动态测量技术在轨道测量中的应用研究及其软件研制

摘要

智能型全站仪由于具有自动目标识别和锁定跟踪测量功能，能够快速实时地获取运动目标的空间位置，弥补了静态测量技术在效率和方法上的局限性，成为测量领域中一种重要的技术。其在小区域测量中精度高，灵活性强，有着其他动态测量技术不可比拟的优势。
　　本文针对智能型全站仪的动态测量与联机控制原理、动态数据的处理方法以及动态测量技术在普速铁路有砟轨道测量中的应用展开研究。主要研究内容包括:
　　首先，研究了智能型全站仪动态测量原理与过程，对动态测量精度进行了理论与实验分析，掌握了智能型全站仪动态测量数据的特征和精度的情况。
　　其次，提出基于不同线形的缺失数据内插方法，以填补动态测量中的缺失和跳变数据，通过对实测数据与仿真数据的计算分析，验证了该内插算法的可行性。对全站仪动态数据的处理方法进行了研究，提出基于不同线形的拟合法粗差探测方法和动态数据的卡尔曼滤波降噪方法，通过对比实验，验证了上述数据处理方法能够提高动态测量数据的可靠性和精度。
　　然后，对Leica GeoCOM编程接口的ASCⅡ通信协议进行了研究，研制了Leica智能型全站仪动态测量控制软件，并在上述研究的基础上，集成了动态数据处理模块，实现了全站仪动态测量技术内外业的一体化，并通过静、动态实验验证了所开发软件各功能模块的正确性。
　　最后，将全站仪动态测量技术应用在普速铁路有砟轨道测量中，提出了基于全站仪动态测量技术的有砟轨道测量新方法，并对新方法的测量作业流程进行了介绍，对其测量精度进行了详细分析;此外还研究了基于新方法的轨道几何状态参数计算算法，通过上道测试实验计算结果，表明新方法可以实现轨道平顺性的测量与评价。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 概述

1．1．1 动态测量的概念及特性

1．1．2 动态测量技术及其应用

1．2 全站仪动态测量技术的研究现状

1．3 论文的研究目的和研究内容

1．3．1 论文的研究目的

1．3．2 论文的研究内容

第2章 全站仪动态测量原理与动态数据处理方法研究

2．1 概述

2．2 全站仪动态测量原理

2．2．1 锁定跟踪模式的原理

2．2．2 动态测量实际测量精度

2．2．3 动态测量定位原理及精度

2．2．4 影响全站仪动态测量精度的因素

2．2．5 测量过程中应注意的事项

2．3 动态数据的缺失与处理

2．3．1 缺失问题的发现

2．3．2 线性内插

2．3．3 多项式内插

2．4 粗差的探测与剔除

2．4．1 直线拟合法

2．4．2 曲线拟合法

2．4．3 阈值的确定

2．4．4 仿真数据验证

2．5 卡尔曼滤波降噪

2．5．1 离散线性系统卡尔曼滤波

2．5．2 全站仪动态数据的卡尔曼滤波

2．5．3 仿真数据验证

2．6 本章小结

第3章 全站仪动态测量控制软件的研制

3．1 概述

3．2 Leica智能型全站仪二次开发

3．2．1 GeoCOM接口技术简介

3．2．2 GeoCOM指令系统架构

3．2．3 GeoCOM通信协议模式

3．2．4 GeoCOM的ASCII协议

3．3 软件的功能设计

3．4 软件所需硬件架构

3．4．1 智能型全站仪

3．4．2 传感器

3．4．3 通信设备

3．4．4 供电设备

3．4．5 计算机部分

3．5 程序设计语言

3．5．1 概述

3．5．2 多线程技术

3．5．3 委托的使用

3．6 动态测量软件LTTMS介绍

3．6．1 软件的设计目标与原则

3．6．2 软件的总体设计与作业流程

3．6．3 软件的界面设计与功能实现

3．7 本章小结

第4章 动态测量软件测试及在有砟轨道测量中的应用

4．1 概述

4．2 静动态数据采集实验验证

4．2．1 静动态数据采集

4．2．2 静动态数据处理

4．3 既有线有砟轨道测量方法研究

4．3．1 有砟轨道测量新方法

4．3．2 精度分析

4．4 轨道几何平顺性相关算法研究

4．4．1 轨距

4．4．2 水平(超高)

4．4．3 轨向(正矢)

4．4．4 高低

4．4．5 扭曲

4．5 实验验证

4．6 本章小结

结论与展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文