专利名称：一种基于惯性组合导航的安检装置及其安检方法
技术领域：
本发明涉及一种基于惯性组合导航的安检装置及安检方法。
背景技术：
利用惯性技术的安检装置有轨检仪、轨道测量系统、列车组合定位信息采集平台等。轨检仪往往在设备内部安装I只或2只陀螺作为敏感元件，工作时，根据在固定的轨道上推行设定距离后，利用弦长法计算轨道的位移参数。轨道测量系统安装了高精度的传感器，但要利用全站仪、棱镜和无线通信等设备辅助才能有效工作。列车组合定位信息采集平台利用了惯性测量组合aMU)、里程计(ODO)和GPS等设备，但用途在于提高列车定位精度，保证控制的可靠性。上述设备使用时均离不开固定的轨道，高精度的测量结果相对性太大，遇到轨道碴口时会测量不准；或只是保证列车的安全运行。

发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种基于惯性组合导航的安检装置及安检方法，该装置具备轨迹测量和定点测量功能，实现对被测物体的表面位置变化的监视、报警功倉泛。为解决上述技术问题，本发明提供一种基于惯性组合导航的安检装置，其特征在于包括四轮小车，所述车体下方设有定位针；所述小车车体上方安装惯性导航组合装置，所述惯性导航组合装置用于采集车体相对地球的运动信息以供惯性导航和组合导航使用；四个增量式光电编码器和一个绝对式光电编码器，所述四个增量式光电编码器分别安装在所述四个车轮上，所述增量式光电编码器用于感知一定时间节点内各车轮的转动距离；两个后轮安装在用于转向的舵轴上，所述绝对式光电编码器安装在所述舵轴上，所述绝对式光电编码器用于感知作为方向轮的两个后轮相对车体角度的变化。车体内部安装一块高能锂电池，用来为发明装置供电；车体上安装一台便携式电脑，作为上位机接收惯性导航组合装置和里程计的信息，并利用实现装订的一些参数完成自对准、惯性导航、组合导航、闭合测量功能，闭合测量后的数据作为安检数据输出并显示在电脑显示屏上。本发明同时提供上述基于惯性组合导航的安检装置的安检方法，其特征在于，包块以下步骤先在被测对象的表面规划一条轨迹路线，路线上标出若干个参考点，并从中选取2个参考点作为基准点，建立一个测量坐标系并确定出这2个基准点相对该坐标系的位置；启动本安检装置，待本安检装置完成自对准并转导航后开始沿轨迹路线推行测量;达到标出的某参考点时,使定位针严格对准该参考点，并记录下本安检装置在该参考点时的导航参数；直到走完轨迹路线的全程；对行程中各参考点的测量参数进行闭合测量计算，输出测量结果。为了提高测量精度，可以连续正反各推行一次，并将各参考点的闭合测量值取平均作为I次测量结果。若反复多次进行正反推行测量，可以利用这些测量值的均值进一步提高测量精度。本发明采用了以惯性导航为主，同时融合里程计的组合导航方式。外部辅助被测物体的个别点上GPS信息，闭合测量后即可得到高精度的测量信息。使用条件上不限定只在轨道上，而是可以在任何平坦、无大陡坎的物体表面上使用，且不会因为经过轨道碴口、表面裂缝等而测量精度下降。测量的对象也扩大到桥梁、隧道、道路等大型设施。


图I为本发明惯导安检装置的结构组成示意图，图中，I——笔记本电脑(作为上位机)，2——舵轴，3——绝对式光电编码器，4——车轮，5—增量式光电编码器，6——定位针，7——高能锂电池，8——外罩，9--掼性组合导航装置。图2为本发明安检装置的测量线路示例图，图中路线可直可弯，El E13为测量路线上设定的标记点,标记点个数至少为2个。图3为测量坐标系示例图。图4为测量软件工作流程。图5为测量操作软件的操作界面。
具体实施例方式以下结合附图进一步说明本发明。如图I所示，本发明所设计的安检装置是一种可进行轨迹测量和定点测量的安检装置，它通过测量被测物体表面或某些部位的位置变化来达到安检的目的。惯导安检装置采用四轮小车结构，主要包括车体、笔记本电脑(作为上位机)I、舵轴2、绝对式光电编码器
3、车轮4、增量式光电编码器5、定位针6、高能锂电池7、外罩8、惯性组合导航装置9以及附属电路等。惯性导航组合装置9内有一个惯性测量装置(MU)和相关导航信号处理电路，IMU由3只陀螺和3只加速度计作为传感器，能够感知载体的角速度、加速度信息。4个增量式光电编码器分别安装在4个车轮上，与车轮一起组成4个里程计，用来感知一定时间节点内(20ms)各车轮的转动距离，绝对式光电编码器安装在舵轴上，与舵轴一起组成第5个里程计，用来感知作为方向轮的2个后轮相对车体角度的变化。上述5个里程计和MU感知的信息被同步输入到相关导航信号处理电路中，这些信号在相关导航信号处理电路中初步处理后通过数据接口(如USB、RS232等)传递给笔记本电脑，笔记本电脑中的测量操作软件对相关信息进一步处理后完成对准、惯性导航、组合导航、闭合测量等解算后输出测量结果。本安检装置进行测量前，首先完成轨迹路线、参考点的初步规划，有一个示例如图2所示。在参考点中任意选取2个参考点作为基准点，利用高精度GPS确定这2个基准点的纬度、经度和海拔，定位精度为2cm。之后利用这2个基准点建立起测量坐标系，如图3所示。图3中，一个基准点位于坐标系的原点，另一个基准点位于坐标系的X轴上,坐标轴Y沿当地水平面指向X轴左侧，Z轴与X、Y轴构成左手坐标系；根据实际需要，也可建立其它类型的坐标系，只要保证2个基准点在坐标系的X轴上即可。开始测量时，按如下步骤进行操作，如图4、图5所示 第一步，打开开关，用锂电池为惯导安检装置供电，而后启动根据安检方法设计的测量操作软件，操作界面如图5所示；第二步，将惯导安检装置停放到轨迹路线的起始点上，并使定位针正对起始点；第三步，点击操作界面上的“参考点”按钮，在下拉菜单中选取“设置参考点”按钮；待弹出相应的对话框后，按推行轨迹中的顺序输入参考点个数、编号以及2个基准点的纬度、经度、海拔参数；第四步，让车体保持静止，点击图5中的“初始对准”按钮，惯导安检装置开始进行对准，测量操作软件的后台软件进行对准解算；待对准结束后软件会提示对准结束，可以进行推行和轨迹测量；第五步，每到达一个参考点，均用定位针正对该参考点，然后点击图5下拉菜单中的“获取参考点时间”按钮，直至推行到轨迹路线的终点；整个推行过程中，测量操作软件的后台软件一致在进行惯性导航和组合导航解算；第六步，点击图5 “操作”按钮，测量操作软件将在的后台软件中完成闭合测量；第七步，点击图5 “视图”按钮，会弹出界面显示测量的行走轨迹曲线，以及各参考点在测量坐标系下的位置参数；第八步，点击图5的“回退”按钮，表示要返程测量，此时测量操作软件会自动将轨迹路线的起始位置和结束位置颠倒过来；操作上就可以重复第一至七步；如此可以反复推行多次进行测量；第九步，点击图5 “编辑”按钮，可将多次推行的行走轨迹曲线和各参考点的数据取均值并在视图上显示出来；第十步，点击图5 “文件”按钮，可以查看各次推行测量保存的数据，以供存档和历史查询，也可结束测量。经过一段时期(如几个月、几年)，或变化条件(如被测物体上被加载)后，重新测量这些轨迹和参考点的数据；若数据发生了较大变化，表示被测物体已经发生了变形，变形量达到一定值就预示着安全风险的发生。最后所应说明的是，以上具体实施方式
仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在 本发明的权利要求范围当中。
权利要求
1.一种基于惯性组合导航的安检装置，其特征在于包括四轮小车，所述车体下方设有定位针； 所述小车车体上方安装惯性导航组合装置，所述惯性导航组合装置用于采集车体相对地球的运动信息以供惯性导航和组合导航使用； 四个增量式光电编码器和一个绝对式光电编码器， 所述四个增量式光电编码器分别安装在所述四个车轮上，所述增量式光电编码器用于感知一定时间节点内各车轮的转动距离； 两个后轮安装在用于转向的舵轴上，所述绝对式光电编码器安装在所述舵轴上，所述绝对式光电编码器用于感知作为方向轮的两个后轮相对车体角度的变化。
车体内部安装一块高能锂电池，用来为发明装置供电； 车体上安装一台便携式电脑，作为上位机接收惯性导航组合装置和里程计的信息，并利用实现装订的一些参数完成自对准、惯性导航、组合导航、闭合测量功能，闭合测量后的数据作为安检数据输出并显示在电脑显示屏上。
2.—种权利要求I所述基于惯性组合导航的安检装置的安检方法，其特征在于，包块以下步骤 先在被测对象的表面规划一条轨迹路线，路线上标出若干个参考点，并从中选取两个参考点作为基准点，建立一个测量坐标系并确定出这两个基准点相对该坐标系的位置,包括纬度、经度、海拔参数； 启动本安检装置，待本安检装置完成自对准并转导航后开始沿轨迹路线推行测量； 达到标出的某参考点时，使定位针对准该参考点，并记录下本安检装置在该参考点时的导航参数； 直到走完轨迹路线的全程； 对行程中各参考点的测量参数进行闭合测量计算，输出测量结果。
3.根据权利要求2所述的基于惯性组合导航的安检装置的安检方法，其特征在于，连 续正向反向各推行小车测量一次或多次，并将各参考点的闭合测量值取平均作为测量结果O
全文摘要
本发明公开了一种基于惯性组合导航的安检装置，采用四轮小车结构，所述车体下方设有定位针；车体上方安装惯性组合导航装置；四个车轮各安装1个增量式光电编码器，两个后轮安装在用于转向的舵轴上，舵轴上安装一个绝对式光电编码器。车体内部安装块高能锂电池；车体上安装一台便携式电脑作为上位机。本发明采用了以惯性导航为主，同时融合里程计的组合导航方式。外部辅助被测物体的个别点上GPS信息，闭合测量后即可得到高精度的测量信息。使用条件不限定只在轨道上，而是可以在任何平坦、无大陡坎的物体表面上使用，且不会因为经过轨道碴口、表面裂缝等而测量精度下降。测量的对象也扩大到桥梁、隧道、道路等大型设施。
文档编号G01C21/16GK102830438SQ20121033029
公开日2012年12月19日 申请日期2012年9月7日 优先权日2012年9月7日
发明者王勇刚, 陈贵金, 罗瑞强, 李亮, 廖良斌, 邓卫林, 刘充, 陈成, 胡振林, 潘静, 郭恩志 申请人:湖北三江航天红峰控制有限公司