车载全站仪位姿估计方法研究

提出一种移动站车载全站仪位姿估计方法,结合线路线形、小车姿态及1个CPIII控制点测量信息等,对后续站全站仪位置和姿态进行估计,并已此为基础计算CPIII控制点相对于全站仪的位置,实现全站仪免置平设站测量的自动化。理论分析表明,位姿估计误差的大小与线路质量关系密切,但与全站仪ATR窗口搜索范围(缺省值为4°)相比,旋转照准精度足够满足要求。线路试验表明,以免置平车载全站仪位姿估计为基础,程序能准确计算出目标棱镜所在的方位,实现免置平自动设站(自动旋转和自动测量),一定程度提升测量效率与用户体验。     

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。     

全站仪免置平自由设站及其测量方法

当利用全站仪对高速铁路无砟轨道进行绝对测量时需频繁换站,每次换站之后都要对全站仪重新进行人工手动置平,将显著影响测量效率。通过研究全站仪免置平自由设站及其测量方法,在每次换站之后就无需置平,可节约工程测量的人力成本、时间成本,提高自动化程度。通过充分利用全站仪在非置平状态下的测量信息,研究基于方向余弦矩阵的三维坐标转换模型,完成全站仪在非置平状态下的三维空间自由设站及其测量。实验结果表明,全站仪免置平状态下测量精度与置平状态下测量精度相当,验证了方法的可行性。     

轨道静态检测轨向高低新算法及精度研究

基于自动跟踪、自动照准功能的全站仪和轨道测量仪轨道静态检测技术已广泛应用于普速铁路和高速铁路的建设运营中。目前相关规范只对轨道静态检测的自由设站精度和轨道几何参数限差进行了规定,未对轨道几何参数的测量精度进行相关说明。基于轨道静态检测自由设站的设站误差和全站仪的观测误差,提出并推导利用轨道点横向、垂向偏差,计算轨向、高低的新算法及其精度模型。研究表明,使用标称精度为0.5″的全站仪施测,可满足轨道静态检测的精度要求。     

无砟轨道CPⅢ控制网测量技术探讨

CPⅢ网是控制高速铁路上无砟轨道铺设和运营维护的一种高精度控制网。它采用自由设站进行多方向后方交会测量来获取角度、距离等测量数据,并采用分区无定向概略坐标算法对测量数据进行间接平差,得出CPⅢ点的坐标和CPⅢ网的精度。其网形结构、观测方法、观测时段及平差计算与传统的施工测量有着本质不同。     

高速铁路三维自由设站最优测量方法的仿真计算

自由设站测量在高速铁路轨道施工中应用广泛,是实现高速铁路高平顺性的重要技术保障之一,因此如何通过合理测量与平差得到正确的自由设站点坐标和进行精度的客观评定十分重要。通过仿真计算,认为当自由设站起算数据含有误差时,自由设站测量时设站点应尽量设置在所观测CPⅢ点构成的网形的几何中心,平差前应根据稳定性检验结果,确定正确的起算数据,平差计算时采用方差分量估计进行定权,这样将更合理地利用起算数据和观测值,从而得到正确的设站点坐标和精度评定,以保证轨道精调测量等工作的顺利进行。     

轨道精测与精调自由设站测量算法研究

自由设站测量是铁路工程测量中一项非常重要的工作，目前轨道施工测量及其平顺性检测几乎都使用Leica智能型全站仪的自由设站测量功能完成，但其具体算法还不得而知。鉴于这种情况，提出并推导基于平面坐标转换的自由设站测量平差算法及其相应的精度评定方法，然后通过3次自由设站测量实验验证了智能型全站仪内置自由设站测量平差算法为本文推导的基于三参数坐标转换的自由设站测量平差算法。基于上述算法开发自由设站测量及其数据处理软件，经验证具有较好的数据交互性，能够提高自由设站测量工作的效率，对指导轨道施工测量及其平顺性检测具有一定实际意义。     

全站仪半盘位自由设站测量的精度分析

在高速铁路工程测量过程中,经常会使用到全站仪进行半盘位的自由设站测量,之后再根据测量数据计算自由设站点的三维坐标值和定向角参数。由于全站仪半盘位的实测数据不能减弱或者消除全站仪的一些系统误差,因此该方法的精度与可靠性有待进一步研究。通过介绍自由设站三维平差的原理及其优点,使用实例进行自由设站测量的精度分析,在全站仪补偿器开和关的情况下,进行全站仪的全盘位和半盘位的自由设站测量实验,进行严密的三维平差,并研究不同类观测量的定权方法,比较各种条件下的坐标值及其精度。研究结果表明:在补偿器打开的条件下,利用全站仪半盘位自由设站测量可以达到较高的精度。     

提高全站仪自由设站精度方法的研究

研究目的:铁路大提速对轨道施工和维护测量提出了更高的要求,如何达到规定标准,其关键技术就是提高测量精度.采用全站仪设站是进行客运专线轨道测量必须开展的先期工作,也是提高客运专线轨道测量精度的关键步骤,通过研究提出提高全站仪自由设站精度的方法.研究结论:通过采用全站仪对轨道测量中边角平差法和程序补偿法的研究和实验,证明这2种方法对设站精度都有一定的提高.当环境理想时,边角平差法效果较好,当环境较恶劣时,程序补偿法效果更佳.同时,也可以将2种方法结合使用,进一步提高全站仪自由设站的精度.     

基于椭球基准的高速铁路CPⅢ网三维平差技术

研究目的:针对既有CPⅢ网建网及数据处理技术的缺陷,结合CPⅢ网的特点,提出基于椭球基准的三维平差函数模型,以充分发挥精密全站仪测量成果的作用,提高测量成果数据处理的可靠性。研究结论:该模型以椭球坐标系为基准,平差中无须考虑投影变形,可以直接对全站仪同步采集的、独立的原始观测数据进行三维平差处理,适用于任何尺度的控制网。不仅如此,利用该函数模型更有利于GPS和地面观测值的联合处理,且平差时可以直接对原始观测值进行统计检验。     

高速铁路自由设站高程计算方法研究

高铁轨道施工精密测量通常采用自由设站的数据处理方式。现场施工中,一般采用基于全站仪的机载后方交会程序进行实时解算。平差计算及结果分析表明,机载测量程序的高程计算成果与后处理采用的三维严密平差方法计算成果有差异。提出一种改进的高程计算方法,即在后方交会高程计算中,以设站点至CPⅢ点的高差改正数为权重因子参数,计算设站点高程。以某一测量工程为例,验证了这一改进的高程计算方法的正确性,提高了设站点的高程精度。     

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。     

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。     

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。     

无碴轨道精确测量系统的研制

无碴轨道精确测量系统是具有多种功能的混合测量系统，是现代精密测量技术、无线通讯与信息传感技术与机械和工程实际应用相结合的产物。该设备用全站仪定位，通过全站仪自动目标照准功能，以及全站仪与小车专用电脑控制的持续无线通讯功能，利用沿线布置的精测基桩（CPⅢ），配合数据处理系统，可实时提供精确的轨道内部及外部几何状态参数，并将计算出的轨道中线、轨距、水平、高程以及超高偏差通过界面显示，以便高效调整该里程点的轨道断面几何尺寸，达到所需的精度。     

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。     

高速铁路运营期间CPⅢ平面网复测方法优化探讨

为满足高速铁路线路运营维护的需要,提高CPⅢ网复测作业效率,结合运营期间CPⅢ平面网复测特点,提出了平面网复测的优化方法—"固定2C半盘位测量法",并对该方法的测量精度进行了初步分析。结合某高速铁路运营期CPⅢ平面网复测数据,采用"固定2C半盘位测量法"进行平差文件计算和CPⅢ网平差处理,并与常规全盘位测量数据计算结果进行对比分析,进一步验证了该方法在运营期间CPⅢ平面网复测中的可行性。     

一种严密的高精度自由设站方法研究

为提高全站仪自由设站精度,降低全站仪挑选标准,从而增强全站仪的适用性,本文详细研究了全站仪加常数、乘常数及竖盘指标差等误差对自由设站精度的影响,并针对不同误差源提出了提高全站仪自由设站精度的不同处理方法:(1)对于能快捷测定的系统误差通过外业现场测定系统消除;(2)对于不易测定的系统误差和偶然误差通过附加参数的平差方式...     

全站仪中自由设站坐标解求和精度分析

对全站仪中自由设站方法进行了详细剖析,指出了现今全站仪中自由设站解求待定点坐标和精度评定的缺陷,首次给出了以待定点坐标为虚拟观测值的严密平差解求思路,通过实验比较得出了一些有益的结论.     

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。