基于精密光电三角高程的高铁路基冻胀监测

摘要

我国北方季节性冻土分布广泛。随着高速铁路建设的迅速发展，我国在高寒季节冻土区修建了多条高速铁路，这些高铁路基在冬春两季都面临着路基冻胀问题。虽然高铁路基结构设计采用了多种防冻胀措施，但是冻胀问题仍然不可避免。采用合适的方法对高铁路基冻胀变形进行监测对于列车安全运行具有重要意义。精密光电三角高程测量已经在许多工程应用中用以代替精密水准测量。但是，在低温严寒的苛刻条件下，其能否满足高铁路基冻胀监测的要求还是未知。因此本文提出基于测量机器人精密光电三角高程的高铁路基冻胀监测方法，研究其可行性并探究路基冻胀变化规律。
　　根据上述研究目标，本文首先阐述了三角高程测量的原理和影响其高差精度的误差源;其后，有针对性地采用自由设站三角高程测量的方法，在保证测量效率的前提下尽量减少或削弱误差的来源，提高测量精度。为了研究路基冻胀和轨面高程平顺性变化的相关性关系，利用全站仪和轨检小车测量轨面高程的变化，并将相同里程的路基和轨面高程变化进行对比，分析路基冻胀对轨道不平顺产生的影响。
　　采用三角高程测量进行高铁路基冻胀监测必须要建立合适的监测模型才能测得变形量并研究其变化规律。本文采用高速铁路精密水准测量检查CPⅢ控制点的稳定性，将三角高程测量成果与二等水准测量的数据进行对比，检查其精度是否满足要求;对于自由设站三角高程测量，建立合适的外业观测几何模型，平差计算时将相邻直接高差转换成间接高差，在顾及部分相邻间接高差相关性的前提下定权并平差计算，据此开发三角高程数据处理软件，使其具有平差计算和冻胀分析的功能。
　　对外业观测的数据处理分析表明:高寒地区基于精密光电三角高程冻胀监测的方法是可行的;在气温不低于-15℃时能满足二等水准测量的要求，不低于-25℃时能满足高速铁路精密水准测量精度的要求。除去地基沉降对冻胀的影响后，监测点高程经过一个冻融循环后又回到了和初值接近的状态，其变化的规律与以往冻胀变形的趋势基本一致;路基的变形和轨面高程的平顺性变化具有较好的跟随性。这些研究成果对于三角高程测量的应用、冻胀变形规律的探索具有一定的参考价值。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 概述

1．2 冻胀监测技术发展与研究现状

1．2．1 水准测量冻胀监测

1．2．2 传感器自动化冻胀监测

1．2．3 轨道动态检测

1．2．4 其它监测技术

1．3 三角高程测量应用及研究现状

1．4 高速铁路路基变形控制标准

1．5 论文目标及内容

1．6 论文结构与安排

第2章 三角高程测量原理及精度分析

2．1 三角高程测量原理及误差分析

2．1．1 地球曲率误差影响

2．1．2 大气折光误差影响

2．1．3 量高误差影响

2．1．4 测距和测角中误差影响

2．2 自由设站三角高程测量原理及误差分析

2．2．1 自由设站大气折光影响分析

2．2．2 自由设站测角测距影响分析

2．3 轨道静态检测高程测量原理

2．3．1 轨道检测原理概述

2．3．2 轨道静态检测原理

第3章 冻胀监测模型及监测方案设计

3．1 水准测量模型

3．1．1 二等水准测量

3．1．2 CPⅢ精密水准测量

3．2 三角高程网几何模型

3．2．1 CPⅢ三角高程网几何模型

3．2．2 冻胀监测三角高程网几何模型

3．3 三角高程网平差模型

3．3．1 间接高差定权

3．3．2 间接平差数学模型

3．4 冻胀监测数据处理软件开发与实现

3．4．1 软件功能设计

3．4．2 数据处理流程

3．4．3 软件操作

3．5 冻胀监测方案的实施确定

第4章 冻胀监测数据处理及冻胀规律分析

4．1 CPⅢ高程点稳定性分析

4．2 冻胀监测三角高程精度统计分析

4．3 路基冻胀与地基沉降变形分离模型

4．4．1 路基差异变形分析

4．3．2 地基沉降分析

4．3．3 路基冻深分析

4．3．4 监测点沉降分离方法

4．4 高速铁路路基冻胀发展规律分析

4．4．1 监测断面冻胀规律

4．4．2 路基纵向平顺性变化

4．5 路基冻胀变形与轨道变形的相关性分析

结论及展望

致谢

参考文献

攻读学位期间发表的论文