨沿线区域预设的复数个标记点。
[0042]在本实施例中，可通过相机拍摄CP III点(或改进CPIII点)的同时，在铁轨两侧视场可见范围内的固定位置上绘制用于摄像测量的标记点。标记点是具有显著图像特征的标记，既可以是十字叉、对顶角、圆形斑点，也可以是其它形状的图像标记。进而采用双目交汇方法测量这些标记点的坐标。双目交汇方法通过采用两个标定好的相机对空间中的某点(如标记点)拍摄两幅或多幅图片，并通过分析图片之间的视差来计算该点在相机局部坐标系下的坐标值。在第一次测量时，采用CP III点作为基准点，并记录下这些基准点的位置坐标。但由于CP III点安装较为费时费力，因此在后续测量中，可以采用图像标记点代替CP III点以提高作业效率，并降低测量成本。
[0043]在优选的实施例中，步骤Al的具体过程为:
[0044]采用全站仪测量预设区段内预设数目的CPIII点在大地坐标系下的标准坐标值，进tx存储；
[0045]采用双目交汇法获取相应的CPIII点的局部坐标值(也可通过结构光传感器获取CPIII点的局部坐标值)；
[0046]同时，采用全站仪测量预设区段内预设数目的标记点在大地坐标系下的标准坐标值，进行存储；
[0047]采用双目交汇法获取标记点的局部坐标值。
[0048]在本实施例中，可采用多台相