一种提高铁路车载激光雷达测量精度的方法

为了提高铁路车载激光雷达扫描精度,在铁路两侧布设并测量控制点,基于控制点对激光雷达数据进行精化,对比分析不同密度控制点的精化效果,找到控制点密度与激光雷达数据精度间的关系,从而确定满足既有线测量的控制点密度。结果表明:加入控制点后可明显提高车载激光雷达扫描精度,每400 m布设一个控制点,激光雷达平面和高程精度可达0.15 cm,满足除高速铁路中线和高程测量外的所有既有线测量工作的精度要求。控制点布设和测量在铁路两侧进行,不影响铁路的正常运营,可有效保证测量人员和行车的安全。     

基于激光雷达的高铁路基正常高测量方法

研究目的:在铁路测量工作中,传统水准测量费时费力,GNSS水准测量只能算是准动态测量方式,GNSS/INS水准测量需要车体经过已知控制点且只能获取载体轨迹点处正常高。以GNSS/INS和车载激光雷达为核心传感器的车载移动测量系统可以快速获取包含三维空间信息的点云数据,经过融合处理后可以得到对应的大地坐标。本文研究如何基于车载激光雷达快速、精确地获取大量未知点的正常高,介绍其中涉及的各种误差并分析其影响,除考虑趋势误差项和随机误差项外,还根据车载激光雷达测量原理建立常数项误差项。针对其中趋势项和随机项误差,建立二次项拟合模型进行处理。针对常数项误差项,利用未参与解算的CPⅢ控制点信息进行常数项误差的改正。研究结论:(1)移动测量系统能以近乎动态连续的方式快速获取大量未知点的正常高,相比于传统水准测量等测量方式,获取高程点的数量和效率都明显提升;(2)常数项误差对高程精度也有很大影响,本文试验结果与精密水准测量测得的检核点高程对比得:常数项误差改正前计算出的扫描点正常高的标准差为0.074 m,最大偏差绝对值为0.115 m;改正后扫描点正常高的标准差为0.002 m,最大偏差绝对值为0.006 m;(3)基于激光雷达的高铁路基正常高快速测量方法测量效率完全能够满足铁路建设作业的精度要求,同时也可大大提升作业效率,在铁路路基高程维护和检修方面起到重要作用。     

带状区域无人机航测像控点布测方法研究

针对铁路、公路地形图带状测绘的特点和精度要求,选择某长江大桥桥址区为试验测区,进行无人机航测大比例带状地形图像控点布设方法试验研究,提出一种适用于带状区域大比例(1∶500~1∶2 000)地形图测绘的"平行于线路中线多排均匀布控法"。试验结果显示,当控制点旁向间距不大于500 m、航向间距不大于1 000 m时,空三加密点的平面、高程精度可达到1∶500数字测图的精度标准。外业实测精度检测结果显示:试验测区数字地图的平面和高程精度可达到现行国家和行业相关规范中1∶1 000比例地形图的精度标准。     

差分GPS数据对无人机空三精度影响的探讨

以某高铁一个测区为例,进行无人机影像差分GPS坐标和外控点坐标联合空三加密的计算试验,以分析有无像主点差分GPS数据、不同控制点布设方案对空三加密精度的影响。试验结果表明,加入差分GPS数据进行区域网平差,可以有效提升区域网的高程精度,且外控点布设方案对空三加密精度的影响远小于加入像主点差分GPS数据对空三加密精度的影响。     

基于千寻定位的铁路定测GNSS RTK中线测量数据分析

为研究利用千寻定位GNSS RTK技术进行铁路定测阶段中线测量(平面纵、横向及中桩高程)精度等问题,以基于同一铁路定测阶段平面CPI控制网和线路水准基点为测量基准进行中线测量数据采集,比对分析千寻定位GNSS RTK技术与传统单基站GNSS RTK获取数据的较差和中误差,并对两种方式测量结果数据进行研究分析。研究表明,千寻定位的GNSS RTK技术与单基站GNSS RTK测量结果平面坐标较差中误差和高程较差中误差均≤0.05 m,小于《铁路工程测量规范》中线测量平面纵横向限差0.1 m及中桩高程限差0.1 m的规定,故基于千寻定位的GNSS RTK技术可在一定程度上替代传统单基站GNSS RTK进行铁路定测阶段中线测量。     

高速铁路站场断面测量新方法研究

既有铁路站场断面测量时存在GNSS-RTK卫星信号差、测量效率低、测量条件困难等问题,故提出一种采用背包式移动三维激光扫描系统进行既有铁路站场断面测量的新技术,该系统可在无GNSS-RTK信号的条件下快速高效地采集测量区域内密集的三维点云数据。采用理论与实践相结合的研究方法,首先通过对SLAM算法和点云配准算法的研究,从理论上验证背包式移动三维激光扫描系统在铁路既有站场断面测量的可行性,随后以广州东站改造工程项目为实例,制定详细的测量流程,经过路线规划、控制点布设与测量、外业数据采集、内业数据预处理、点云配准与拼接、多源数据精度评定等一系列测量步骤的实施,得到背包式移动三维激光扫描系统在既有铁路站场内的断面测量高程中误差为0.025 m,满足既有铁路站场断面的测量要求。     

客运专线无砟轨道施工平面控制网优化设计

研究目的:本文通过对客运专线无砟轨道施工平面控制网设计的研究,提出平面控制网的布网方法、精度设计准则。研究方法:采用仿真实验的方法,通过误差理论分析,反演推算各级控制网精度,研究控制网的布网方法和精度设计准则。研究结果:提出了客运专线无砟轨道平面控制网的布网方法及精度设计准则。研究结论:客运专线无砟轨道施工平面控制网的坐标投影长度变形限定值应不大于10 mm/km;控制网沿线路应不大于5 km布设1对相距1 km左右且相互通视的GPS点,在GPS点之间布设近似直伸附和导线,导线边长400~600 m;任意3个相邻控制基桩点位误差引起的角度中误差应不大于8″。     

高速铁路轨道基准网测量与数据处理新方法

高速铁路轨道基准网在我国工程测量领域是个新生事物,最近几年才从德国引进。本文在学习德国测量技术的前提下,结合这几年在我国的应用情况,在分析总结其优缺点的基础上,提出与德国方法完全不同的、具有自主知识产权的CPⅣ网测量与数据处理的新方法。新方法中采用13m间隔布设CPⅣ点,CPⅣ点采用强制对中标志,采用构网法进行CPⅣ平面网的自动测量,根据中视法的高差构建具有多余观测的CPⅣ高程网,对CPⅣ平面网和CPⅣ高程网进行严密间接平差和验后精度评定。新的CPⅣ网测量精度和测量效率更高,数量处理理论更严谨。观测实验结果表明：本文提出的新方法理论严谨、切实可行,值得推广应用。     

基于惯导的移动三维测量技术在地铁保护区变形监测中的应用研究

在地铁保护区变形监测中,水平位移和沉降作为重要的监测内容,通常用全站仪和水准仪测量,其测量精度高,应用比较广泛,但是该手段仅能对布设有监测点的区域进行监测,无法掌握隧道整体的变形情况。本文提出基于惯导系统的移动三维测量技术,通过在隧道内布设基准网,配合Lidar控制点绝对坐标传递,对惯导系统的累积误差进行修正,最终得到隧道结构三维点云模型。依托杭州市某地铁区间三维扫描项目,采用不同间距的控制点对惯导系统的累积误差进行修正,经与全站仪测量值对比,结果表明:移动三维测量技术的水平位移和沉降监测精度与隧道线型有关,当隧道为直线有坡度环境时,其水平位移监测精度比较稳定,基本保持在0.76 mm左右,沉降监测精度随控制点间距增大而降低,最优可达0.72 mm。     

两种地球重力场模型在GNSS高程拟合中的适用性分析

为比较XGM2019e与EGM2008两种地球重力场模型在GNSS高程拟合中的适用性,基于“移去-恢复”法,使用平面拟合、二次曲面拟合及多面函数拟合在两个不同地形条件区域开展GNSS高程拟合实验。实验数据表明,在两个区域中,基于XGM2019e模型计算出3种不同拟合方法的外符合精度依次为2.22,1.62,1.85 cm及1.56,3.32,1.17 cm,均高于使用EGM2008模型计算出的外符合精度,表明在实验区域内使用XGM2019e模型进行GNSS高程拟合的效果优于EGM2008模型,将XGM2019e模型与不同GNSS高程拟合方法进行组合,还可进一步提升GNSS高程拟合精度。     

隧道洞内平面控制网形与数据处理方法实验研究

建立地面实验网,用GNSS测量结果作为参考值,对交叉导线网、横控交叉网、菱形交叉网和中间自由测站点对网等网形进行同步实测,对各种网形就距离定权、距离角度方差估计、常规平差与稳健估计、加入不同精度的陀螺方位等进行测试计算,分析不同方法与处理参数对控制网横向贯通误差的影响。为提高隧道洞内平面控制网的贯通精度及可靠性,应尽量减少旁折光的影响,宜采用交叉导线网或中间自由测站的边角交会网形;有条件时应测量高精度的陀螺方位边,采用边角匹配抗差平差方法处理控制网数据。     

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。     

基于三维激光扫描技术的地铁盾构隧道中轴线高程提取方法

针对目前三维激光扫描技术检测盾构隧道横断面方法效率低、不能充分利用高密度点云数据的问题，从精度、效率及充分利用高密度横断面点云数据三方面进行隧道中轴线高程分析。提出利用空间几何关系快速提取隧道原始点云数据横断面的方法，继而利用K近邻计算方法提取隧道中轴线高程。试验结果表明，该隧道中轴线高程提取方法与水准仪实测获得的隧道中轴线高程间最大差值为3 mm。与水准仪实测方法相比，该隧道中轴线高程提取方法的检测精度与检测效率均有较大改善，且其不需要进行横断面点云数据的抽稀，充分利用了海量原始点云数据，可推广应用至盾构隧道竣工验收工作。     

港珠澳大桥沉管隧道贯通测量方法

为了满足港珠澳大桥沉管隧道贯通测量的精度要求,管节在预制场制造完成后,标定其测量数据及坐标系转换参数,并计算管节沉放后的贯通特征点坐标。洞外定向边按照公路二等GPS观测,洞内导线网采用双车道双导线法,高程采用水准法引测至洞内贯通控制点。在贯通控制点设站,测量已沉管节贯通点GL1、GL8,以及管节首尾端姿态点L1、R1、L2、R2的三维坐标,并与贯通特征点标定成果进行比对。研究表明,估算洞内、洞外控制测量总横向贯通中误差为26. 4 mm,实测E24管节首端轴线偏北41. 7 mm(满足轴线偏差±100 mm要求),管节轴线、高程、坡度及姿态满足沉管隧道贯通测量精度要求。     

地面激光扫描技术在既有铁路勘测中的应用研究

以线路中心线为基本控制线的既有线测量方法施测困难,且对运营干扰大、安全性差、效率低。本文提出了将激光扫描技术应用于既有铁路勘测的数据采集方案和数据处理方法,利用地面三维激光扫描仪Surphaser 25HSX对测区长1 500 m的既有线按照试验施测方案进行了点云数据采集,并结合数据后处理软件Geomagic和Cyclone进行了点云预处理、点云配准及表面建模,提取实时线路中心线与原始航测底图进行对比分析,对试验数据做了精度分析。试验研究表明:采用合理的标靶设置和测站布设,三维激光扫描所得点云数据可满足既有线勘测设计需要,并且能提高获取原始数据的效率,保证了数据质量,降低了数据处理的复杂程度,测量方式更安全且信息丰富。     

垂线站心坐标系中基于GNSS基线向量的高差计算

利用GNSS平差后的基线向量求解工程面内垂线站心直角坐标系中不同控制点之间的高差,按照距离定权的方式内插计算未知点的最终高程。当传统的高程测量方法难以实施时,该方法具有实际意义。     

基于三维激光扫描技术的既有铁路道岔岔心自动提取方法

针对目前常规岔心测量方法作业效率低下、测量人员上线作业存在较大安全隐患等问题,提出一种基于三维激光扫描技术的既有铁路道岔岔心自动提取方法:①对原始点云数据进行预处理,通过轨面高程滤波剔除枕木等无用数据(只保留铁轨轨面数据);②利用Hough变换算法检测直线,并采用最小二乘法对检测出的直线进行拟合,以提高直线检测精度;③为每条直线设置1个邻域,搜索邻域内的点作为该条直线新的直线点集,采用最小二乘法对新筛选出的直线点集进行第二次拟合;④将直线参数相近的直线合并为一条直线,得到最终的轨道直线,根据提取出的直线参数计算岔心坐标。选取某车站既有道岔的点云数据进行实例验证,提取出的岔心坐标与传统人工测量方式得到的岔心坐标差值均在3 cm以内,证明了该方法的可行性。     

控制点不足的地形图后处理方法研究

前期收集的控制点距离地铁环线线路较远,测图工期制约着地铁设计工作的进展。使用GPS平面测量和高程拟合的方式算出能够覆盖地铁环线的控制网成果,在此控制网基础上进行1:2000地形图测绘,最后根据七参数转换关系将拟合高程测出的地形图转为所需的地方坐标系成果,精度满足测图需要。     

胶济客运专线CPⅢ控制网测设过程

介绍胶济客运专线CPⅢ控制网的测设过程。分别对CPⅢ控制网的平面控制和高程控制的布设及施测进行了阐述,以一个实例,进行了精度分析。表明所采用的方法和流程满足客运专线的精度要求。     

铁道工程中两种常用GNSS高程拟合方法的比较研究

为了研究铁道工程中长测段情况下合适的高程拟合方法,简要介绍了几种高程系统,阐述了GNSS大地高转换为正常高的原理。针对铁道工程呈带状的特点,在充分考虑GNSS点的数量、密度和分布状况基础上,重点分析了多项式曲线拟合和三次样条曲线拟合两种高程拟合模型的原理和特点,依据具体的工程算例,采用数值模拟方法分析得知,二次多项式、三次多项式、三次样条曲线的最大拟合残差依次为:-0.071 m,-0.059 m,-0.042 m;残差均值依次为:-0.019 m,-0.015 m,-0.011 m;内符合精度依次为0.066 m,0.055 m,0.045 m;外符合精度依次为0.070 m,0.059 m,0.044 m。由此可见,两种GNSS高程拟合方法的点位拟合残差平均值都在0.02 m以内,而三次样条曲线对于中长距离的铁道工程拟合效果更优。