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。     

“无人机+激光雷达”在集通线复测中的应用

传统既有线复测主要采用上线作业方式,利用水准测量或GNSS-RTK技术进行中平和平面测绘,效率较低且存在安全隐患。针对集宁至通辽铁路(集通线)复测任务,提出一种基于"无人机+激光雷达"的铁路既有线测量方法,通过低航高的激光雷达获取高密度既有线点云,经轨迹解算、航带平差、坐标转换后,再采用特殊地面控制标靶对其进行点云精度改化,最终获取了既有线三维中线坐标。为验证精度,选取10 km的既有线点云数据与实测点进行对比,结果显示,该方法获取的三维中线坐标的平面、高程精度分别达到3 cm和3.4 cm,可以满足一般既有线复测的需要。     

安博格GRP1000轨检小车进行无碴轨道检测的作业方法

瑞士安博格GRP1000轨检小车是一个集轨道几何形状测量与限界测量于一体的高效测量系统,能很好地满足高速铁路无碴轨道检测的要求.介绍了GRP1000用于无碴轨道里程检测,轨道中线坐标及轨面高程检测、轨距检测、超高检测、扭曲检测、轨向检测、高低检测的基本方法和注意事项.     

地面激光扫描技术在城市轨道交通构筑物结构断面检测中的应用

为研究三维激光扫描技术在城市轨道交通构筑物结构断面检测中的精度和可靠性,采用Leica HDS6100三维激光扫描仪在隧道中自由设站并采集数据,利用扫描区域内的控制点靶标建立布尔莎七参数严密解算模型,再将点云由扫描仪坐标系转换到施工坐标系。通过单站多次扫描同名靶标进行内符合精度分析,得到20 m范围内的单点精度(为±3 mm),并将实验成果与全站仪测量成果进行比较。研究表明,该方法得到的高程误差优于±10 mm,平面误差优于±20 mm,成果满足《城市轨道交通工程测量规范》的相关要求。     

高效率轨道精测模式研究及精度分析

针对现有轨道精测效率较低的情况,提出一种改进的精测模式。改进模式通过改变全站仪的设站位置,减少设站次数,提高轨道精测的效率。对改进前后模式的精度进行分析,对于2种测量模式,调整量的精度相同。研究结果表明：轨道水平面调整量和高程调整量的精度主要受测量距离和天顶距的影响,其中高程的精度受天顶距的影响尤为显著,而水平角对水平面调整量和高程调整量的影响均较小。通过计算分析可知,在实际测量过程中,尽量减小全站仪与轨检小车棱镜的高程差能在很大程度上减小测量误差对高程调整量的影响。     

高速铁路轨道测量测站高程搭接精度研究

在高速铁路轨道测量工作中,常因为测站高程搭接精度超限而需重复设站测量,严重影响作业效率。从轨道测量的原理和方法出发,通过理论推导和精度估算,并结合轨道平顺性指标,对影响测站高程搭接精度的因素进行分类研究。研究结果表明:高速铁路轨道测量按分站单向三角高程测量方式进行高程测量,在极端条件下,测站高程搭接精度难以满足±2 mm的精度要求,自由设站精度是影响测站高程搭接精度的主要因素。通过提高自由设站的精度,可有效提升测站的高程搭接精度;采用余弦函数平滑处理搭接高程,可明显改善和保证测站间的相对精度,减少不必要的重复设站测量,提高作业效率。     

基于双向近景摄影测量检测轨道平顺度的计算模型

为改进高速铁路轨道几何平顺性精调的测量精度与效率,本文提出一种基于双向近景摄影测量检测轨道几何状态的方法,通过从铁路正、反向里程对轨道进行双向摄影,以轨道控制网CPⅢ作为像控点,采用严密的光束法区域网平差理论,对轨道双向摄影图像进行联合平差处理,探索出近景摄影测量检测轨道中线偏差和轨面高程的计算模型与精度评估方法。仿真试验结果双向摄影相对于单向摄影的横向与高程精度分别提高85%和42%。现场轨道试验段计算结果表明,双向近景摄影测量检测轨道的横向偏差测量精度为2.4mm,轨面高程精度为1.7mm,满足规范要求的轨道中线偏差与轨面高程测量精度指标,可为高速铁路轨道静态几何状态测量提供一种高效检测技术。     

基于CPⅣ轨道基准网轨道三维检测系统的研究

针对CPⅢ轨道控制网的轨道三维检测系统对计算轨道被检测点坐标与轨道中线坐标较为复杂,检测精度不够高的问题,建立一种基于高精度CPⅣ轨道基准网的轨道三维检测系统的数学模型,该检测系统采用双全站仪的轨道检测小车直接捕捉CPⅣ基准网棱镜,消除CPⅢ轨道三维检测系统对全站仪进行设站所带来的繁琐与误差,并通过欧拉角与刚体运动规律的原理简化检测系统的数学模型,可以快速计算出轨道被检测点坐标与轨道中线坐标,CPⅣ轨道三维检测系统显著提升了轨道的检测精度与效率。     

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。     

高速铁路轨道几何状态的车载摄影快速检测方法与试验

为实现高速铁路轨道静态几何平顺性的快速检测与准确评估,本文提出基于车载近景摄影采集轨道数字图像以检测轨道线形的方法。采用轨面移动平台搭载数码相机采集连续高分辨率数字影像,以轨道板和轨道面稀疏布设的像控点作为约束条件,使用近景摄影测量空间解析几何模型,平差解算轨道测点三维坐标。仿真计算结果表明:车载近景摄影测量轨道平面坐标的精度为0.2mm,高程精度为0.3mm;在杭甬客运专线无砟轨道上的现场试验结果表明,车载摄影沿轨向测量的绝对坐标精度为0.6mm、垂直于轨向的精度为0.8mm,沿轨向的相对精度为0.2mm、垂直于轨向的相对精度为0.7mm,验证了车载摄影测量方法用于轨道静态几何参数检测的可靠性与高精度潜力。     

轨道精调中后方交会点三维严密平差方法研究

研究目的:目前采用的自由设站后方交会点三维坐标计算,是把平面和高程坐标分开分别进行的,这在理论上存在一定的不严密性.针对这一问题,本文在介绍无砟轨道精调方法的基础上,就精调中自由测站后方交会点三维坐标计算问题进行研究. 研究结论:以全站仪自由设站三维后方交会的斜距、水平方向和天顶距为原始观测值,推导了三维后方交会点坐标严密平差计算的数学模型,并通过实验数据验证了模型的正确性和合理性,提高了自由测站后方交会点三维坐标计算的精度,有利于高速铁路轨道平顺性的提高,可在无砟轨道精调中推广使用.     

实现轨距水平直接测量的轨检小车新结构研究

国内外常用于检测轨道几何参数的"T"形结构轨检小车在线路曲线段走行时,存在因结构原因而产生的假轨距、假水平问题,其原理性误差可达10-1mm量级。相对于轨检小车行业标准规定的轨距、水平测量允差±0.3~±0.5mm而言,该误差不可忽略,故控制与消除该误差的影响已成为新修订的轨检小车计量检定规程的新增项目。基于此,设计一种"工"形结构的轨检小车,该结构直接测量左右轨作用边,故其因结构因素造成的轨距、水平原理性误差仅为10-4mm到10-5mm量级,可显著提高轨距、水平测量精度。     

高速铁路无砟轨道长轨精调若干测量问题探讨

结合贵广、沪昆、云桂等高速铁路无砟轨道长轨精调测量的实践,介绍全站仪轨检小车长轨精调数据采集及数据处理,惯导轨检小车的测量原理及提高轨道质量指数(TQI)的措施。在轨道精调作业中,先采用绝对测量模式消除长波不平顺性,然后采用相对测量模式提高短波轨向、高低、轨距等控制指标的精度。     

高铁轨道精测站间搭接精度指标合理性研究

高速铁路轨道精调测量是保障轨道的高平顺性的重要工序,其测站间重复轨枕的搭接精度为三维坐标较差ΔX,ΔY,ΔZ≤±2 mm。从自由设站的精度入手,正推测站搭接精度,发现2 mm的精度要求偏严;结合对坐标较差合理性的分析,提出应根据自由设站的精度指标来决定搭接个数,结合搭接个数来制定搭接精度,且应把直接坐标比较转换为比较纵横向,这样既保证了轨道高平顺性的要求,又可使轨道精调测量时,现场作业更加灵活与高效,为后续规范的完善与修改提供一定的参考。     

基于A-INS组合导航的现代有轨电车轨道几何状态快速精密测量

铁路轨道是现代有轨电车运行的基础,其几何状态对于车辆的运行安全、行车速度、平稳舒适性起着决定性的作用。传统轻型轨道几何状态测量仪(轨检小车)以高精度全站仪为核心测量设备来检测轨道几何平顺性,测量效率低,难以满足线路维护的需求。提出基于带有辅助信息的惯性导航系统(A-INS),通过获取轨道的高精度三维坐标和姿态的方法,来实现有轨电车轨道几何平顺性的快速检测与准确评估。在武汉现代有轨电车轨道几何不平顺测量应用结果表明,轨向不平顺和高低不平顺重复测量误差小于0.2 mm,超高和轨距偏差的重复测量误差小于0.2 mm。实测结果说明:基于A-INS组合导航的轨道几何状态测量系统,可以满足现代有轨电车轨道不平顺检测的精度要求。     

基于车载全站仪免置平设站的轨道精测模型与算法

“相对+绝对”复合测量模式在数据处理方法上取得突破,达到了较好的效果,但在测量环节上,仍然存在一些急需解决的问题。本文提出一种基于车载全站仪免置平设站的轨道精测方法,通过全站仪免置平设站方法打破了全站仪必须置平才能设站的传统,采用轨道中线坐标“设站即测量”的方式,从根本上消除了原有小车棱镜测量环节中测角误差的存在。线路试验表明:相比于现有“相对+绝对”复合测量模式,该轨道精测方法测量结果更稳定,不但提高了测量效率,还改善了测量精度,具有较高的工程价值和现实意义。     

高速铁路轨道平顺性测量与精度分析

基于高速铁路轨道平顺性验收标准和方法,对与轨道平顺性有关的测量误差进行了理论分析和精度估算。理论分析指出CPⅢ点间的相对精度、全站仪自由设站误差及极坐标测量误差是影响轨道平顺性的主要因素。精度估算表明:采用标称精度不低于1″、1 mm+2×10-6×D(D为测距边长,km)的全站仪,能够完全满足中线偏差、高程偏差和300 m弦长的轨向、高低平顺性检测的精度要求;0.5″级全站仪能够满足30 m弦长的轨向、高低平顺性检测的精度要求,而1″级全站仪无法达到相应的核算精度,建议限制观测距离或重复观测以提高数据的可靠性。     

高速铁路轨道基准网平面网精度指标合理性研究

介绍国外对高速铁路轨道基准网平面网精度的评定方法,通过试验和客运专线实测数据研究轨道基准点相对点位精度指标的合理性,并结合某客运专线实测数据对平面网外业数据的限差指标进行统计分析.研究结果表明:将轨道基准网平面网相邻点相对点位精度定为0.2 mm 偏高,现有的测量方法难以达到,合理值应为0.4 mm;外业测量时还应增加各点多次测量间坐标较差作为控制指标,以弥补目前平面网只有内业数据处理限差指标的不足.     

高速铁路轨检仪绝对测量方法应用研究

根据高速铁路轨检仪的基本原理,研究提出了全站仪自由设站进行自动观测的方法和程序设计,以及自由设站三维坐标平差计算(考虑大气折光改正)和轨检仪绝对坐标的获取。     

全站仪半盘位观测竖盘指标差计算方法研究

高速铁路轨道多采用全站仪半盘位观测,全站仪的竖盘指标差无法通过全站仪的盘左和盘右观测直接消除,会对轨道测量的结果产生严重影响。为了解决上述问题,根据轨道测量自由设站的特点,以及竖盘指标差对高程测量的影响规律,提出一种轨道测量全站仪半盘位观测的竖盘指标差计算方法。研究结果表明,轨道测量全站仪半盘位观测的竖盘指标差计算方法理论严密、过程简单、算法可行且计算准确,不仅削弱了竖盘指标差对轨道测量的影响,提高了自由设站和相邻测站间的高程精度,使CPⅢ控制点的高程不符值和相邻测站间高程搭接误差均小于2.0 mm,而且避免了轨道测量前的全站仪检校,节省15 min的作业时间。