高速铁路CP0基线解算中起算点坐标精度研究

在高速铁路CP0基线解算过程中,需要将IGS参考站作为起算点,当起算点坐标出现误差或兼容性较差时,将导致整个框架控制网基线向量解产生系统性旋转和尺度变化,因此必须对起算点坐标的允许精度进行研究。介绍起算点误差传播与影响模型,从理论上分析起算点误差对基线解算的影响程度,通过设计不同解算方案采用工程测量数据对起算点坐标的允许精度进行研究。结果表明,使用GAMIT软件进行CP0框架控制网解算时必须严格控制起算点坐标的误差,起算点点位坐标精度最好控制在10 cm之内;当起算点坐标误差达到20 cm时,各基线分量的解算结果的精度在毫米级的量级;当起算点坐标误差达到2 m时,基线解算结果不可靠,不满足高精度解算要求。     

起算点坐标精度对高速铁路CP0框架网GAMIT基线解算结果的影响研究

根据GNSS相对定位双差观测方程推导了起算点误差对GPS基线向量的传播模型。以杭黄高速铁路CP0框架控制网作为研究对象,用试验的方法讨论了不同起算点坐标精度对高速铁路CP0框架网基线解算结果的影响。结果表明,在使用GAMIT软件处理CP0框架网基线向量时,必须严格控制起算点坐标精度,最好将其控制在10 cm范围内;当起算点初始坐标精度低至20 cm时,GAMIT软件解算的CP0框架网基线在X、Y、Z三个方向的分量可仍保持在mm级;但当起算点坐标误差达到2 m时,CP0框架网GAMIT基线解算结果无法满足高速铁路CP0框架网基线解算的精度要求。     

高速铁路长大隧道独立控制网建网技术研究

按"一点一方向"建立高速铁路长大隧道独立控制网往往会在衔接段产生横向偏差和长短链,需要采取控制网旋转或设置长短链等技术措施予以解决。结合国内某高速铁路长大隧道独立控制网建网案例,在原参考椭球和线路控制点成果基础上,以隧道工程中心经度为坐标投影的中央子午线(L0),以隧道平均轨面高程为投影大地高(H0),对既有线路平面控制点进行坐标换带计算和相对稳定性、可靠性分析;选取隧道进口、出口各一个稳定控制点为起算点,在新投影参数(L0、H0)下进行整体平差,建立长大隧道独立控制网。结果表明:(1)采用本方法建立的隧道独立控制网精度高,误差均匀,可满足建网精度要求,并可提高隧道贯通精度;(2)"一点一方向"与本方法相比,在采用相同基线文件、起算点和投影参数的情况下,衔接段控制点(S=9.1 km)最大坐标较差Δx为-63.4 mm,Δy为85.3 mm,需要进行技术处理;(3)本方法可解决衔接段横向偏差较大及长短链等问题,确保隧道与相邻结构物顺利衔接。     

对隧道控制测量洞口投点必要性的研究

论述了隧道测量控制网的建立方法,分析洞口投点的方法、投点的测量误差、投点对隧道控制网的影响,以及隧道控制网与铁路设计中线的关系。结合已贯通的多个特长隧道测量控制网实践,讨论在建立隧道施工测量控制网过程中,隧道洞口投点的必要性。得出结论:若采用交切放线法进行勘测,有必要布设洞口投点;若采用坐标法进行勘测,不宜进行洞口投点。坐标法勘测,可以先采用一点一方向将测量点投影至线路基础网平面,再将坐标转换至隧道内线路的平均高程面上,计算出隧道施工坐标系的坐标。现阶段,对于布设隧道测量控制网,不宜要求布设洞口投点。     

北斗导航卫星系统在高速铁路精密控制测量中应用研究及精度分析

以京沈客运专线CPI级精密控制测量为例,对北斗卫星导航系统应用于铁路精密控制测量进行试验。在CPI控制网重复基线、异步环闭合差、坐标重复性、相邻点坐标差之差、相对精度等方面,北斗系统与GPS对比分析结果表明:北斗静态相对定位测量的平面精度可以满足CPI的精度要求,与GPS定位精度相当,说明北斗导航系统应用于高铁精密控制测量可行。     

基于超站仪的既有线测量方法研究

为了解决目前既有线测量效率不高等问题,在既有线测量中采用了一种基于超站仪的线上线下同时测量方法,其基本思想是利用超站仪下部的全站仪进行CPⅢ控制网测量,利用超站仪上部的GNSS接收机进行线下CPⅠ同步观测,并通过GNSS快速静态定位得到测站点坐标,再以此为起算点计算线上CPⅢ的坐标。推导论证了由线上测站点构成的新型CPⅡ网的精度,通过分析该方法在某段既有线CPⅡ网中的实验数据,说明该方法可以达到规范中时速160 km铁路CPⅡ网的精度要求。研究结果表明,这种新型CPⅡ网较传统网具有多方面的优势,能最大化地节约CPⅡ网的测量成本,提高测量效率,可以在普速铁路既有线测量中应用推广。     

高海拔地区铁路施工控制网的建立

研究目的:在高海拔地区的铁路控制测量中,控制网的边长将产生较大的长度投影变形,在这个区域如果采用国家坐标系建立控制网,其长度变形不能满足铁路施工控制网精度要求,这会对线路施工放样及隧道贯通测量等工作造成比较大的影响.因此合理评价及处理长度投影变形对坐标成果的影响,建立适合高海拔地区的铁路施工控制网,已成为这个区域工程控制测量的一项重要内容.研究结论:在高海拔地区铁路施工控制测量中,长度变形主要是以高程归算变形为主,所以选择"抵偿高程面"作为投影面,按正形投影3°带建立独立坐标系应该是最佳选择.该方法换算简便,而且换系后的新坐标与原国家统一坐标系的坐标十分接近,有利于测区内外之间的联系.如果线路东西向跨度比较大,而且测区中心离中央子午线比较远时,应该考虑"选择任意投影带"或其它方法.     

非整平自由设站在轨道快速测量中的应用

为实现轨道的快速测量,基于罗德里格矩阵及轨道控制网(CPⅢ)建立智能型全站仪非整平自由设站的数学模型,给出了站心三维坐标及其精度评定的计算公式。在运营无砟轨道线路的直线、缓和曲线、左偏圆曲线、右偏圆曲线、竖曲线、上坡段、下坡段等不同测试环境下开展试验,通过对获取的124站非整平自由设站数据的解算,得到站心三维坐标和每个坐标分量的中误差以及CPⅢ控制点的坐标残差。数据分析结果表明:该方法能够适用于各种倾斜状态下非整平自由设站的测量数据解算,解算过程快速、稳定;99%以上的CPⅢ控制点坐标分量的残差小于2 mm,并可基于残差进行控制点稳定性分析;站心三维坐标分量的中误差均小于0.7 mm,能够满足高精度轨道测量的应用要求。     

轻小型激光雷达在铁路勘测中的应用研究

为解决短小铁路项目航飞数据难以及时获取和既有铁路上线测量困难等问题,将轻小型激光雷达引入铁路勘测项目中,并与大型航摄设备在使用方便性、空域申请周期、有效航飞天数等方面进行对比分析。在执行短小铁路项目航飞作业时,小型激光雷达较大型航摄设备可提高效率50%以上。结合轻小型激光雷达在铁路勘测项目初测、定测和既有线测绘等工作中的应用试验,总结不同测绘工作的技术流程和精度控制方案,其激光点云精度可以达到5 cm,满足新建铁路项目大比例成图、断面测量、工点地形测绘,既有铁路平面测绘、横断面测量等要求(但不能满足既有线中平测量2 cm的精度要求),可以减少上线测量工作量70%以上。研究证明,轻小型激光雷达技术适合短小铁路项目航飞、小范围补飞及既有线测绘等工作。     

安九铁路九江长江特大桥测量控制网方案研究

为了解决目前普遍存在的铁路特大桥原线路控制网精度等级比桥梁控制网所需要精度等级低的问题,采用"一点一方向"法建立桥梁施工独立坐标系,以达到提高控制网精度的目的。以安九铁路九江长江特大桥施工控制网的建设为例,研究高等级桥梁控制网的建网方案,并验证"一点一方向"法在提高控制网精度等级方面的可行性。在线路起算点二等平面控制网的基础上,采用"一点一方向"法建立一等平面控制网,并根据现场地形、地貌、桥型和跨度,从桥梁平面与高程控制网的选点布网、外业数据采集、数据处理、成果取舍、平差计算和桥梁施工独立坐标系建立等方面着手,建立可靠的高精度大桥施工控制基准。结果表明,最弱边边长相对中误差从原有的1/210 000提高至1/321 000。     

基于三维激光扫描的既有铁路中线勘测方法研究

线路勘测是既有铁路改造、维护以及与增建二线的重要环节,为解决铁路轨道三维激光点云不完整对钢轨线型提取的精度和影响等问题,提出一种基于钢轨结构特征约束匹配的三维激光点云轨道中心线自动提取新方法,通过将三维激光扫描获取的钢轨断面与标准钢轨相匹配,以标准钢轨中心线对遮挡和缺失的实际扫描钢轨中心线进行表达,从而精确计算钢轨中线三维坐标。对典型铁路场景不同激光扫描密度的3个点云数据集,采用新方法进行铁路中线测量实验,结果表明:在所有数据集中,高程中误差均小于4 mm,水平中误差均小于4 mm。因此,在复杂的铁路场景、三维激光点云被遮挡或缺失的情况下,新方法均能稳健计算铁路中心线,在既有线高精度勘测中具有广泛应用前景。     

北斗导航卫星系统在铁路控制测量中的应用研究

为探讨北斗导航卫星系统静态测量模式在铁路控制测量中的适用性,利用基线重复性指标以及最小二乘法拟合得到固定误差和比例误差指标,基于连盐铁路控制网24 h连续观测数据,研究分析了基线向量实测精度。结果表明,单独使用北斗导航卫星系统进行静态测量,可以满足铁路五等测量精度要求;若结合GPS观测数据,能够有效提高静态测量精度和可靠性;增加观测时段长度,可以降低固定误差,但对比例误差的影响不明显。建议使用商用软件基于北斗导航卫星系统观测数据进行铁路控制测量时,将基线长度控制在15 km以内。     

高海拔地区铁路施工控制网的建立

研究目的：在高海拔地区的铁路控制测量中，控制网的边长将产生较大的长度投影变形，在这个区域如果采用国家坐标系建立控制网，其长度变形不能满足铁路施工控制网精度要求，这会对线路施工放样及隧道贯通测量等工作造成比较大的影响。因此合理评价及处理长度投影变形对坐标成果的影响，建立适合高海拔地区的铁路施工控制网，已成为这个区域工程控制测量的一项重要内容。研究结论：在高海拔地区铁路施工控制测量中，长度变形主要是以高程归算变形为主，所以选择“抵偿高程面”作为投影面，按正形投影3°带建立独立坐标系应该是最佳选择。该方法换算简便，而且换系后的新坐标与原国家统一坐标系的坐标十分接近，有利于测区内外之间的联系。如果线路东西向跨度比较大，而且测区中心离中央子午线比较远时，应该考虑“选择任意投影带”或其它方法。     

跨坐式单轨交通轨道梁定位测量及线形检测方法探讨

为了提高跨坐式单轨交通轨道梁安装定位精度,提升轨道梁线形平顺性,提出一种基于轨道梁基础控制网的轨道梁定位测量及线形检测的新方法。介绍了该方法下的轨道梁基础控制网点位设置、测量方法和精度指标分析,以及轨道梁线形检测断面设置、检测点测量、检测数据处理及线形分析的方法。给出了轨道梁定位测量时全站仪的定向方法及精度指标;研发了精密测量基座。实际案例表明,轨道梁基础控制网相对点位精度为±1.5 mm,轨道梁平面定位精度为±3 mm,高程定位精度为±2 mm,验证了该作业方法的可行性,定位安装后的轨道梁符合相关规范的验收要求。     

高速铁路工程测量体系建设与创新

高速铁路工程测量体系的建立为我国建设世界一流的高速铁路提供了技术支撑。本文回顾了我国高速铁路工程测量体系建立的方法和特点,分析了标准体系中存在的适用范围窄、控制测量网形恢复难、卫星定位测量指标不合理、控制网复测判定标准不完善、复测成果采用原则不明确以及前后矛盾等问题,简述了高速铁路工程测量多项技术创新,提出了技术标准优化意见以及高速铁路工程测量体系应持续建设和创新的建议。     

基于工业机器人的高铁腕臂预配系统研发与应用

高速铁路供电系统接触网腕臂预配,一般采用人工集中加工预制方式,存在人工误差难以受控、精度难保障、效率受限制等明显缺点。针对上述问题,本文提出一种基于工业机器人的高速铁路腕臂预配方法及系统,系统集成数据流转、自动喷码、管件切割、零部件定位等功能,实现具备数据分析应用的智能化接触网腕臂预配,其预配精度可达±2 mm,紧固力矩偏差小于±1 N·m。为进一步提升高速铁路供电系统工程质量提供更高效的技术手段,具有广阔的推广应用前景。     

BDS-3精密单点定位在铁路勘测中的应用研究

为研究第三代北斗卫星导航系统（BDS-3,BeiDou Navigation Satellite System-3）精密单点定位技术（PPP,Precise Point Positioning）在铁路勘测应用中的可行性，文章推导了BDS-3任意双频非差非组合PPP通用函数模型，并采用该模型对BDS-3卫星B1I、B3I、B1C和B2a信号形成的5种双频组合进行PPP解算和性能分析，利用某铁路观测数据，对BDS-3进行PPP解算。结果表明，所有观测时段内可见卫星数约为7～11颗，空间位置精度因子（PDOP,Position Dilution of Precision）值约为2.0，可见卫星数较多，且空间几何分布良好；在静态和仿动态解算模式下，在水平和高程方向均可实现厘米级的定位精度。该研究可为BDS-3精密单点定位技术在铁路勘察中的应用提供参考。     

基于速度传感器的测速定位算法研究

基于速度传感器的测速定位系统在轨道交通领域应用广泛。文章介绍速度传感器的测速原理和测速算法，参照IEEE1474.1附件3中提供的列车测速精度、分辨率的典型参数，分析测速精度、分辨率设定的情况下，系统各参数的取值条件，为系统设计者提供一定的参考意见。通过对常用测速定位系统结构的研究，给出基于速度传感器的定位算法，并对影响定位误差的因素进行了简要说明，提出几项减少测速定位误差的改善措施。     

运营高铁精测网复测线上CPⅡ更新判定指标研究

运营高铁精测网复测的核心与难点是线上CPⅡ的稳定性判定与正确更新。在研究分析高铁规范中CPⅡ复测更新指标的基础上,结合多条运营高铁线路复测工程经验,就相邻点间坐标差之差的相对精度易超限的问题,提出新的CPⅡ复测更新判定标准与指标。采用相邻点复测与原测方位角较差分析、CPⅢ自由网平差检核、F检验法,不同方法识别的不稳定点一致,从不同角度论证新的复测更新标准的合理性。理论和实践证明,新的CPⅡ复测更新指标不仅大大减少了点位更新率,且识别出的不稳定点更符合点位实际变动情况,可为相关规范的修订提供参考。