1、编号审定成绩专科毕业论文论文题目高速铁路轨道基准网测量技术的研究姓名学号201220333专业工程测量技术学校指导教师姓名职称论文提交日期（小四号楷体加黑）论文答辩日期（小四号楷体加黑）专科毕业论文高速铁路轨道基准网测量技术的研究RESEARCHONSURVEYINGTECHNOLOGYOFGRNINHIGH一SPEEDRAILWAY作者姓名学科、专业工程测量技术学号201220333指导教师完成日期兰州交通大学专科毕业论文I摘要近年来，我国高速铁路建设大面积展开，测量研究人员在引进国外高速铁路精密测量技术的基础上，经过消化吸收再创新，逐渐建立起我国自己的高速铁路精密测量技术体系。针对轨道基准
2、网测量技术在理论上和工程实践中存在的问题，本文主要研究内容有以下四点第一、根据高速铁路对轨道高平顺性的建设要求，分析了轨道基准网测量技术和轨道平顺性之间的关系，探讨了轨道基准网平面和高程允许相对精度和部分精度控制指标讨论了不同轨道基准网联测CPIII网形的区别，推荐一种合适的测量网形。第二、从德国引进的轨道基准网测量方法，测量过程中系统误差始终存在，本文分析了半盘位方向测量和中视法测量中主要系统误差对轨道平顺性的影响。分析结果表明，半盘位主要系统误差对轨道轨向平顺性几乎不产生不利影响，中视法测量中的系统误差对轨道高低平顺性造成不利影响。第三、针对轨道基准网测量工作量大的情形，研究了轨道基准网三
3、角高程代替水准测量的关键技术，并进行数据处理和高程相对精度的评定。第四、根据轨道基准网的特点，提出一种自动化程度较高的数据采集软件的数学模型根据本文讨论的结果，编写了轨道基准网平差数据处理软件。关键词轨道平顺性相对精度三角高程系统误差高速铁路轨道基准网测量技术的研究II兰州交通大学专科毕业论文III目录摘要I引言11高速铁路轨道基准网测量技术的研究211高速铁路轨道基准网相关基础知识2111CPIII控制网和轨道基准网基础知识2112高速铁路轨道平川酬生基础知识312轨道基准网测量方法的研究4123轨道基准网的测量网形6124轨道基准网测量部分精度要求的分析613轨道基准网测量方法中系统误差影
4、响的研究614轨道基准网数据处理技术研究要术研究6142轨道基准网高程数据处理方法7143轨道基准网相对精度的分析更72轨道基准网半盘位三角高程代替水准测量的探讨721轨道基准网三角高程测量系统误差的影响723半盘位三角高程测量成果的分析73轨道基准网数据处理软件的设计931轨道基准网数据采集软件的设计932轨道基准网数据处理软件的设计10321数据处理功能结构的设计10322轨道基准网数据处理软件功能模块的实现11结论17致谢19参考文献20高速铁路轨道基准网测量技术的研究1引言根据国际铁路联盟UIC定义，高速铁路是指使既有线路线路直线化、轨距标准化，营运速率达到200KM/H的铁路系统，或
5、者修建新的高速线路，营运速率达到250KM/H以上的铁路系统）（1。在我国，“客运专线”是专供客运列车行驶、时速250350KM/H的高速铁路系统。我国现在建设的“城际铁路”均是客运PLD）（2。国外运营高速铁路里程较多的日本、德国等国家都有一套适合自己国家高速铁路建设需要的测量技术规范和标准。德国铁路部门专门在德国境内建立了一套独立的坐标系统用于高速铁路施工测量控制，其内符合精度优于一般的国家基础控制网，这充分显示了德国在建设高速铁路测量方面所下的功夫3。本文研究的主要内容包括高速铁路轨道平顺性与轨道基准网测量的关系轨道基准网测量方法的关键技术半盘位坐标值观测测量方法和中视法测量中系统误差的
6、影响轨道基准点的平面和高程相对精度的分析轨道基准网高程测量采用三角高程代替水准测量的研究轨道基准网数据处理软件的设计。轨道高平顺性是高速铁路建设追求的目标之一，是高速铁路建设和运营维护的核心问题。我国高速铁路成功建设表明，我国的高速铁路精密控制测量技术能够保证高速轨道的高平顺性的建设目标，满足高速列车安全运行11、旅客舒适乘坐的要求。轨道基准网是为了保证轨道的高平顺性建设而设立，轨道的高平顺性要求决定了轨道基准网测量技术的标准。通过高速铁路对轨道平顺性的标准要求研究轨道基准网测量精度要求，分析研究二者之间的关系对高速铁路的轨道高平顺性建设具有重要意义。兰州交通大学专科毕业论文21高速铁路轨道基
7、准网测量技术的研究11高速铁路轨道基准网相关基础知识111CPIII控制网和轨道基准网基础知识为了取得测量值的可靠中值以及能够排除异常误差，对轨道基准点的观测次数不少于3次，对CPIII控制点的观测不少于4次。一个测站内观测程序如下（1）半盘位观测自由设站内的CPIII点（2）由远及近完成一个测站内全部轨道基准点（3）继续观测，重复以上观测步骤（4）测站观测所有CPIII点，完成本测站的轨道基准点测量工作。一个测站观测程序完成后搬至下一站后按上述的顺序14进行下一测站的测量工作。同一个测站观测的所有轨道基准点必须位于测站的同一侧4。更换测站后，重复观测上一测站的CPIII点一般不少于3对，重复
8、观测上一测站观测的轨道基准点35个5。轨道基准网平面测量一般有两种网形可根据需要选择使用，平面观测网形见图11A,B所示。高速铁路轨道基准网测量技术的研究3CP控制点软道基准点测站重叠观测点ACP控制点软道基准点测站重叠观测点B图11轨道基准网平面测量网形示意图112高速铁路轨道平川酬生基础知识（1）轨道几何形位基础知识6铁路的轨道平顺性包含线路方向和纵向两个分量，轨道几何形位按静态和动态两种情况进行管理。静态几何形位是轨道不行车的状态下，高速铁路采用轨道几何状态测量仪俗称“轨检小车”进行测量。动态几何形位是指行车条件下的轨道状态，采用轨道动检车检查。（2）轨道静态3OM弦验收的方法起点始点。
9、我国目前的高速铁路轨道平顺性验收标准为1OM弦长轨向、高低。但是，受到国内高速轨道运营维护经验的限制，所以又引入德铁30M弦钢轨平顺性检测标准，基本要求如下假定轨枕间距为0625M，采用30M弦长，按间距5M设置一对检测点则支撑点间距的8倍正好是两检测点的间距5M。兰州交通大学专科毕业论文412轨道基准网测量方法的研究121设置轨道基准网的原因分析根据线路设计参数，博格布板软件计算出每块CPTSII轨道板30个轨座在线路独立坐标系和高程系统下的三维理论坐标FFC文件，并且生成棱镜位置FFD配置文件棱镜序号和对应轨座的编号。轨道基准点图12CRTSII型板轨座编号和板轴坐标系统示意图轨道板精调时
10、，在每块轨道板上建立板轴坐标系图12中XOY坐标系，以线路中线方向的板轴比如2,29号轨座轴线为X轴，线路横向的板轴比如2,3号轨座轴线为Y轴。在轨道基准点上架设全站仪，首块板仅使用GRP定向，其他轨道板精调除使用轨道基准点定向外还要求对精调好的轨道板进行加倍赋权定向18。使用实测轨道板四角图12中I,3,28,30号轨座的棱镜的坐标值，将实测的平面坐标和对应的理论平面坐标，转换到板轴坐标系下计算轨道板的纵横向偏差，将实测的棱镜高程和理论高程转换到垂直轨道板的方向，计算竖向偏差值。假设轨道板一端的偏差值是1DL,1DQ,1DH高速铁路轨道基准网测量技术的研究5和3DL、3DQ,3DH，1DH和
11、3DH就是轨道板该端的竖向调整量，内1DQ和3DQ的平均值31DQ是这一端的横向调整量，将调整量通过蓝牙传给作业人员进行精调作业。然后实测图27中1,3,13,15,28,30号轨座的棱镜六角测量，调整轨道板中13,15号轨座的高程，使轨座1和3,28和30的横向和竖向调整量及13和15的竖向调整量均小于03MM，则轨道板精调到位。全站仪测量轨座棱镜三维坐标，计算公式为7VSZVSYVSXCOSSINSINCOSSIN15式中S为斜距V为天顶距为方位角。列立25式的误差方程式2222222SINSINCOSCOSCOSSINMPVSMPVSMVMVSX162222222COSSINCOSSIN
12、SINSINMPVSMPVSMVMVSY1722222ZSINCOSVSMPVSMVM18式中SM为距离测量误差VM为天顶距测量误差M为水平方向测量误差。122325M/65M弦测法的定义根据轨道基准网的布设特点，结合德铁30M弦长钢轨平顺性检测方法，提出使用325M弓玄长每65M设置一个被检测点的轨道检测方法，定义为325M/65M弦测法。鉴于日本新干线长波长管理到40M和轨道不平顺性不同波长对高速列车运行的影响，对德铁30M弦长检测方法和325/65M弦测法两种不同弦长的检测方法，分别计算340M不平顺性波长范围内每米的传递函数值，两种检测方法的传递函数H值见图兰州交通大学专科毕业论文61
13、9。图19不同波长的两种弦测方法传递函数值曲线图123轨道基准网的测量网形全站仪自由设站尽量靠近线路中线，全站仪大致和轨道基准点在同一条直线上，测量轨道基准点时可以大大消除仪器照准部因旋转带来的水平度盘位移和照准部旋转不正确带来的测量误差8，方向测量的精度较高C轨道基准网平面测量左右线路分进行测量。124轨道基准网测量部分精度要求的分析（1）轨道基准点相对精度限差的简单分（2）自由设站方向测量精度分析（3）相邻测站重叠区搭接点横向允许偏差的探讨13轨道基准网测量方法中系统误差影响的研究131半盘位测量方向主要系统误差对轨道轨向平顺性的影响132中视法测量主要系统误差对轨道高低平川酬生的影响14
14、轨道基准网数据处理技术研究要术研究141轨道基准网平面数据处理方法高速铁路轨道基准网测量技术的研究7142轨道基准网高程数据处理方法143轨道基准网相对精度的分析更2轨道基准网半盘位三角高程代替水准测量的探讨21轨道基准网三角高程测量系统误差的影响三角高程测量目的是减少建网的工作量，所以仍然采用的是半盘位测量轨道基准点的高程。半盘位三角高程测量中，影响高程测量的主要系统误差有竖盘指标差、大气折光。测量仪器视线与棱镜观测面不垂直，入射角不为零，将入射角称为棱镜的准直误差。棱镜准直误差对精密三角高程测量将达毫米级的误差影响，轨道草准点的测F精度是亚毫米级，棱镜的准直误差的影响不可忽略。211半盘位
15、三角高程主要系统误差对高低平顺性的影响影响半盘位三角高程测量的主要系统误差有竖盘指标差、地球曲率影响、大气垂直折光影响等。212棱镜准直误差对高低平顺性的影响22半盘位三角高程测量数据处理轨道基准点平面测量时，对轨道基准点高程的测量至少有3次，对多次观测的轨道基准点的高程值取均值。3次合格测量单次观测与均值限差采用水准测量中的限差值03MM，2次合格测量的点相邻轨道基准点高程相对精度不大于025MM。对强制对中三角架装置底部精确测至棱镜中心，内业数据处理时进行改正。首先需要确定全站仪水平视线在线路高程系统下的高程。联测CPIII点时，观测了多个水平视线到CPIII点棱镜中心的高差值，采用水准网
16、平差的方法一计算线路高程系统下的视线水准高程。23半盘位三角高程测量成果的分析选取京沪高速铁路某标段隧道内的500M长的轨道基准网平面测量数据进行三角高程处理。测站近距离的轨道基准点观测时，棱镜进行人工准直。根据前文中讨论，使用无偏统计方法对轨道基准网三角高程测量的相对精度进行分析。将中视法一个测站点的高程测量值和相应点的三角高程测量值进行分析比较，下面是7个测站的相邻点高差较兰州交通大学专科毕业论文8差和三角高程相对精度的分析数据列于下图21，图中的高差较差是中视法高程值与三角高程值较差，相对精度指的是三角高程测量分析的相邻轨道基准点的相对精度。高速铁路轨道基准网测量技术的研究9图21两种方
17、法高差较差和三角高程相对精度值示意图表22不同测站高差较差极值和相对精度极值的统计测站号相对精度极值高差较差极值1020030202003030260734013037501903060360557018036表23高差较差的统计结果高差较差4080，（04，04）8040，百分比1398439图21、表22和表23中数据处理的结果表明，轨道基准网三角高程测量相对精度能够控制在02MM内，两种高程测量方法相邻点高差较差控制在04MM以内。本文收集的数据为隧道内的测量数据，进行三角高程的数据处理，三角高程测量数据和水准测量数据表现出很好的一致性，但对于路基和桥梁上的数据缺乏支持。所以，在隧道内进
18、行三角高程测量代替水准测量轨道基准网的高程具有可行性。3轨道基准网数据处理软件的设计31轨道基准网数据采集软件的设计兰州交通大学专科毕业论文10轨道基准网数据采集软件的功能应包括项目管理，通讯设置，限差设置，控制点生成、修改，控制点学习和测量。这里仅介绍一下自动化采集数据软件的数学模型，已经根据此数学模型编写了CPIII控制网复测时自动化数据采集软件，测量工程实践中取得了明显的效果。1水平方向目标棱镜的学习一个自由测站至少学习两个点CPIII点或轨道基准点，分别定义为1号点、2号点、，二。站心坐标系下已经学习的点的坐标SINCOSCOSCOSSYSX（31）式中S为测站至棱镜目标的斜距为竖直角
19、读数为水平度盘度数站心坐标系下的方位角。使用三参数或四参数坐标转换公式，通过己学习点的站心平面坐标和工程独立坐标获取站心坐标系和工程独立坐标系的转换参数，将其他未学习的CPIII点和轨道基准点的平面坐标转换到站心坐标系下。32轨道基准网数据处理软件的设计321数据处理功能结构的设计图32是轨道基准网数据处理软件的结构功能图，软件的要求操作便捷易学，功能基本上能够满足实际工程数据处理的需要，数据处理的成果保证正确。高速铁路轨道基准网测量技术的研究11图32轨道基准网数据处理软件功能结构图322轨道基准网数据处理软件功能模块的实现图33是轨道基准网数据处理程序的主界面。软件的菜单栏包括工程管理、限
20、差参数设置、轨道基准网的平差处理、轨道基准网数据的导出和窗体的管理等功能。主界面的下方显示登录的时间和操作项目名称。当软件没有打一开项目时，软件的其他功能不能使用。兰州交通大学专科毕业论文12图33轨道基准网平差软件主界面数据的处理都是在项目中进行，软件的项目管理包括打开项目、新建项目、删除项目、关闭项目、软件的退出功能。打开项目图34是打开己经存在的项目文件进行数据处理的工作，当进行新的轨道基准网数据处理时，需要建立新的项目图35，如果新的项目文件和己有的项目文件重名，将不能建立。可以根据数据处理的需要对项目进行删除、关闭。参数设置、轨道基准网的平差处理、轨道基准网数据的导出和窗体的管理等功
21、能。高速铁路轨道基准网测量技术的研究13图34工程项目管理打开项目界面兰州交通大学专科毕业论文14图35工程项目管理新建项目界面轨道基准网的数据是为了轨道精调服务的，将处理合格后的数据根据轨道基准点编号或轨道板编号输出相应的格式，便于后续轨道板精调使用。图36是轨道基准点三维坐标输出界面，图37是轨道基准点三维坐标成果文件DPU格式。高速铁路轨道基准网测量技术的研究15图36轨道基准点三维坐标输出界面兰州交通大学专科毕业论文16图37轨道基准点三维坐标成果文件高速铁路轨道基准网测量技术的研究17结论本文立足于消化吸收的原则，对轨道基准网测量技术进行了一些有益的探索和讨论。本论文主要得出以下结论
22、本文基于误差传播理论，通过测量数据试验分析，推荐一种合适的联测CPIII网形。按轨道基准网误差、轨道板精调误差、钢轨安装误差和轨道检测误差分配等影响原则，及我国高速铁路轨道平顺性检测的要求，推导出轨道基准网的平面相对点位精度和高程相对点位精度允许值为033MM，并且探讨了测站方向精度值和相邻测站的搭接点横向误差。德国提出的轨道基准网测量方法中，半盘位测量坐标值法方向测量中主要系统误差不会引起轨道轨向不平顺性的影响，半盘位测量轨道基准点坐标值的方法是可行的高程测量的中视法中的I角误差会引起轨道高低不平顺性，并且较大Z角值对轨道高低平顺性建设极为不利。兰州交通大学专科毕业论文18本文较为合理地解决
23、了轨道基准网相对精度评定的问题，精度评定的结果和德国声称的相对精度目标值吻合的较好，基本能够评定轨道基准网的平面和高程的相对精度。大气条件较好或者技术上适合测量的条件下，轨道基准网平面测量相对精度能够达到02MM，高程相对精度可以达到01MM。德国博格公司声称“平面相对精度02MM,高程相对精度OLMM”是合理的。本文对三角高程代替水准测量轨道基准网的高程的方法进行了一些有益的探索。轨道基准网半盘位三角高程代替水准测量中竖盘指标差、大气垂直折光对轨道高低平顺性几乎不产生影响。竖盘指标差对重叠区的轨道基准点的高程较差影响较大，需要控制棱镜准直误差对轨道平顺性产生不利的影响。示例数据处理的结果表明
24、控制好棱镜准直误差和竖盘指标差的不利影响的前提下，隧道内轨道基准网三角高程代替水准测量是可行的10。根据己知轨道基准点和CPIII点相对位置的特点，提出一种外业自动化较高的数据软件的数学模型根据本文的研究结论，编写了轨道基准网的数据处理软件。高速铁路轨道基准网测量技术的研究19致谢通过这一阶段的努力，我的毕业论文终于完成了，这意味着大学生活即将结束。在大学阶段，我在学习上和思想上都受益匪浅，这除了自身的努力外，与各位老师、同学和朋友的关心、支持和鼓励是分不开的。在本论文的写作过程中，我的导师老师倾注了大量的心血，从选题到开题报告，从写作提纲，到一遍又一遍得指出每稿中的具体问题，严格把关，循循善
25、诱，是您悉心的指导、关怀和鼓励下，才使我养成科学严谨的治学态度，也让我学会了如何去解决所遇到的问题，感谢您让我懂得了科学探索的奥秘在于永远保持一个乐观积极向上的心态，脚踏实地勤勉的务实作风，才是获得胜利的密码，在此我表示衷心感谢。同时我还要感谢在学习期间给我极大关心和支持的各位老师以及关心我，共同讨论的同学和朋友们。向百忙之中抽时间对本文进行审阅、评议和参加答辩的各位老师表示感谢兰州交通大学专科毕业论文20参考文献1杜先汉城际高速铁路发展对交通产业结构优化影响J交通科技与经济2010,432342高智睿铁路客运专线旅客列车开行方案研究D西南交通大学硕士论文，2011,53黄剑飞高速铁路无作轨道
26、三维检测系统研制及误差分析D长安大学硕士论文，2011,54京沪高速铁路股份有限公司CRTSII型板式轨道基准点测量作业指导书S2010,15铁道第二勘察设计院主编高速铁路工程测量规范TB106012009S中国铁道出版社，2009,106郝赢主编铁道工程M北京中国铁道出版社，20007徐万鹏基于CPIII网的板式无碎轨道精调系统J高速铁路精密测量理论及测绘新技术应用国际学术研讨会论文集，2010,82972988孔祥元，梅是义控制测量学上M第三版武汉武汉测绘科技大学出版社，19969武汉测绘科技大学测量学编写组测量学M北京测绘出版社，199410世界高速铁路的发展概述J铁路勘测与设计，2006,1545611铁道部铁路“十五”提速计划及实施意见Z中国铁路，2001,9
