中铁无碴轨道车软件培训

1、无碴轨道技术在国际高速铁路建设领域应用较为广泛：无碴轨道技术在国际高速铁路建设领域应用较为广泛： 德国科隆德国科隆法兰克福高速铁路有法兰克福高速铁路有90%90%区段采用无碴轨道；区段采用无碴轨道； 日本盛冈日本盛冈八户高速铁路八户高速铁路80%80%以上区段采用无碴轨道；以上区段采用无碴轨道； 九州新干线新八代九州新干线新八代鹿儿岛间线路鹿儿岛间线路90%90%区段采用无碴轨道。区段采用无碴轨道。控制网级别控制网级别测量方法测量方法测量等级测量等级点间距点间距备注备注CPGPSB 级级1000m4km 一对点一对点CPGPSC级级8001000m导线导线四等四等CP导线导线五等五等15020

2、0m1020m 一对点一对点后方交会后方交会5060m客运专线无碴轨道铁路工程测量各级平面控制网布网要求：客运专线无碴轨道铁路工程测量各级平面控制网布网要求：无碴轨道铺设施工测量：无碴轨道铺设施工测量： 轨道检测小车是一种无列车轮载作用时可检测静态轨道不平顺度的便轨道检测小车是一种无列车轮载作用时可检测静态轨道不平顺度的便捷工具。它采用电测传感器、专用便携式计算机等先进检测和数据处理设备捷工具。它采用电测传感器、专用便携式计算机等先进检测和数据处理设备,可检测高低、水平、扭曲、轨向等轨道不平顺参数。国外铁路在动静态不平可检测高低、水平、扭曲、轨向等轨道不平顺参数。国外铁路在动静态不平顺差异较小

3、的高平顺线路、无碴轨道线路顺差异较小的高平顺线路、无碴轨道线路,以及在新线施工中以及在新线施工中,整道、检查铺整道、检查铺设精度、验收作业质量时设精度、验收作业质量时,轨道检测小车得到了较为广泛的应用。轨道检测小车得到了较为广泛的应用。 瑞士安伯格技术公司生产的瑞士安伯格技术公司生产的GRP1000,由手推式轨检小车及相应的控制由手推式轨检小车及相应的控制单元、传感器装置单元、传感器装置(可测量高低、轨向、水平、轨距、里程等可测量高低、轨向、水平、轨距、里程等) ,全站仪以及全站仪以及测量和分析软件等组成。在实现精确测量轨道内部几何参数之余测量和分析软件等组成。在实现精确测量轨道内部几何参数之

4、余,还可配合还可配合全站仪测量轨道的外部绝对位置。目前全站仪测量轨道的外部绝对位置。目前,该设备在欧洲无碴轨道高速铁路、该设备在欧洲无碴轨道高速铁路、中国台湾高速铁路和国内的遂渝线无碴轨道试验段等工程上得到了很好的应中国台湾高速铁路和国内的遂渝线无碴轨道试验段等工程上得到了很好的应用。用。 GRP1000测量系统主要由测量系统主要由TGS FX手推轨检车、手推轨检车、GBC100棱镜和棱镜和GRPwin测量和分析软件包三大部分组成。测量和分析软件包三大部分组成。TGS FX轨检车内安装高精度的传感器装置轨检车内安装高精度的传感器装置,用于测量轨道高低、轨向用于测量轨道高低、轨向(短波和长波不平

5、顺短波和长波不平顺) 、水平、轨距、里程。单独使、水平、轨距、里程。单独使用用GRP1000,可以测量无碴轨道平顺度铺设的相对精度。为了满足对无碴轨道可以测量无碴轨道平顺度铺设的相对精度。为了满足对无碴轨道三维绝对位置坐标的精度要求三维绝对位置坐标的精度要求,需要用需要用1台台LEICA TPS全站仪来对全站仪来对GRP1000定定位位,上述定位测量通过全站仪的自动目标照准功能以及与上述定位测量通过全站仪的自动目标照准功能以及与GRP1000之间持续无之间持续无线电通讯来完成。线电通讯来完成。典型的无碴轨道施工测量作业流程典型的无碴轨道施工测量作业流程： (1)安装安装GRP1000,通常需要

6、约通常需要约10 min; (2)确定确定LE ICA 全站仪的位置全站仪的位置,通常需要约通常需要约20min (利用利用8个点个点做后方交会做后方交会) ; (3)调整调整GRP1000的棱镜的棱镜,使全站仪能对其自动跟踪和照准使全站仪能对其自动跟踪和照准; (4)开始轨道测量。开始轨道测量。 轨道验收精密检测作业时轨道验收精密检测作业时,全站仪在靠近线路中心处自由全站仪在靠近线路中心处自由设站设站,后视后视8个个CP控制点控制点,由机载软件解算出测站三维坐标后由机载软件解算出测站三维坐标后,配合轨检小车进行轨道检测。轨检小车由人推着在轨道上缓配合轨检小车进行轨道检测。轨检小车由人推着在轨

7、道上缓慢移动慢移动,由远及近地靠向全站仪。检测点根据要求而确定由远及近地靠向全站仪。检测点根据要求而确定,道道岔及重要附属构筑物应加测点。检测作业方法如下图图示。岔及重要附属构筑物应加测点。检测作业方法如下图图示。轨道检测时的注意事项：轨道检测时的注意事项： (1)每天工作之前每天工作之前,在现场在现场(条件较好、无阳光直射和风吹条件较好、无阳光直射和风吹)或或室内对全站仪进行校准室内对全站仪进行校准,以确保全站仪处于良好的工作状态。以确保全站仪处于良好的工作状态。 (2)轨检小车上下轨道前必须先把轨距传感器扳回并且小车轨检小车上下轨道前必须先把轨距传感器扳回并且小车每次上轨道后必须进行水平传

8、感器校正每次上轨道后必须进行水平传感器校正,然后才能作业。保证精然后才能作业。保证精密仪器在运输及工作时的安全。密仪器在运输及工作时的安全。 (3)全站仪设站时采用全站仪设站时采用8个以上个以上CP 控制点后方交会定向控制点后方交会定向,定定向三维坐标残差小于向三维坐标残差小于1 mm,方向残差小于方向残差小于2。 (4)全站仪设站时全站仪设站时,一般情况下要保留一般情况下要保留6个个CP控制点控制点,特殊情特殊情况下不少于况下不少于4个。剔除不合格控制点时要慎重个。剔除不合格控制点时要慎重,优先剔除背离轨优先剔除背离轨检小车所在一侧的控制点检小车所在一侧的控制点, 最后要确保选用的控制点覆盖

9、本测站的测量范围。高程不最后要确保选用的控制点覆盖本测站的测量范围。高程不能只使用近处的能只使用近处的4个控制点来控制个控制点来控制,这容易造成目标距离较远的这容易造成目标距离较远的点的高程数据不可靠。点的高程数据不可靠。 (5)全站仪开始测量前和本站测量完成后需放样检核已知全站仪开始测量前和本站测量完成后需放样检核已知CP控制点控制点,目的是检查全站仪气泡精平情况。一般至少使用目的是检查全站仪气泡精平情况。一般至少使用1个近的控制点个近的控制点(5060m)和和1个远的控制点个远的控制点( 100 120 m)进行进行检核。如本站测量完成后检查已知检核。如本站测量完成后检查已知CP控制点偏差

10、超过控制点偏差超过1 mm,则这一设站测量的数据应舍弃则这一设站测量的数据应舍弃,并重新设站测量。并重新设站测量。 (6)全站仪与轨检小车的有效测程范围为全站仪与轨检小车的有效测程范围为10 80 m。 (7)全站仪每次搬站后要重复测量全站仪每次搬站后要重复测量3个点个点,如两次较差小于如两次较差小于2 mm,则保存数据后可以继续推进则保存数据后可以继续推进;如两次较差大于如两次较差大于2 mm,则需考则需考虑全站仪重新设站。虑全站仪重新设站。 (8)全站仪定向通不过全站仪定向通不过,首先考虑设站问题首先考虑设站问题,检查精平气泡检查精平气泡,控控制点棱镜是否对准全站仪制点棱镜是否对准全站仪(

11、这将影响方位及坐标这将影响方位及坐标) ,棱镜头与插棱镜头与插杆是否严密套实杆是否严密套实(影响高程影响高程) 。如果不存在上述原因。如果不存在上述原因,再看是否再看是否是个别控制点本身精度低造成的是个别控制点本身精度低造成的,剔除低精度点即可。剔除低精度点即可。 (9)轨检小车在作业过程中会出现采集不成功的情况轨检小车在作业过程中会出现采集不成功的情况,主要是全主要是全站仪晃动使激光束无法从棱镜返回造成测量失败。如风吹脚架晃站仪晃动使激光束无法从棱镜返回造成测量失败。如风吹脚架晃动动,作业区域内有大型机械振动作业区域内有大型机械振动,火车及大型重车通过造成地基的火车及大型重车通过造成地基的震

12、动或桥梁的晃动等。实际作业过程中应尽量避免在上述不良观震动或桥梁的晃动等。实际作业过程中应尽量避免在上述不良观测条件下采集数据。测条件下采集数据。 (10)轨检小车是通过无线通讯控制全站仪自动数据采集的轨检小车是通过无线通讯控制全站仪自动数据采集的,作作业过程中也有通讯连接不上的时候。首先检查连线是否接好业过程中也有通讯连接不上的时候。首先检查连线是否接好,再有再有看附近有无电磁设备在作业造成电磁干扰等。看附近有无电磁设备在作业造成电磁干扰等。轨检小车测量数据采集界面有四部分组成：轨检小车测量数据采集界面有四部分组成： 右边的两个选项卡：分别记录来自全站仪、小车传感器的数据。左下的选项卡：主要

13、进行传感器轨道轴线数据和设计轴线数据的比对，并实时的求出两者的偏差值。该界面下有两种模式：该界面下有两种模式：实时测量模式和后处理模式。两种模式的主要算法区别是：实时实时测量模式和后处理模式。两种模式的主要算法区别是：实时模式下小车方位角的计算是采用设计数据计算、后处理模式下小模式下小车方位角的计算是采用设计数据计算、后处理模式下小车方位角的计算是采用实测点来计算。车方位角的计算是采用实测点来计算。注意：全站仪和小车传感器数据来自测量文件注意：全站仪和小车传感器数据来自测量文件 设计轴线的数据来自于工程文件设计轴线的数据来自于工程文件数据处理流程：数据处理流程： 简而言之：求三个坐标，即棱镜中

14、心坐标、轨道中心坐标、简而言之：求三个坐标，即棱镜中心坐标、轨道中心坐标、设计中心坐标，棱镜中心坐标由实测得到，设计中心坐标由设计设计中心坐标，棱镜中心坐标由实测得到，设计中心坐标由设计中线计算得到，轨道中心坐标通过坐标转换得到。中线计算得到，轨道中心坐标通过坐标转换得到。 采用七参数转换：小车棱镜中心和轨道中心有确切的转换关系，重点在采用七参数转换：小车棱镜中心和轨道中心有确切的转换关系，重点在于计算小车的三个姿态参数，偏转角（方位角）、俯仰角（竖曲线）、翻滚于计算小车的三个姿态参数，偏转角（方位角）、俯仰角（竖曲线）、翻滚角（超高），采用的计算数据是实测数据来计算的。角（超高），采用的计算

15、数据是实测数据来计算的。 采用的算法是最近点算法，即根据遍历设计中线，找出理轨道中心点最采用的算法是最近点算法，即根据遍历设计中线，找出理轨道中心点最近的设计段，然后再通过迭代算法，找出最近点作为设计中心点坐标。三个近的设计段，然后再通过迭代算法，找出最近点作为设计中心点坐标。三个坐标得到后，比较轨道中心坐标、设计中心坐标的差值，可以到平面调整量坐标得到后，比较轨道中心坐标、设计中心坐标的差值，可以到平面调整量，通过轨距和超高值来调整钢轨，实现精调的目的。，通过轨距和超高值来调整钢轨，实现精调的目的。棱镜中心坐标棱镜中心坐标 轨道中心坐标轨道中心坐标 棱镜中心坐标棱镜中心坐标 设计中心坐标设计

16、中心坐标测量流程：测量流程： 1 测站近似坐标（测站近似坐标（Xo，Yo，Ho）测量与计算：测站近似坐标计算的目）测量与计算：测站近似坐标计算的目的是得到全站仪测站的近似坐标，为后续测站点坐标测量与平差打下基础。的是得到全站仪测站的近似坐标，为后续测站点坐标测量与平差打下基础。根据全站仪测量特点可采用两种作业模式：三点后方交会根据全站仪测量特点可采用两种作业模式：三点后方交会/两点边角交会。两点边角交会。两种方法都可以达到计算近似坐标的目的，后方交会测量三个方向（图一）两种方法都可以达到计算近似坐标的目的，后方交会测量三个方向（图一），相对测量工作量大；边角交会测量两个点的方向和距离（图二），

17、测量过，相对测量工作量大；边角交会测量两个点的方向和距离（图二），测量过程简单，并且计算数据充分，所以在测站近似坐标测量方面拟采用该方法。程简单，并且计算数据充分，所以在测站近似坐标测量方面拟采用该方法。 2 测站坐标与方位角测量平差计算：测站坐标与方位角平差包含两个测站坐标与方位角测量平差计算：测站坐标与方位角平差包含两个方面的内容：一方面是精确测量、计算测站点坐标，这是保证轨道中心位方面的内容：一方面是精确测量、计算测站点坐标，这是保证轨道中心位置测量精度的基础；另外，精确计算测站坐标方位角，这是保证轨道中心置测量精度的基础；另外，精确计算测站坐标方位角，这是保证轨道中心位置测量中横向误差

18、精度的主要方面。为保证计算数据达到较高的精度，位置测量中横向误差精度的主要方面。为保证计算数据达到较高的精度，平差方法应采用抗差估计理论。相应控制点本身应具有足够高的精度，并平差方法应采用抗差估计理论。相应控制点本身应具有足够高的精度，并且控制点应保证足够的数量。平差结束，应对测站坐标与方位角能否满足且控制点应保证足够的数量。平差结束，应对测站坐标与方位角能否满足小车棱镜测量的精度以及测量可靠性问题进行科学与严格的评价。小车棱镜测量的精度以及测量可靠性问题进行科学与严格的评价。 3 轨道车棱镜测量与计算：在得到高精度的测站坐标与测站方位角的轨道车棱镜测量与计算：在得到高精度的测站坐标与测站方位

19、角的前提下，高精度测量小车棱镜坐标是测量系统的主要目的。小车棱镜测量前提下，高精度测量小车棱镜坐标是测量系统的主要目的。小车棱镜测量结束应得到棱镜坐标及其详细精度信息（特别在轨道横方向应当达到足够结束应得到棱镜坐标及其详细精度信息（特别在轨道横方向应当达到足够高的精度）。高的精度）。 各阶段说明：各阶段说明： 1 测站近似坐标测量与计算：两种测量方法都可以满足近似坐标计算的要求，但测站近似坐标测量与计算：两种测量方法都可以满足近似坐标计算的要求，但从测量工作量大小与计算可靠性方面考虑边角交会更合理。而且边角交会可以计从测量工作量大小与计算可靠性方面考虑边角交会更合理。而且边角交会可以计算近似坐

20、标概略精度，所以在该阶段主要考虑边角交会。在软件设计与作业方法算近似坐标概略精度，所以在该阶段主要考虑边角交会。在软件设计与作业方法设计方面应考虑全面性，提供两种作业方法。本阶段包括两个小阶段：测量与计设计方面应考虑全面性，提供两种作业方法。本阶段包括两个小阶段：测量与计算，所以数据传输过程应作为软件设计重点考虑的问题，并且该问题对后续工作算，所以数据传输过程应作为软件设计重点考虑的问题，并且该问题对后续工作具有借鉴意义。具有借鉴意义。 2 测站坐标与方位角测量与平差计算：测站坐标测量与平差计算是轨道车测量系测站坐标与方位角测量与平差计算：测站坐标测量与平差计算是轨道车测量系统的核心问题。根据

21、超高精度的测量要求，应当对测量工作进行严格认真的设计：统的核心问题。根据超高精度的测量要求，应当对测量工作进行严格认真的设计：方向与距离测量应当达到足够高的精度才能保证测站坐标的精度要求；具体只用方向与距离测量应当达到足够高的精度才能保证测站坐标的精度要求；具体只用方向观测或者方向（包括水平方向、竖直方向）、边长测量同时进行都应当进行方向观测或者方向（包括水平方向、竖直方向）、边长测量同时进行都应当进行认真的实验分析与研究。测量平差应当兼顾控制点稳定性分析内容，故拟采用稳认真的实验分析与研究。测量平差应当兼顾控制点稳定性分析内容，故拟采用稳健估计方法进行。平差方法也是需要研究的重要问题。健估计

22、方法进行。平差方法也是需要研究的重要问题。 3 轨道车棱镜测量与计算。轨道车棱镜测量与计算。 1 江西日月明铁道设备开发有限公司江西日月明铁道设备开发有限公司 南昌大学南昌大学 2 长安大学长安大学 陕西龙美科技有限公司陕西龙美科技有限公司 3 中南大学（进展状况？）中南大学（进展状况？） 国内目前尚没有成熟的专门用于无碴轨道精确测量的装备。国产的轨检仪国内目前尚没有成熟的专门用于无碴轨道精确测量的装备。国产的轨检仪在工务系统中已经得到广泛的应用在工务系统中已经得到广泛的应用,这一类型的轨检仪可以检测轨距、水平这一类型的轨检仪可以检测轨距、水平(超超高高) 、轨向、高低、扭曲、里程等线路内部几何状态、轨向、高低、扭曲、里程等线路内部几何状态,检测速度快检测速度快,价格低廉价格低廉,但但它们不能进行线路平面坐标和高程的测量它们不能进行线路平面坐标和高程的测量,不能直接用于指导客运专线无碴轨不能直接用于指导客运专线无碴轨道铺轨作业道铺轨作业。 以已经研制成功的轨道静态几何参数检查仪为基础以已经研制成功的轨道静态几何参数检查仪为