高速铁路精密测量技术课件

1、高速铁路精密测量成套技术主要内容1.高速铁路精密测量的重要性2.高速铁路精密测量的特点3.高速铁路工程测量的主要内容4.高速铁路精密测量的新技术及其应用1.高速铁路精密测量的重要性德国睿铁公司（RailOne）执行副总裁巴哈曼先生在总结无碴轨道铁路建设经验时说：要成功地建设高速铁路，就必须有一套完整、高效且非常精确的测量系统否则必定失败。这句话充分说明了精密工程测量在无碴轨道工程建设中的重要作用。高速铁路精密测量的重要性1.高速铁路精密测量的重要性1.高速铁路精密测量的重要性2.高速铁路精密测量的特点1、精度高，所以称为精密工程测量；2、使用当今世界上最好的测量仪器；3、用到的测量数据都是自动

2、化观测得到；4、所有的数据处理全部实现程序化；5、控制网层次多（各层次控制网间不完全是精度方面的逐级控制，而是从大范围到小范围的逐次控制）。高铁精密测量的一些典型精度1、轨道控制网(CPIII)平面网要求相邻点的相对点位中误差小于1mm，高程网要求相邻点的高差中误差0.5mm；2、轨道基准网(CPIV)平面网要求相邻点的相对点位中误差小于0.2mm，高程网要求相邻点的高差中误差0.1mm；3、无砟轨道板精调空间实测坐标与设计值的横、竖向偏差0.3mm ，相邻轨道板间搭接横、竖向偏差0.4mm；4、轨检仪测量轨道高低、轨向、扭曲和正矢的允许误差1mm，测量轨距和水平的允许误差0.3mm。5、路基

3、、桥梁和隧道沉降监测要求能够发现1mm的沉降量，则沉降量的中误差应该小于0.33mm。高铁精密测量使用的测量仪器1.双频、高精度、静态GPS接收机；2.电子水准仪及其配套的条码水准尺；3.智能型全站仪及其配套的精密棱镜；4.无砟轨道板精测与精调用的精调框系统；5.长钢轨精测与精调用的轨检仪系统。高铁测量常用的数据处理软件1.GPS基线解算需要基线解算软件（CP0需要专业的长基线解算软件），CP0、CPI和CPII GNSS控制网平差需要网平差软件；2.CPIII平面网外业测量需要数据采集软件，CPIII平面网和高程网内业数据处理需要专业的网平差软件；3.无砟轨道板精调需要数据采集和数据处理一体

4、化的软件系统，该软件一般安装在便携的电子手簿上；4.施工期间的轨道精测与精调需要数据采集和数据处理一体化的机载软件，该软件一般安装在轨检仪配套的工控机上；运营期间的轨道平顺性检测也需要这样的软件。5.沉降监测的数据评估，需要专业的沉降监测评估分析软件。双频、高精度、静态GPS接收机测地型接收机主要用于精密大地测量和精密工程测量。定位精度高。仪器结构复杂，价格较贵。 电子水准仪及其配套的条码水准尺智能型全站仪及其遥控测量控制智能型全站仪自动测量的软件 CP数据采集软件（CP DMS，西南交大研制），是专为我国高速铁路施工和运营维护中CP控制网测量数据采集而设计的外业观测自动化软件。CP DMS可

5、运行在任意一款Windows CE操作系统的外业手簿上，也可运行在普通的商务PDA上。 轨道板精测与精调用的精调框系统长钢轨精测与精调用的轨检仪系统1.轨道几何状态测量仪；2.沿线轨道控制网（CPIII）的坐标与高程；3.沿线轨道的平面和竖面线形设计参数；4.高精度的智能型全站仪；5.轨道数据采集及其数据处理软件；6.防震、防水、防尘和在日光下也能够在屏幕上清晰显示的工业用便携计算机。轨检仪系统的软硬件组成全站仪、CPIII配合轨检仪进行轨道检测高速铁路平面控制网的分级布设3.高速铁路工程测量的主要内容1）各级平面和高程控制网的测量，包括框架控制网CP0、基础控制网CPI、线路控制网CPII、

6、轨道控制网CPIII和线路水准基点控制网测量；2）线下工程（路基、桥梁、隧道、涵洞）的施工测量，但不属于精密测量；3）无砟轨道板精测与精调，测量轨道板特征点实测坐标与设计坐标的差值，并据此对轨道板空间位置进行调整；3.高速铁路精密测量的主要内容4）长钢轨的精测与精调。测量轨道的轨距、水平、高低、轨向、扭曲和轨道特征点的坐标及高程，计算各个参数实测值与其对应设计值的差值，据此对轨道平顺性进行调整；5）沉降监测，包括路基、桥梁、涵洞和隧道的沉降变形监测。4.高速铁路精密测量新技术及应用(1)自由测站测量技术 具有测站位置灵活选择、没有对中误差的优势，应用在高铁轨道控制网（CPIII）和长大隧道洞内

7、线路控制网（CPII）测量。120m60m60mCPIICPIICPII(2)自由设站测量技术 具有测站位置灵活选择、没有对中误差的优势，应用在高铁无砟轨道板和长钢轨精测与精调工作中。要使用CPIII控制网必须采用该技术，其最大特点是智能型全站仪只采用半盘位三维测量即可，颠覆了传统的全站仪高精度测量必须全盘位测量的概念。 1.根据轨道板或轨道测量的起始位置，选择全站仪的设站位置，之后进行全站仪的整平和输入气象参数； 2.在全站仪附近的8个CPIII点上安装棱镜组件，棱镜面对准全站仪； 3.全站仪盘左半盘位对这8个棱镜依次进行三维测量（不归零，也没有外业精度控制指标）； 4.利用8个CPIII点

8、的已知坐标和高程以及观测的三维观测值，平差计算设站处仪器中心的三维坐标及其定向角未知数，并评定各个未知数的精度； 5.当设站点的三维坐标分量中误差小于0.7 mm，定向角的中误差小于2秒，自由设站测量合格，否则必须进行分析和处置。自由设站测量的步骤该方法与传统的边角后方交会测量不同，后者不需要获得定向角(3)CPIII三角高程网测量技术 用测站点到各CP点间天顶距和斜距观测值，计算测站至CPIII点间的直接高差，再进一步计算出相邻两CP点间的间接高差，然后再组成CP三角高程网。根据一个自由测站的观测值，可计算出的相邻CP点间的三角高差有16个，如下图所示。(3)CPIII三角高程网测量技术 多

9、个自由测站形成的CP三角高程网图形见下图 所示。由于每个CP点都有三个测站对其进行观测，因此用测站点与CP点间的高差，计算得到的相邻两CP点间高差，存在同名高差，即每两个相邻CP点间均有两个或三个高差观测值。该技术不用水准仪也能够建立CPIII高程网。(4)平面控制网置平平差技术 外业观测后，把平面控制网中的起算点和未知点均视为未知点，进行该网的自由网平差，得到网中起算点自由网平差后的坐标和精度情况； 根据网中起算点的两套坐标，采用三参数坐标转换的方法，利用平差的技术求解两套坐标系间的三个坐标转换参数； 利用求解的坐标转换参数，对自由网平差后的未知点坐标进行坐标转换，得到未知点在起算点坐标系中

10、的平差坐标。 置平平差技术可使未知点平差坐标免受起算数据误差的影响。 该技术应用在CPIII平面网验后的精度分析中，特别是在起算点精度不高的情况下也能够建立高精度的工程平面控制网。 (5)同时对向间接高差测量技术 该技术利用两台高精度的智能型全站仪和两套棱镜，进行同时对向间接高差测量，不量仪器高和棱镜高，可以消除地球曲率和大气折光的影响，实现三角高程测量达到二等高程控制测量的精度要求。该技术应用在高差大和水网地区的二等线路水准基点网的测量，代替二等水准测量。不测量仪器高、觇标高同时对向间接高差测量方法示意图 (6)GPS分区定向序贯平差技术 为了更好地控制GPS网边长的投影变形，分区定向序贯平

11、差依据控制网形、线路设计及现场实际情况，在平差过程中将全网划分为更细的投影带，就是“区”的概念；之后利用全网整网平差得到各边的方位角作为后续序贯平差的定向依据，将所有的“区”用统一的方向联系起来，从而实现全网坐标轴方向统一、坐标成果只有一套、且投影变形控制得更好，如此可省去换带计算带来的各种麻烦，保证了原GPS网的测量精度，极大地方便了高铁的勘测、设计及施工测量控制的各个环节。 该技术应用在高铁CPI GPS控制网的平差。传统的分带投影示意图 缺点是：投影变形与带宽和带内地形高低起伏的大小有关；一条高铁多个投影带；频繁的换带计算容易出错。 分区定向序贯平差原理示意图 优点是：投影变形几乎没有；一条高铁只有一个投影带；没有换带计算问题，方便设计与施工。还可以应用在精度要求更高的磁悬浮轨道交通工程测量。 (7)无砟轨道板精测与精调测量技术 由智能型全站仪、精调框、CPIII控制网、掌上电脑及其数据