本發(fā)明屬于城市軌道交通施工測量領(lǐng)域，尤其涉及一種隧道內(nèi)軌道控制網(wǎng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

1、當(dāng)前隨著公眾對城市軌道交通乘坐舒適性要求不斷提高，軌道交通工程建設(shè)質(zhì)量也面臨著更高的要求。軌道控制網(wǎng)作為軌道工程施工的重要組成，其精度測量將直接影響軌道板鋪設(shè)及鋼軌調(diào)整的精度與誤差范圍。當(dāng)前軌道控制網(wǎng)一般采用全站儀配合棱鏡，采用自由設(shè)站邊角交會的方法進(jìn)行測量，實際測量中需要技術(shù)人員操作全站儀進(jìn)行多個控制點依次反復(fù)測量，操作誤差一定程度上影響測量結(jié)果，同時由于一個自由設(shè)站需要測量前后各6個測點，整個過程耗時量大，效率較低。針對上述的現(xiàn)有全站儀對軌道控制網(wǎng)的測量過程中，操作誤差較大，耗時耗力的問題，本發(fā)明設(shè)計了一種隧道內(nèi)軌道控制網(wǎng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)及方法。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供了一種隧道內(nèi)軌道控制網(wǎng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)及方法，提高了測量效率，同時能夠?qū)φ`差進(jìn)行補償，保證測量精度。

2、本發(fā)明通過以下技術(shù)手段實現(xiàn)上述技術(shù)目的。

3、一種隧道內(nèi)軌道控制網(wǎng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，包括外套筒，外套筒的底部設(shè)有三角底座，上部設(shè)有便攜式把手，中部設(shè)有中橫隔板，頂部安裝有防塵蓋，外套筒內(nèi)部的中橫隔板上安裝有內(nèi)部操作平臺；內(nèi)部操作平臺包括環(huán)形電池包、回轉(zhuǎn)支承軸承、x軸轉(zhuǎn)動機構(gòu)、y軸轉(zhuǎn)動機構(gòu)、垂直控制機構(gòu)、采集設(shè)備。

4、進(jìn)一步地，所述三角底座包括三塊均與外套筒底部銷軸連接的三角支撐板；還包括限位塊，限位塊位于三角支撐板外側(cè)且與外套筒底部固定連接，用于限制三角支撐板的轉(zhuǎn)動角度；三角支撐板上的鏤空處安裝有磁吸塊，用于實現(xiàn)三角支撐板閉合時磁吸鎖止。

5、進(jìn)一步地，所述中橫隔板中間設(shè)有孔洞，中橫隔板上部設(shè)有環(huán)形電池包；回轉(zhuǎn)支承軸承包括回轉(zhuǎn)支承軸承外圈、回轉(zhuǎn)支承軸承內(nèi)圈，回轉(zhuǎn)支承軸承外圈與外套筒固定，回轉(zhuǎn)支承軸承內(nèi)圈內(nèi)側(cè)設(shè)有內(nèi)齒輪，該內(nèi)齒輪與第一伺服電機動力輸出端的齒輪嚙合，在第一伺服電機的作用下實現(xiàn)回轉(zhuǎn)支承軸承內(nèi)圈繞z軸轉(zhuǎn)動；第一伺服電機底部與支撐板連接，支撐板與外套筒固定。

6、進(jìn)一步地，所述x軸轉(zhuǎn)動機構(gòu)包括環(huán)形固定架、環(huán)形活動架，環(huán)形固定架與回轉(zhuǎn)支承軸承內(nèi)圈上部固定連接，環(huán)形固定架內(nèi)側(cè)設(shè)有一對銷軸，環(huán)形固定架與環(huán)形活動架通過銷軸連接，實現(xiàn)環(huán)形活動架繞x軸自由轉(zhuǎn)動。

7、進(jìn)一步地，所述y軸轉(zhuǎn)動機構(gòu)包括采集平臺底座，采集平臺底座通過銷軸連接環(huán)形活動架，實現(xiàn)采集平臺底座繞y軸自由轉(zhuǎn)動。

8、進(jìn)一步地，所述垂向控制結(jié)構(gòu)包括三角連接板，三角連接板一面通過第二連桿與采集平臺底座固定連接，另一面與第一連桿連接，第一連桿另一端端部設(shè)有球鉸與圓柱配重塊相連，第一連桿另一端還與中橫隔板通過橡膠套密封連接；圓柱配重塊周圍與外套筒組成的空間內(nèi)灌注有阻尼液體以減少設(shè)備運行振動影響。

9、進(jìn)一步地，所述采集設(shè)備包括雙軸傾角測量模塊、視覺相機模塊、激光測距組件；圓柱配重塊底部設(shè)有挖槽，內(nèi)嵌有雙軸傾角測量模塊；視覺相機模塊通過采集平臺底座上的卡槽進(jìn)行固定；

10、激光測距組件包括激光測距儀器、傾角轉(zhuǎn)動板、垂向支撐板、延長桿、第三連桿、第二伺服電機；傾角轉(zhuǎn)動板與激光測距儀器底部固定連接，傾角轉(zhuǎn)動板中部延伸有延長桿，延長桿兩端均與垂向支撐板銷軸連接，垂向支撐板固定于采集平臺底座上；延長桿的其中一端穿過垂向支撐板后固定有圓柱齒輪，該圓柱齒輪與第三連桿一端的圓柱齒輪嚙合，第三連桿另一端連接有錐齒輪，該錐齒輪與第二伺服電機動力輸出端的錐齒輪嚙合，第二伺服電機固定于采集平臺底座上，實現(xiàn)第二伺服電機驅(qū)動激光測距儀器的傾角轉(zhuǎn)動。

11、進(jìn)一步地，所述視覺相機模塊、激光測距組件、雙軸傾角測量模塊主軸方向均一致，且與x軸方向一致。

12、一種利用上述隧道內(nèi)軌道控制網(wǎng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的隧道內(nèi)軌道控制網(wǎng)數(shù)據(jù)采集方法，包括如下過程：

13、s1：埋設(shè)軌道控制點pi；

14、s2：以隧道內(nèi)兩處cpii控制點p0之間為一個測量段，沿著隧道前進(jìn)方向依次測量，選取臨近兩個軌道控制點pi中間段較為平整處作為自由設(shè)站點，以自由設(shè)站點為界前后各3個軌道控制點安裝角反射器；初始測量時在cpii控制點p0處同時安裝角反射器；

15、s3：展開三角支撐板架設(shè)設(shè)備于自由設(shè)站點，靜置一段時間后設(shè)備自動工作開始標(biāo)定，以初始靜止?fàn)顟B(tài)下采集平臺底座圓心為測量坐標(biāo)原點o，視覺相機模塊所指方向為x軸正方向，采集平臺底座平面為xy平面，建立測坐標(biāo)系om；定義cpii控制點所在坐標(biāo)系為絕對坐標(biāo)系or；

16、s4：分別測量cpii控制點及自由設(shè)站點為界前后各3個軌道控制點；

17、s5：伴隨s4同步操作，視覺相機模塊進(jìn)行樣拍攝，對控制點處角反射器進(jìn)行圖像識別，返還om坐標(biāo)系下控制點角反射器粗糙坐標(biāo)，通過粗糙坐標(biāo)進(jìn)一步約束激光測距儀器y軸及z軸轉(zhuǎn)動區(qū)間；激光測距儀器發(fā)射激光束通過控制點處角反射器接收返還激光時，計算此狀態(tài)下的控制點測量距離lpi，計算此時采集平臺底座繞著om坐標(biāo)系下z軸的轉(zhuǎn)動角度piα，計算傾角轉(zhuǎn)動板轉(zhuǎn)動角度piγ返還傾角傳感器繞主軸的轉(zhuǎn)動角度piθx，繞副軸轉(zhuǎn)動角度piθy；

18、s6：將控制點測量坐標(biāo)由om坐標(biāo)系換算為or坐標(biāo)系，om與or坐標(biāo)系之間的換算如下：

19、or＝rxryrz·om·+δ

20、式中：

21、

22、

23、

24、

25、式中：rx、ry、rz分別表示坐標(biāo)系繞x軸、y軸、z軸旋轉(zhuǎn)變換矩陣，δ表示坐標(biāo)系平移變換矩陣；p0xr、p0yr、p0zr為cpii控制點在絕對坐標(biāo)系or下的xyz坐標(biāo)；lp0為om坐標(biāo)系下測得的距cpii控制點長度；p0γ為om坐標(biāo)系下測得cpii控制點時的傾角轉(zhuǎn)動板轉(zhuǎn)動角度；

26、完成當(dāng)前6處控制點測量后，移動數(shù)據(jù)采集儀進(jìn)行下一處6個控制點的測量，重復(fù)s4、s5操作，完成一個測量作業(yè)段內(nèi)的數(shù)據(jù)測量；最后進(jìn)行數(shù)據(jù)平差，完成軌道控制網(wǎng)建立。

27、進(jìn)一步地，所述s4的具體過程如下：

28、第一伺服電機啟動，帶動回轉(zhuǎn)支承軸承內(nèi)圈繞著om坐標(biāo)系下z軸進(jìn)行360°轉(zhuǎn)動，進(jìn)而間接帶動環(huán)形活動架、采集平臺底座繞著om坐標(biāo)系下z軸進(jìn)行360°轉(zhuǎn)動；同時第二伺服電機啟動，通過錐齒輪嚙合傳動帶動第三連桿轉(zhuǎn)動，再通過第三連桿端部圓柱齒輪嚙合傳動帶動傾角轉(zhuǎn)動板上的延長桿轉(zhuǎn)動，進(jìn)而實現(xiàn)激光測距儀器沿著om坐標(biāo)系下y軸周期性轉(zhuǎn)動，通過y軸及z軸轉(zhuǎn)動，最終形成360°轉(zhuǎn)動空間激光頻掃。

29、本發(fā)明具有如下有益效果：

30、本發(fā)明提供的采集系統(tǒng)通過伺服電機精確控制及計算方位角及俯仰角，視覺相機及激光測距儀器自動對多個軌道控制點位進(jìn)行識別與測量，自動計算控制點位的絕對坐標(biāo)，通過上述方法能夠有效提升測量效率；裝置內(nèi)部設(shè)置配重塊控制測量平臺保持水平，同時設(shè)置傾斜傳感器能夠有效計算測量平臺繞軸轉(zhuǎn)動時引起重心變化導(dǎo)致的測量平臺傾斜角度變化，并及時通過計算進(jìn)行補償；通過配重塊周圍填充阻尼液體有效抑制電機微振動對測量精度的影響。