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。     

基于单一北斗二代系统的高速铁路CP0框架控制网基线解算和精度分析

目前，我国铁路CP0框架控制网基于GPS系统来构建，随着我国北斗系统的逐步完善，铁路行业亟需摆脱对GPS系统的依赖。在杭衢高铁进行北斗和GPS静态数据测量实验，在GAMIT内输入同时段的IGS和MGEX在亚太地区5个测站的数据，分别处理单一GPS和单一北斗的CP0基线，以标准化均方根误差和基线解算偏差作为指标来对比分析两者的基线解算精度，然后对解算得到的基线进行平差计算。研究表明：选择我国经纬度范围内3～4个MGEX站参与单一北斗二代系统的基线解算和平差起算，能够满足高速铁路测量规范对于铁路CP0框架控制网三维无约束平差最弱边相对中误差小于1/2 000 000,三维约束平差最弱边相对中误差小于1/250 000的精度要求；单一北斗二代系统能够独立应用于构建铁路CP0框架控制网，摆脱我国铁路系统在该领域长期对GPS系统的依赖。     

高速铁路测量建立独立坐标系的数学模型

研究目的：在高速铁路线路测量中,由于线路长,常常跨越多个投影带,在统一坐标系中投影变形大,不能满足高速铁路测量精度的要求.针对这一问题,必须采取有效的约束条件和措施,使得长度变形小于1/40 000,从而满足铁路测量精度要求. 研究方法：本文从解决铁路测量坐标系中存在的长度变形出发,首先分析了高斯投影长度变形,然后提出了建立分段独立坐标系的方法,使其投影长度变形不大于1/40 000. 研究结果：文中给出了高速铁路测量建立独立坐标系的4种数学模型,有效的解决了在投影过程中长度变形问题. 研究结论：利用模型可以很好的解决投影变形对工程建设的影响,容易满足高速铁路测量精度要求,方便了工程施工测量,对高速铁路的建设有很好的实用性.若在铁路测量中应用,可极大地提高勘测精度,有着广阔的应用前景.     

北斗卫星定位技术在边坡位移监测中的应用

北斗卫星导航系统精度高,应用越来越广泛。本文研究将北斗定位系统应用于边坡监测的可行性。对北斗监测工作站进行精度标定试验,结果表明,水平位移测量精度在2 mm内,沉降测量精度在5 mm以内。依托深圳一降雨蠕变型边坡,将北斗监测设备布设在该边坡上,通过4G无线传输模块以及太阳能供电实施自动化监测。北斗定位系统监测结果与全站仪监测数据吻合较好,可应用在边坡的自动化监测中。     

武广高速铁路运营阶段路基沉降变形规律研究

高速铁路运营要满足高可靠性、高稳定性和高平顺性要求,路基沉降变形是影响轨道结构状态的主要因素。本文选取武广高速铁路代表性区段,对高速铁路路基沉降变形进行系统监测,分析了运营中无砟轨道路基沉降规律。研究表明:运营阶段高速铁路路基沉降变形量比较小,但波动较大,路堤段的总体沉降大于路堑段,过渡段的沉降值波动变化较大,直线段轨道板内侧沉降大于外侧,曲线段加设超高一侧沉降大于另一侧。研究成果对于合理安排养修,保证运营安全具有指导意义。     

高速铁路基础变形测量技术体系探讨

高速铁路基础沉降变形监测与控制对其高可靠性、高稳定性、高平顺性十分重要。本文对适于高铁基础沉降变形观测的各种测量技术进行了分析,提出了全面普查与重点观测相结合、静态与动态检测相结合、定期检测与实时监测相结合、高精度与低精度测量技术合理搭配的沉降变形测量技术体系,以期实现高铁基础沉降变形观测技术的经济合理性和历史数据可追溯性。     

高速铁路基础变形测量技术体系探讨北大核心

高速铁路基础沉降变形监测与控制对其高可靠性、高稳定性、高平顺性十分重要。本文对适于高铁基础沉降变形观测的各种测量技术进行了分析,提出了全面普查与重点观测相结合、静态与动态检测相结合、定期检测与实时监测相结合、高精度与低精度测量技术合理搭配的沉降变形测量技术体系,以期实现高铁基础沉降变形观测技术的经济合理性和历史数据可追溯性。     

高速铁路运营期基础沉降长期监测技术研究

研究目的:我国高速铁路跨越地域广,各类复杂地质结构和大量过渡段频繁交替,同一条线路往往还要面临多种不同气候差异等诸多复杂因素的综合作用,因此欲解决其运营期沉降问题,需要采取可靠的手段进行实时在线监测,从而为高速铁路的安全运营提供技术保障。研究结论:(1)气压差式高精度竖向位移传感器测量精度可达0.1 mm,在对温度、重力加速度等系统误差修正后,其精度满足结构长期监测的要求;(2)试验验证了气压差式高精度竖向位移传感器的长期时漂和温漂稳定性均在±0.5 mm范围内,并且该传感器在-20℃的极寒条件下仍能正常工作;(3)采用气压差式高精度竖向位移监测系统,结合太阳能供电和物联网技术,实现了部分试验段高速铁路运营期基础沉降长期自动连续监测,其精度、稳定性和安全性等方面均能满足高速铁路相关要求,该技术可以在运营高速铁路的其他关键路段实施。     

沪杭高速铁路CRTSⅡ型板施工GRP网测量技术与难点研究

针对高速铁路无砟轨道施工测量精度要求高,在建网和施工测量时经常出现测量精度达不到规范要求的技术难题,结合沪杭高速铁路CRTSⅡ型板施工加密基标(轨道基准点,简称GRP)测量情况,研究时速350 km高速铁路CRTSⅡ型板式无砟轨道GRP网的布设测量技术,对测量过程中布网、技术准备、测量方法、测量环境等影响测量精度的因素进行分析研究,找出成因,反复验证,得出高速铁路CRTSⅡ型板施工GRP测量技术,并提出了对测量过程中难点问题的解决方法。     

铁路工程沉降变形观测技术若干问题探讨

根据高速铁路工程沉降变形观测工作实践,分析了现场执行Q/CR 9230—2016《铁路工程沉降变形观测与评估技术规程》过程中,在变形观测标志及其埋设、沉降变形观测方法、变形测量等级及精度要求、沉降变形观测路线等技术方面存在的问题,提出了合理的解决方案,为避免教条地执行规程给工程带来不利影响起到指导作用,为我国高速铁路工程沉降变形观测与评估体系的优化提供参考。     

高速铁路隧道路基沉降监测方案研究

隧道是铁路运营的重要设施,隧道沉降控制在铁路运营安全中起着至关重要的作用。以京广高铁为背景,在研究现有的静力水准远程自动化监测方案和激光远程测量监测方案的基础上,利用激光测量技术与计算机技术,提出了一种新的路基沉降监测方案——机器视觉监测方案。该方案使用片光源与图像识别技术解决了监测系统精度与成本的矛盾,能对高速铁路隧道路基沉降变形进行准确的监测。     

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。     

TS-DInSAR大区域多尺度沉降监测与精度评定

合成孔径雷达时序差分干涉(TS-DInSAR)已被广泛应用于高铁沿线大区域、多尺度的地面沉降监测方面,但缺乏相应的精度指标。因此,可利用升降轨平台时序解算结果和大量精密水准数据,对大区域内不同尺度的沉降监测结果进行精度评定和分析。研究区域覆盖北京、天津和雄安新区等(面积约3.4×104km2)京津冀核心区域,选取2015年11月～2018年3月51景降轨Sentinel-1A/B和2016年5月～2018年2月44景升轨Sentinel-1A作为数据源,利用TS-DIn SAR分别获取的升降轨平台沉降速率进行交叉验证;另一方面,结合PS点至解算参考点的距离、多尺度沉降速率等精度影响因素,利用大量高铁沿线精密水准数据对同时段PS点的沉降量进行详细的精度评定。研究表明,研究区域内存在不同尺度的沉降,有较多沉降漏斗;升降轨平台监测结果基本一致,标准差为6.47 mm/a;利用大量高铁沿线水准数据对同时段升轨平台沉降量进行验证,中误差为4.17 mm,PS点沉降监测误差与至参考点的距离呈线性关系,在20～80 km的距离内,中误差由2.9 mm递增到4.17 mm;同时,沉降监测误差与PS点沉降速率之间呈现随机分布关系,证明在沉降速率90 mm/a以内的不同尺度沉降监测精度基本相同。研究结果显示:TS-DInSAR能够为平原区域内的基础设施沿线区域沉降监测提供精度可靠的时序数据集,获取的TS-DInSAR沉降监测精度参考指标可应用于高铁等重大基础设施的勘测和运营。     

基于TBC4.1软件的高速铁路CP0框架控制网基线解算与网平差精度分析

针对天宝公司研发的新版本TBC4.1软件在高速铁路CP0框架控制网基线解算与网平差的可行性问题,以京沪高速铁路CP0框架控制网作为研究对象,将最新版TBC4.1软件与GAMIT10.7软件、旧版本TBC3.5软件的基线解算能力进行比较,并与Cosa GPS软件的网平差精度进行对比,用试验的方法讨论TBC4.1软件加载不同类型卫星星历对不同基线长度高速铁路CP0框架控制网的基线解算与网平差精度。结果表明:TBC4.1软件较旧版本TBC3.5软件在长基线解算能力上得到了很大的提高;在处理800 km范围内的高速铁路CP0框架网基线时,TBC4.1软件获得与GAMIT10.7软件相当的解算精度,且不受精密星历种类的限制;当CP0框架网的基线长度由800 km扩大至1 500 km时,TBC4.1软件加载最终星历的基线解算精度仍能与GAMIT10.7的解算精度保持一致;TBC4.1软件网平差模块的处理精度为毫米级,且不受精密星历种类解算的基线结果限制。     

多时相InSAR技术在高速铁路沉降监测的应用

多时相InSAR能够对大范围的目标区域进行毫米级精度的地表变形监测,是目前对区域性沉降进行监测的重要手段,利用多时相InSAR技术对高速铁路及沿线区域进行沉降监测受到越来越多的关注。以郑万高速铁路某跨河特大桥为研究对象,利用多时相InSAR技术对其受高速列车长期运营载荷和周围人为活动的影响下的沉降情况进行监测分析。监测结果显示,该跨河特大桥区域在2020年10月至2022年2月发生了区域性沉降,大桥沿线沉降呈现漏斗状,漏斗底部最大沉降速率达到28.8 mm/a;同时,对比分析多时相InSAR技术监测结果和精密水准监测结果,两者在该区域沉降速率和沉降变形趋势上均呈现一致性。     

高速铁路测量中高斯平面坐标与斜轴墨卡托平面坐标的转换

在高速铁路测量中,要求在建立平面坐标系时应满足投影的长度变形不超过10 mm/km。对于大致呈东西走向的线路来说,建立高斯平面坐标系时,为了控制长度投影变形,就要分多个投影带进行投影,这样就产生了多个高斯平面坐标系。墨卡托投影,既可以满足长度变形值要求,又可以有效解决因分带过多而带来的坐标系不统一问题。研究了高斯平面坐标向斜轴墨卡托平面坐标的转换模型,并且结合某条高速铁路测量数据进行了计算、分析和实际应用,表明本文研究的方法是正确的。     

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。     

GAMIT中不同卫星星历对GNSS点位坐标解算的影响

利用GAMIT/GLOBK软件进行GNSS数据高精度解算的时效受限于IGS最终精密星历(IGS)的发布。为提高时效,探讨不同星历对不同基线距GNSS网络坐标解算精度的影响。基于GAMIT软件,采用IGS发布的最终精密卫星星历(IGS)和快速卫星星历(IGR),对不同基线距(20～1000 km)的GNSS网络进行坐标解算。结果表明,利用最终精密星历解算GNSS点的坐标精度随着基线距的增加而减小,水平向坐标误差保持在5 mm以内,中短基线网(20～200 km)垂向误差在1 cm以内,长基线网(200～1000 km)垂向误差超过2 cm;利用快速卫星星历解算短基线GNSS网(20～100 km)的点位水平向误差在5 mm以内,中长基线GNSS网(60～200 km)点位水平向精度保持在1 cm以内,长基线GNSS网点位水平向精度超过1 cm。上述结果表明,在GAMIT/GLOBK软件中,利用快速卫星星历解算中-短基线距GNSS网,可以满足三维坐标精度需求为1 cm的工程。     

视觉自动化监测技术在铁路变形监测中的应用

邻近铁路施工不当会造成路基沉降、涵洞开裂、桥梁墩台倾斜等问题,从而影响铁路运营安全。对铁路结构物进行变形监测,是确保铁路行车安全的重要手段。为解决铁路结构物变形监测高频次、高精度、实时预警的需求,研究了一种基于数字化近景摄影测量技术的非接触监测方法,集成近景摄影测量、计算机视觉、数字图像处理、无线通讯等多种新技术,实现了远程无接触自动化变形监测。结果表明：(1)采用850 nm的滤波片可大幅度降低环境光照差异带来的误差;(2)通过设置基准点可将设备位置变化引起的误差控制在1 mm以内;(3)该系统可以全天候自动化监测,监测过程中可实时查看设备状态,无需上线作业,大幅减少了天窗作业频次;(4)相较于传统的全站仪人工监测方法,该技术具有精度高、自动化、非接触、实时测量、干扰因素少等特点,精度可达毫米级。     

液体静力水准系统在高速铁路运营期实时沉降监测中的应用研究

介绍液体静力水准系统的工作原理,分析总结在高速铁路运营期实时沉降监测中影响系统精度的主要因素及削弱这些因素的方法。通过对液体静力水准系统在某高速铁路运营期沉降监测项目中的监测成果与工人周期监测成果对比分析,表明液体静力水准系统监测方法能够满足运营期高速铁路沉降监测精度要求。