高速铁路轨道近景影像自检校光束法平差与精度研究

摘要

铁路轨道是直接引导高速列车安全平稳运行的基础设施，其良好的几何状态是实现高速列车平稳运行的重要保障，必须加强对铁路轨道的检测和维护。目前，铁路轨道的静态平顺性检测方法精度高，而检测效率有待提高。尤其是铁路提速后对铁路轨道几何检测效率和精度提出高要求。　　将近景摄影测量引入铁路轨道几何状态检测是一种有望提高铁路轨道检测效率和精度的新方法。本文利用车载近景摄影测量装置采集的高分辨率轨道数字影像，探索出提高铁路轨道近景影像自检校光束法平差精度的方法，精确求解铁路轨道近景影像的加密点坐标和外方位元素，为铁路轨道的静态平顺性检测提供基础数据。　　在轨道近景影像平差过程中，出现法方程病态和平差迭代不收敛现象。采用基于附加参数的自检校光束法，将像点坐标和附加参数视为带权观测值，两类观测值的权值通过验后方差估计Forstner算法迭代更新，有效地避免法方程病态化，保证自检校平差解算的稳定性和收敛性。　　针对车载近景摄影测量装置搭载的非量测相机镜头畸变差大特点，对6参数经典检校模型和14参数混合附加参数模型进行显著性和相关性统计检验，将相关性强的附加参数进行剔除，并对两个新的附加参数模型精度对比，结果表明，10参数附加参数模型更有效地补偿系统误差，降低对平差精度的影响。　　针对高速铁路轨道是长大线状的特点，设计多种不同像控点布设方案，联合短距离和长距离高速铁路轨道近景摄影测量对比实验，结果表明，在高速铁路轨道边缘均匀布设像控点，其更适合作为长大线状高速铁路轨道近景摄影测量的像控点布设方案，保证对测区边缘和内部精度控制，提高测量平差结果的精度。

目录

声明

第 1 章 绪 论

1.1 研究背景和意义

1.2 国内外研究现状

1.3 论文的主要研究工作

1.4 论文的组织结构

第 2 章 车载近景摄影测量检测轨道采集系统

2.1 近景摄影测量原理

2.2 车载近景摄影测量装置组成

2.2.1 移动小车

2.2.2 数码相机

2.2.3 工业计算机

2.3 实验影像数据采集流程

2.4 本章小结

第 3 章 高速铁路轨道近景影像自检校光束法平差

3.1 光束法平差的基本原理

3.2 自检校光束法平差的数学模型选择

3.3 观测值间权比关系的确定

3.3.1 验后方差估计的 Helmert 算法

3.3.2 验后方差估计的 Forstner 算法

3.4 轨道近景影像自检校光束法平差模型

3.4.1 实验数据

3.4.2 实验与分析

3.5 本章小结

第 4 章 高速铁路轨道近景影像自检校附加参数模型

4.1 数码相机物镜畸变差改正

4.2 自检校光束法平差的附加参数选择

4.2.1 附加参数模型

4.2.2 统计检验

4.3 不同附加参数模型的效果对比实验

4.3.1 实验数据

4.3.2 显著性检验

4.3.3 相关性检验

4.3.4 精度分析

4.3.5 像点残差图

4.4 本章小结

第 5 章 像控点布设对轨道近景摄影测量精度的影响

5.1 影响平差可靠性的因素

（1）像控点

（2）大气折光

（3）地球曲率

（4）相机质量

（5）重叠度与基高比

5.2 像控点布设原理

5.2.1 布设原则

5.2.2 像控点布设方案

5.3 短距离高速铁路轨道像控点布设实验

5.3.1 实验数据

5.3.2 实验与分析

5.4 长距离高速铁路轨道像控点布设实验

5.4.1 实验数据

5.4.2 实验与分析

5.5 本章小结

第 6 章 高速铁路轨道近景影像自检校平差系统

6.1 系统整体设计

6.1.1 系统功能概述

6.1.2 系统开发环境

6.2 系统功能介绍

6.2.1 文件模块

6.2.2 参数设置模块

6.2.3 畸变参数模型模块

6.2.4 光束法平差模块

6.3 本章小结

结论与展望

致谢

参考文献