本发明涉及工程测量，尤其涉及一种大跨度桥梁铁路轨道静态几何状态的精密测量方法及系统。
背景技术：
1、桥梁是铁路轨道的重要组成部分，近年来随着铁路的普及，越来越多的大跨度铁路桥梁涌现出来。随着铁路桥梁长度的增加，保证桥梁自身稳定性、安全性的难度也在增加，也增大了轨道安全维护的难度。轨道静态几何状态包括轨道形状、轨道三维位置坐标等，由几何状态可以计算出轨道不平顺等参数，对轮轨系统的运行安全、行车速度、平稳性、部件寿命都有着重大影响。
2、目前存在以下几种对于桥梁轨道几何状态的测量方法，但存在不适合用于测量大跨度桥梁铁路轨道，存在测量难、测量效率低以及易受环境影响的问题：
3、1)、通过基于相机的视觉传感器长时间观测，根据相片计算桥梁轨道几何状态，具有安装简单、不需要特殊标靶、测量位置灵活等优点。然而该方法要求具有良好的照明条件，有效测量距离也较短，仅适用于小跨度桥梁。
4、2)、大型检测车用于铁路轨道的动态测量，并不能作为大跨度桥梁铁路轨道静态几何状态的测量手段；另外，大型检测车造价昂贵，数量较少，检查时间需提前规划，难以做到随检随用。
5、3)、轨检小车存在以下不足：
6、一、效率低下，设站时，轨检小车每隔70m左右就需要重新设站，每次设站需要观测6～8个cpiii控制点，且测量时每根轨枕处都要静止10秒测量，导致轨检小车作业速度约150m/h，2h天窗时间内仅能完成300m左右轨道的几何状态测量。
7、二、绝对位置精度高度依赖于cpiii控制点，而cpiii点位维护成本高，精度难以保证，而且会随着桥梁变形而运动，相对点位变化量高达6mm。
8、三、频繁进行全站仪换站，产生“搭接误差”，影响最终结果的精度。
9、4)、基于gnss定位的轨检小车的优势在于无需频繁转站，从而提升了测量效率，同时具有优于1mm的相对测量精度。然而该方法绝对精度受gnss定位精度限制，一般在厘米量级，并且gnss信号在桥梁、隧道、山谷等复杂场景中容易受到干扰或遮挡。
10、因此，现有技术难以完全适应大跨度桥梁铁路轨道几何状态的快速精密测量，需要一种效率高、精度高、受环境影响小的测量方法。
11、因此，现有技术还有待于改进和发展。
技术实现思路
1、本发明的主要目的在于提供一种大跨度桥梁铁路轨道静态几何状态的精密测量方法及系统，旨在解决现有技术中桥梁铁路轨道几何状态测量难、测量效率低以及易受环境影响的技术问题。
2、为实现上述目的，本发明提供一种大跨度桥梁铁路轨道静态几何状态的精密测量方法，所述大跨度桥梁铁路轨道静态几何状态的精密测量方法包括如下步骤：
3、轨道测量小车沿轨道前行采集轨道形状数据，并发送给终端，所述轨道测量小车集成由高精度imu与里程计，所述高精度imu用于采集轨道测量小车的加速度和角速度，所述里程计用于采集轨道测量小车的速度，所述轨道形状数据包括imu数据和里程计数据；
4、采用多台全站仪同步跟踪和观测轨道测量小车，获取轨道测量小车的三维坐标数据，并发送给终端；
5、终端将多台全站仪采集的三维坐标数据进行空间拼接得到拼接三维坐标数据，并将imu数据与拼接三维坐标数据进行时间同步；
6、终端将时间同步后的imu-里程计数据与拼接三维坐标数据进行融合处理与平滑处理，得到轨道几何状态数据。
7、可选地，所述的大跨度桥梁铁路轨道静态几何状态的精密测量方法，其中，所述采用多台全站仪同步跟踪和观测轨道测量小车，获取轨道测量小车的三维坐标数据，具体包括：
8、将多台全站仪设置在靠近伸缩节的引桥桥面上，并通过引桥上的cpiii控制点进行设站；
9、在轨道测量小车沿桥梁轨道运动且采集轨道形状数据的同时，多台全站仪跟踪观测轨道测量小车上的棱镜以获取轨道测量小车的三维坐标数据。
10、可选地，所述的大跨度桥梁铁路轨道静态几何状态的精密测量方法，其中，所述全站仪包括第一全站仪和第二全站仪；所述第一全站仪和第二全站仪分别设置在靠近伸缩节的桥头和桥尾；
11、所述轨道测量小车的运动过程包括：
12、轨道测量小车的初始位置在靠近第一全站仪的桥梁主体的铁轨上，棱镜朝向第一全站仪，开启数据采集仪器后将轨道测量小车沿轨道向对岸的第二全站仪推行；
13、在第一转镜点处改变棱镜的方向使棱镜朝向第二全站仪，以原方向继续推行；
14、当轨道测量小车到达第二全站仪附近的伸缩节后，保持棱镜方向不变，调转轨道测量小车的行驶方向，向第一全站仪推行；
15、当轨道测量小车到达第二转镜点处时，再一次改变棱镜的方向使棱镜朝向第一全站仪，继续推行轨道测量小车直到回到初始位置；
16、通过第一转镜点和第二转镜点的位置将轨道测量小车的运动路线分成三个部分，将轨道测量小车从初始位置伸缩节到第一转镜点的过程命名第一运动过程，从第一转镜点到第二转镜点的过程命名为第二运动过程，从第二转镜点到初始位置伸缩节的过程命名为第三运动过程。
17、可选地，所述的大跨度桥梁铁路轨道静态几何状态的精密测量方法，其中，所述将多台全站仪采集的三维坐标数据进行空间拼接得到拼接三维坐标数据，具体包括：
18、将多台全站仪获取的三维坐标数据进行里程修正、里程归一化和对应点关系确定的预处理，将经过预处理的三维坐标数据进行旋转操作，得到旋转后的轨道空间坐标；
19、将旋转后的轨道空间坐标按照平移距离进行平移操作，得到拼接三维坐标数据。
20、可选地，所述的大跨度桥梁铁路轨道静态几何状态的精密测量方法，其中，所述平移操作用于使得两个点云里程重叠部分对应点高程残差平方差最小。
21、可选地，所述的大跨度桥梁铁路轨道静态几何状态的精密测量方法，其中，所述将imu数据与拼接三维坐标数据进行时间同步，具体包括：
22、根据多台全站仪观测的三维坐标数据和时间戳计算棱镜的运动速度，调整棱镜速度曲线的时间戳，在高精度imu与里程计的系统时间戳上滑动，并计算相同时间区间内的棱镜速度与里程计速度之间的皮尔逊相关系数，获取时间调整量与相关系数的函数关系，取相关最大系数对应的时间调整量；
23、将多台全站仪的时间戳整体调整一个时间调整量，以完成多台全站仪与高精度imu与里程计的系统的时间同步。
24、可选地，所述的大跨度桥梁铁路轨道静态几何状态的精密测量方法，其中，所述将时间同步后的imu-里程计数据与拼接三维坐标数据进行融合处理与平滑处理，得到轨道几何状态数据，具体包括：
25、使用卡尔曼滤波将时间同步后的imu-里程计数据与拼接三维坐标数据进行融合处理，得到融合后的轨道空间数据；
26、使用rts算法对融合后的轨道空间数据进行平滑处理，得到轨道几何状态数据。
27、可选地，所述的大跨度桥梁铁路轨道静态几何状态的精密测量方法，其中，所述轨道几何状态数据包括轨道形状和轨道三维位置坐标。
28、可选地，所述的大跨度桥梁铁路轨道静态几何状态的精密测量方法，其中，所述全站仪包括带有跟踪测量功能的ts60全站仪。
29、此外，为实现上述目的，本发明还提供一种大跨度桥梁铁路轨道静态几何状态的精密测量系统，应用于所述大跨度桥梁铁路轨道静态几何状态的精密测量方法，其中，所述大跨度桥梁铁路轨道静态几何状态的精密测量系统包括：轨道测量小车、多台全站仪和终端；所述轨道测量小车集成由高精度imu与里程计，所述高精度imu用于采集轨道测量小车的加速度和角速度，所述里程计用于采集轨道测量小车的速度，所述轨道形状数据包括imu数据和里程计数据；
30、所述轨道测量小车沿轨道前行采集轨道形状数据后发送给所述终端；
31、多台所述全站仪同步跟踪和观测轨道测量小车，获取轨道测量小车的三维坐标数据，并发送给所述终端；
32、所述终端将多台全站仪采集的三维坐标数据进行空间拼接得到拼接三维坐标数据，将imu数据与拼接三维坐标数据进行时间同步，并将时间同步后的imu-里程计数据与拼接三维坐标数据进行融合处理与平滑处理，得到轨道几何状态数据。
33、本发明中，轨道测量小车沿轨道前行采集轨道形状数据，并发送给终端，所述轨道测量小车集成由高精度imu与里程计，所述高精度imu用于采集轨道测量小车的加速度和角速度，所述里程计用于采集轨道测量小车的速度；采用多台全站仪同步跟踪和观测轨道测量小车，获取轨道测量小车的三维坐标数据，并发送给终端；终端将多台全站仪采集的三维坐标数据进行空间拼接得到拼接三维坐标数据，并将imu数据与拼接三维坐标数据进行时间同步；终端将时间同步后的imu-里程计数据与拼接三维坐标数据进行融合处理与平滑处理，得到轨道几何状态数据。本发明提出新的大跨度桥梁铁路轨道静态几何状态的快速精密测量方法，能够快速准确地测量轨道几何状态，提高了测量大跨度桥梁铁路轨道静态集合状态的效率。
1.一种大跨度桥梁铁路轨道静态几何状态的精密测量方法，其特征在于，所述大跨度桥梁铁路轨道静态几何状态的精密测量方法包括：
2.根据权利要求1所述的大跨度桥梁铁路轨道静态几何状态的精密测量方法，其特征在于，所述采用多台全站仪同步跟踪和观测轨道测量小车，获取轨道测量小车的三维坐标数据，具体包括：
3.根据权利要求2所述的大跨度桥梁铁路轨道静态几何状态的精密测量方法，其特征在于，所述全站仪包括第一全站仪和第二全站仪；所述第一全站仪和第二全站仪分别设置在靠近伸缩节的桥头和桥尾；
4.根据权利要求2所述的大跨度桥梁铁路轨道静态几何状态的精密测量方法，其特征在于，所述将多台全站仪采集的三维坐标数据进行空间拼接得到拼接三维坐标数据，具体包括：
5.根据权利要求4所述的大跨度桥梁铁路轨道静态几何状态的精密测量方法，其特征在于，所述平移操作用于使得两个点云里程重叠部分对应点高程残差平方差最小。
6.根据权利要求4所述的大跨度桥梁铁路轨道静态几何状态的精密测量方法，其特征在于，所述将imu数据与拼接三维坐标数据进行时间同步，具体包括：
7.根据权利要求6所述的大跨度桥梁铁路轨道静态几何状态的精密测量方法，其特征在于，所述将时间同步后的imu-里程计数据与拼接三维坐标数据进行融合处理与平滑处理，得到轨道几何状态数据，具体包括：
8.根据权利要求7所述的大跨度桥梁铁路轨道静态几何状态的精密测量方法，其特征在于，所述轨道几何状态数据包括轨道形状和轨道三维位置坐标。
9.根据权利要求1-8任一项所述的大跨度桥梁铁路轨道静态几何状态的精密测量方法，其特征在于，所述全站仪包括带有跟踪测量功能的ts60全站仪。
10.一种大跨度桥梁铁路轨道静态几何状态的精密测量系统，应用于所述权利要求1-9任一项所述的大跨度桥梁铁路轨道静态几何状态的精密测量方法，其特征在于，所述大跨度桥梁铁路轨道静态几何状态的精密测量系统包括：轨道测量小车、多台全站仪和终端；所述轨道测量小车集成由高精度imu与里程计，所述高精度imu用于采集轨道测量小车的加速度和角速度，所述里程计用于采集轨道测量小车的速度，所述轨道形状数据包括imu数据和里程计数据；
