高速鐵路軌道分段測量數(shù)據(jù)的平順連接法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及（高速）鐵路軌道精密測量技術(shù)領(lǐng)域，特別是高速鐵路軌道鋪裝、維護(hù) 和檢測以及軌道幾何狀態(tài)測量儀和標(biāo)準(zhǔn)軌道檢驗(yàn)場中分段測量的軌道測點(diǎn)坐標(biāo)高程數(shù)據(jù) 的平順連接方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 軌道靜態(tài)檢測所使用的軌道三維精測系統(tǒng)是以軌道控制網(wǎng)（CP III )為基準(zhǔn)，采用 具有自動跟蹤、自動照準(zhǔn)和自動測量的全站儀，配合集成軌距和傾斜傳感器的軌檢小車組 合成的"軌道幾何狀態(tài)測量儀"，或利用全站儀配合附有陀螺定向的"軌道檢查儀"，采集軌 道點(diǎn)坐標(biāo)高程數(shù)據(jù)，以獲取軌道內(nèi)部和外部幾何參數(shù)，評價軌道短波（10m弦）、中波（30m 弦）和長波（300m弦）的不平順性，用以指導(dǎo)軌道精調(diào)、軌道檢測及其維護(hù)修繕。
[0003] 根據(jù)高速鐵路CP III控制網(wǎng)間隔50~70m成對布設(shè)的特點(diǎn)，為保證軌道三維精測 系統(tǒng)的測量精度，軌道幾何狀態(tài)測量儀或軌道檢查儀需每隔一段距離進(jìn)行全站儀設(shè)站，根 據(jù)《高速鐵路工程測量規(guī)范》(TB10601-2009)要求，相鄰測站檢測的軌道要求有6~10根軌 枕的重疊區(qū)。由于測量誤差的影響，重疊區(qū)軌道點(diǎn)的2套坐標(biāo)和高程會存在差異。為了消除 軌道重疊區(qū)測點(diǎn)的不符值，軌道幾何狀態(tài)測量儀常采用的方法有：擴(kuò)展法、平均值法、跳過 重疊點(diǎn)法、不補(bǔ)償法和線性函數(shù)平滑法。其中，平均值法、跳過重疊點(diǎn)法、不補(bǔ)償法和線性函 數(shù)平滑法四種方法均只調(diào)整重疊區(qū)軌道點(diǎn)，對于非重疊區(qū)軌道點(diǎn)未作任何調(diào)整；擴(kuò)展法則 將重疊區(qū)測點(diǎn)數(shù)據(jù)取平均，根據(jù)線性函數(shù)對重疊區(qū)前后實(shí)測數(shù)據(jù)做一定程度的補(bǔ)償。補(bǔ)償 區(qū)長度通常由重疊段偏差值的一半與常規(guī)補(bǔ)償區(qū)域設(shè)置值的乘積決定，在重疊段較多的情 況下，擴(kuò)展法會導(dǎo)致補(bǔ)償區(qū)長度減小或重復(fù)補(bǔ)償。因此，顧及重疊區(qū)和非重疊區(qū)軌道點(diǎn)測量 誤差特性的高速鐵路軌道分段測量數(shù)據(jù)的平順連接方法，對于提高高速鐵路軌道靜態(tài)檢測 及其平順性，建立高標(biāo)準(zhǔn)軌道檢驗(yàn)場，編制高速鐵路測量技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)等均有重要的應(yīng)用價值。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是提供一種軌道幾何狀態(tài)測量儀、軌道檢查儀和標(biāo)準(zhǔn)軌道檢驗(yàn)場中 軌道分段測量數(shù)據(jù)的平順連接方法，以克服現(xiàn)有鐵路軌道測量數(shù)據(jù)處理算法的缺陷，提供 精度更高、軌道平順性更好的數(shù)據(jù)處理算法。
[0005] 本發(fā)明的目的是通過以下手段實(shí)現(xiàn)的。
[0006] 高速鐵路軌道分段測量數(shù)據(jù)的平順連接法，在高鐵軌道測量中用于消除二次測量 的軌道點(diǎn)結(jié)果不符值，其特征在于，全站儀的每個測站所測軌道點(diǎn)的橫向和垂向偏差（或 坐標(biāo)高程）不僅在相鄰測站重疊區(qū)需要調(diào)整，在非重疊區(qū)也需要調(diào)整，且考慮了重疊區(qū)與 非重疊區(qū)點(diǎn)的平順性處理。
[0007] 設(shè)測站Ai所測軌道點(diǎn)Q的橫向和垂向偏差（或坐標(biāo)高程）修正模型：
[0009] 式中，L°&和LQ;i分別為軌道點(diǎn)Q(包含重疊區(qū)軌道點(diǎn)q與非重疊區(qū)軌道點(diǎn)q') 調(diào)整前后的橫向或垂向偏差（或坐標(biāo)高程）向量；ki為待定參數(shù)；SQ;i為軌道點(diǎn)Q到測站Ai的距尚向量；AQ;i為測量隨機(jī)誤差向量。
[0010] 測站Ah和測站AiK測軌道點(diǎn)在重疊區(qū)的橫向偏差或垂向偏差（或坐標(biāo)高程）應(yīng) 該相等，由此列出誤差方程：
[0012] 式中，為重疊區(qū)軌道點(diǎn)q橫向偏差或垂向偏差（或坐標(biāo)高程）不符值的改 正數(shù)向量；Cu為重疊區(qū)軌道點(diǎn)q的橫向或垂向偏差（或坐標(biāo)高程）向量的代數(shù)和，即 =1^-1^^，其中，LUpL:.分別為測站AjPAi所測軌道點(diǎn)q的橫向或垂向偏差 (或坐標(biāo)高程）初始值向量。
[0013] 根據(jù)重疊區(qū)軌道點(diǎn)橫向和垂向偏差（或坐標(biāo)高程）的不符值列出的誤差方程（2)， 所有相鄰測站重疊區(qū)組成的誤差方程矩陣表達(dá)式：
[0014] V=Sk-1
[0016] 式中，測站數(shù)n>l，即多測站時，軌道點(diǎn)r為測站ApA2的重疊點(diǎn)，p為測站六2、弋的 重疊點(diǎn)，q為測站的重疊點(diǎn)，t為測站An_i、An的重疊點(diǎn)。測站數(shù)n= 1，即單測站時， 測站A需要與已調(diào)整的軌道點(diǎn)進(jìn)行搭接，故公式⑵中kh=〇, 1L=L°W.-L%，L%為 已經(jīng)調(diào)整的軌道重疊區(qū)點(diǎn)q的橫向或垂向偏差值（或坐標(biāo)或高程）向量，此時，單測站4與 已調(diào)整的軌道點(diǎn)僅存在一個重疊區(qū)，純量形式為：
[0019] 采用最小二乘平差（或整體最小二乘平差），求得測站所測軌道點(diǎn)橫向或垂向偏 差（或坐標(biāo)高程）修正模型的待定參數(shù)Ki。將參數(shù)Ki代入式a)，獲得測站所測軌道點(diǎn) 調(diào)整后的橫向或垂向偏差（或坐標(biāo)高程）。
[0020] 本發(fā)明所述的方法中，針對平面測量數(shù)據(jù)的調(diào)整，需要依據(jù)軌道點(diǎn)X和Y坐標(biāo)求得 其橫向偏差和縱向偏差，然后按照平順連接法得到調(diào)整后的橫向偏差。根據(jù)軌道點(diǎn)線路切 線方位角將調(diào)整后的橫向偏差投影到鐵路測量坐標(biāo)系的X和Y軸方向，得到調(diào)整后的軌道 點(diǎn)平面坐標(biāo)。
[0021] 本發(fā)明所述的方法中，采用軌道點(diǎn)的坐標(biāo)表達(dá)修正模型時，使用整體最小二乘平 差代替最小二乘平差。
[0022] 本發(fā)明所述的方法中，當(dāng)測站數(shù)為多測站（n>l)或單測站（n = 1)時，采用最小二 乘或整體最小二乘平差，需要根據(jù)測量精度考慮測站重疊區(qū)軌道測點(diǎn)的權(quán)重。
【附圖說明】
[0023] 圖1為本發(fā)明中多測站數(shù)據(jù)處理的示意圖。
[0024] 圖2為本發(fā)明中單測站數(shù)據(jù)處理的示意圖。
[0025] 在圖1中，1、2、3均為測站；4、測站1觀測的軌道點(diǎn)；5、測站2觀測的軌道點(diǎn)；6、測 站3觀測的軌道點(diǎn)；7、相鄰測站觀測的軌道點(diǎn)重疊區(qū)；8、測站1觀測的軌道點(diǎn)調(diào)整后的位 置；9、測站2觀測的軌道點(diǎn)調(diào)整后的位置；10、測站3觀測的軌道點(diǎn)調(diào)整后的位置；11、軌道 點(diǎn)的調(diào)整方向。
[0026] 在圖2中，12、已調(diào)整軌道點(diǎn)（包括黑色實(shí)心點(diǎn)）；13、單測站；14、黑色實(shí)心點(diǎn)，已 調(diào)整的軌道點(diǎn)，且為測站13觀測的重疊區(qū)軌道點(diǎn)調(diào)整的基準(zhǔn)點(diǎn)；15、測站13觀測的軌道點(diǎn)； 16、測站13觀測的軌道點(diǎn)調(diào)整后的位置；17、軌道點(diǎn)的調(diào)整方向；18、相鄰測站觀測的軌道 點(diǎn)重疊區(qū)。
【具體實(shí)施方式】
[0027] 高速鐵路軌道測量時，根據(jù)高速鐵路CP III控制網(wǎng)間隔50~70m成對布設(shè)的特點(diǎn)， 為保證軌道三維精測系統(tǒng)的測量精度，軌道幾何狀態(tài)測量儀或軌道檢查儀需每隔一段距離 進(jìn)行全站儀設(shè)站，且相鄰測站檢測的軌道要求有6~10根軌枕或一段線路的重疊區(qū)。當(dāng)獲 得測站的測量數(shù)據(jù)時，可采用平順連接法處理?，F(xiàn)結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。但 是應(yīng)該強(qiáng)調(diào)的是，下面的實(shí)施方式只是示例性的，而不是為了限制本發(fā)明的范圍及應(yīng)用。
[0028] 當(dāng)測站數(shù)n>l，即多測站時，平順連接法處理步驟如下：
[0029] ①計算相鄰測站重疊區(qū)軌道點(diǎn)的橫向偏差或垂向偏差（或坐標(biāo)和高程）向量的代 數(shù)和：
[0032] 式中，式⑷中Lu41和L%分別為測站1和2所測重疊區(qū)4個軌道點(diǎn)（圖1中7所 示）的橫向或垂向偏差（或