基于轨道精密控制网的轨道三维坐标高效测量方法

摘要

本发明属于涉及轨道参数检测技术，特别是指一种基于轨道精密控制网的轨道三维坐标高效测量方法。轨道线路上设置有测量区间，沿轨道线路两侧设置有精密控制网控制桩点，在轨道上安装运行架设有自动调平台和全站仪的一台智能轨道检测车与安装有测量棱镜的一台轨道卫星车；在每个测量区间里，利用全站仪的自动照准功能，照准沿轨道线路两侧设置的精密控制网控制桩点，静态交会测量出全站仪测站点三维坐标与所述轨道卫星车在测量区间上的起、终点坐标；在所述轨道卫星车的起、终点坐标之间，通过全站仪跟踪测量轨道卫星车，动态跟踪检测轨道线路三维坐标。本发明实现了测点任选，消除了轨道控制盲区，采用静态交会、动态跟踪测量模式，作业效率高。

说明书

技术领域

 本发明涉及轨道参数检测技术，特别是指一种基于轨道精密控制网的轨道三维坐标高效测量方法。

背景技术

随着我国大规模客运专线建设并投入运营，列车运行速度快，安全性、平稳性、准时性要求高，必须进行高质量的养护与维修，才能确保客运专线的运行安全和质量。这需要建立更严的作业标准、更新的养护维修模式，配备有高精度的精密测量控制网，研究轨道全几何参数精密检测技术及装备。

针对提速线路养修这一焦点问题，现有技术中进行了绝对大地坐标在既有线轨道养修中应用的研究，在提速线路沿线电力接触网杆上镶嵌观测桩标，确定线路的三维坐标，采用坐标法精确定位轨道几何位置。其特点是费用低、精度高，尤其是采用直接量取钢轨至观测桩的平距和高差，能够简单方便的掌握受控线路动态变化的三维坐标。建立全线统一的线路平、纵面优化设计应用系统，对线路三维坐标运用最小二乘法拟合直线方程和曲线要素进行实时优化处理，实时提供轨道现状及维护数据。相应的，目前在京沪、沪昆线等轨道精密控制网建设已具规模，沿线路两侧55米间距的电力杆上都布测有控制桩点桩（CPⅢ）。此种自主设计、建设的控制点绝对精度是目前所能达到的最高精度，其棱镜强制对中功能更有效地保证了实施交会测量的精度。

现有技术中轨道精密控制普遍采用的模式是在道心或路肩控制点位架设全站仪配合轨道检查小车进行轨道坐标及轨距、超高测量。此种测量模式都是线路上或路肩上架设全站仪观测小车棱镜确定线路坐标，对测量人员技术要求高，且测量小车均采用定点静态测量，作业效率只能达到200m/h左右，每小时几十测点的作业效率与现场实际应用需求存在较大距离。

发明内容

本发明的目的是根据上述现有技术的不足之处，提供一种基于轨道精密控制网的轨道三维坐标高效测量方法，设计一台智能轨道检测车，检测车上设有微调平台，通过微调平台和自动调平台，在检测车上架设全站仪，全站仪照准前方的安装有测量棱镜的一台轨道卫星车，基于轨道精密控制网的控制桩点,采用静态交会、动态跟踪测量模式，高密度高效率采集线路三维坐标、轨距、水平（超高）等数据并进行数据处理，形成相关数据报表。

本发明的目的实现由以下技术方案完成：

一种基于轨道精密控制网的轨道三维坐标高效测量方法，轨道线路上设置有测量区间，沿轨道线路两侧设置有精密控制网控制桩点，在轨道上安装运行架设有自动调平台和全站仪的一台智能轨道检测车与安装有测量棱镜的一台轨道卫星车；在每个测量区间里，利用全站仪的自动照准功能，照准沿轨道线路两侧设置的精密控制网控制桩点，静态交会测量出全站仪测站点三维坐标与所述轨道卫星车在测量区间上的起、终点坐标；在所述轨道卫星车的起、终点坐标之间，通过全站仪跟踪测量轨道卫星车，动态跟踪检测轨道线路三维坐标。

上述测量方法的具体过程如下：

1)      在轨道上安装运行架设有自动调平台和全站仪的一台智能轨道检测车与安装有测量棱镜的一台轨道卫星车；

2)      在一个测量区间里，利用全站仪的自动照准功能，照准沿线路两侧设置的精密控制网控制桩点，静态交会测量出该测量区间里全站仪测站点三维坐标；

3)      智能轨道检测车静态交会测量出轨道卫星车在该测量区间上的起点坐标；

4)      轨道卫星车在该测量区间里往前推进，在此过程中，通过全站仪自动跟踪测量轨道卫星车，采用动态跟踪测量模式高密度采集轨道线路三维坐标； 

5)      轨道卫星车往前推进到测量区间终点后停下，智能轨道检测车静态交会测量出轨道卫星车在该测量区间上的终点坐标；

6)      载有全站仪的智能轨道检测车往前推进，仍然采用跟踪测量模式使全站仪瞄准测量轨道卫星车，到达靠近卫星车的位置停下，自动推算出此测站点附近的精密控制网控制桩点，利用这些控制桩点，静态交会测量出所述智能轨道检测车停下的位置点三维坐标，作为下一个测量区间的全站仪测站点三维坐标；

7)      重复步骤3至步骤6，轨道卫星车以上一个测量区间的终点为本测量区间的起点，往前推进，实现轨道线路全线测量；

8)      测量完成后，将所测得的测量数据回归拟合，获得轨道线路全线高密度高精度三维坐标。

上述测量在轨道上是连续进行的；通过全站仪跟踪测量轨道卫星车时，轨道三维坐标测点位置任意选择。

上述智能轨道检测车与轨道卫星车之间的最大距离可达250米。

该方法在测量轨道三维坐标时，所述智能轨道检测车同步测量采集所述轨道的轨距和超高数据信息。

本发明的优点是，本发明方法实现了测点任选，消除了轨道控制盲区，交会法测量的高精度再利用回归拟合技术能使得轨道控制的整体精度得到很大提高。此外，采用静态交会、动态跟踪测量模式，作业效率高，能达到现有技术同类型产品作业效率的5－6倍，满足高效高精度测量需求。

具体实施方式

以下通过实施例对本发明特征及其它相关特征作进一步详细说明，以便于同行业技术人员的理解：

本发明方法是基于轨道精密控制网的一种轨道三维坐标高效测量方法。现有的轨道精密控制网中，包括线路平面控制网(CPI、CPⅡ)、二等、五等水准高程控制网和轨道控制网(CPⅢ)等，轨道控制网(CPⅢ)中沿轨道线路两侧设置精密控制网控制桩点。本发明方法原理是，利用轨道控制网(CPⅢ)对既有线路平、纵面进行现状测量，生成既有线路平面坐标和轨面高程基础数据。开发的能够精准量取CPⅢ点（含钢轨桩）至轨面平距和高差的简易激光专用工具，通过量取带有精确坐标的CPⅢ点（含钢轨桩）和线路轨面的平距和高差，经程序计算就可得到相对于CPⅢ控制点的精确轨道坐标。

本实施例中，将CPIII网控制点镶嵌在轨道电力接触网杆上或挡墙上，控制点间距约50m左右，保证了点位的牢固稳定。CPIII测量标志采用螺杆与螺母型套件，均采用不锈钢制成，把螺母套件钻孔埋入沿线电力接触网杆，桥梁与隧道布设在挡碴墙上或电缆沟槽沿顶上，部分车站站场布设在高站台的内侧，现场采用白色尼龙帽进行螺母套件的保护。使用时采用专用工具卸下白色尼龙帽，旋入螺杆并套接棱镜即可，控制点位编号采用对应杆号。采用简易激光设备量取的只是CPⅢ控制点相对应的轨道坐标。研制、建造在轨道上运行的智能轨道检测车，自动照准观测CPⅢ控制点和轨道连续测点，获取轨道三维坐标和轨距、超高数据。

为了提高线路坐标的测量精度，并尽可能的提高检测仪的测量效率，本发明方法采用静态交会、动态跟踪测量模式，在智能轨道检测车上架设全站仪，利用全站仪的自动照准功能，照准沿线路两侧设置的精密控制网控制桩点（CPIII），静态交会测量出测站三维坐标和精确测量轨道卫星车起、终点坐标，两静态交会测点间采用动态跟踪测量模式高密度采集线路轨距、水平（超高）等数据，进行数据处理并形成相关数据报表。

本实施例中，在轨道线路上设置有多个测量区间，在轨道上安装运行架设有自动调平台和全站仪的一台智能轨道检测车，具有自动照准功能，方便的组装脱卸不影响其单独发挥测量作用。智能轨道检测车前方，同样在轨道上运行的一台轨道卫星车上安装有测量棱镜。在每个测量区间里，利用全站仪的自动照准功能，照准沿轨道线路两侧设置的精密控制网控制桩点，静态交会测量出全站仪测站点三维坐标与轨道卫星车在测量区间上的起、终点坐标；在轨道卫星车的起、终点坐标之间，通过全站仪跟踪测量轨道卫星车，动态跟踪高密度检测轨道线路三维坐标。

具体实施时，在一个测量区间里，利用全站仪的自动照准功能，照准沿线路两侧设置的精密控制网控制桩点，静态交会测量出该测量区间里全站仪测站点三维坐标。随后，智能轨道检测车静态交会测量出轨道卫星车在该测量区间上的起点坐标。接着，轨道卫星车在该测量区间里沿轨道往前推进，在此过程中，通过全站仪自动照准跟踪测量轨道卫星车，采用动态跟踪测量模式高密度采集轨道线路三维坐标。此时，由于全站仪的自动照准跟踪，轨道卫星车在测量区间的连续移动，轨道三维坐标测点位置可实现任意选择。

轨道卫星车往前推进到测量区间终点后停下，智能轨道检测车静态交会测量出轨道卫星车在该测量区间上的终点坐标。此时，载有全站仪的智能轨道检测车开始往前推进，仍然采用跟踪测量模式使全站仪瞄准测量轨道卫星车，到达靠近卫星车的位置停下，自动推算出此测站点附近的精密控制网控制桩点，利用这些控制桩点，静态交会测量出此时全站仪测站点三维坐标，作为下一个测量区间的全站仪测站点三维坐标。

在下一个测量区间，重复上述具体实施步骤，轨道卫星车以上一个测量区间的终点为本测量区间的起点，往前推进，实现轨道线路全线测量。测量完成后，将所测得的测量数据回归拟合，获得轨道线路全线高密度高精度三维坐标。数据处理系统进行数据采集，A/D转换，数据分析、存储，并形成相关线路数据报表。

此外，智能轨道检测车还包括轨道几何状态测量系统，即通过位移传感器、动态双轴倾角传感器和旋转编码器精确测量轨道的轨距和纵、横倾角以及里程，并生成轨距差值、水平变化、超高数值和线路里程。

测量中，当多个测量区间的设置是连续的，则测量在轨道上是连续进行的，且由于全站仪跟踪测量轨道卫星车，轨道三维坐标测点位置可实现任意选择。

在保证测量精度情况下，本实施例中智能轨道检测车与轨道卫星车之间的最大距离可达250米。

本实施例中，智能轨道检测车需要提供全站仪测量平台，测量过程中，每次测量建站即全站仪采集CPIII点坐标时都要求智能轨道检测车为全站仪提供可靠的测量平台，因此必须具有快速自动调平功能，以缩短建站时间，提高测量效率。此外，智能轨道检测车能准确采集轨道参数，在前进的过程中自动连续采集轨道几何参数包括轨距、高差、轨向等并与里程相对应，采集的数据必须准确可靠，为后期的数据处理提供精确的轨道原始数据。智能轨道检测车还提供数据通讯接口及电源等，检测仪采集的轨道几何状态参数以及里程等信息经过单片机处理后通过蓝牙传输至手簿，可以即时观察数据情况，数值超标时发出警示音。同时车载可充电电池为整个系统提供电源，要求能连续工作不小于8小时。

测量时需要注意的是，前往现场检测之前在计算机中对设计数据（平曲线、竖曲线、超高）复核无误后输入到软件系统中。到达现场后对控制点进行检查，确保控制点数据（平面坐标及高程）正确无误，检查控制点是否受到破坏。每个测量区间全站仪自由交会时需要3个以上CPIII控制点，以保证轨道线形的检测精度。进行正确的测量设置，高程和平面位置以路肩侧钢轨为基准。轨检小车每次测量作业之前都要对超高传感器进行校准。测量完成后，应对轨道几何形位数据进行输出，进一步处理，输出报表，选择性的输出轨道位置、轨距、水平、轨向（长波和短波）、高低（长波和短波）、轨面高程等几何参数。所有的参数都以设计数据、实测数据和偏差值得形式输出。

本发明方法的优点是，采用测点任选模式，消除了轨道控制盲区，并采用交会法和回归拟合技术能使得轨道控制的整体精度达到新的高度，完全满足客专精测、精调和既有运营铁路测量、检查需要。检测仪采用高密度数据采集方法，存储数据量大，可根据用户需要提供线路任意点间距的测点数据。检测仪数据处理软件具有兼容性，可以兼容多款具有自动照准功能的全站仪。采用静态交会、动态跟踪测量模式，作业效率高，是同等级产品作业效率的5－6倍，达到1.2km/h。