[發明專利]一種高速鐵路基樁控制網CPIII的快速測量方法

有效

• 申請號: 201010237683.4
• 申請日: 2010-07-27
• 公開（公告）號: CN101914881A
• 公開（公告）日: 2010-12-15
• 發明（設計）人: 唐糧
• 申請（專利權）人: 唐糧
• 主分類號: E01B35/00
• 分類號: E01B35/00;G01C15/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及精密工程測量領域，特別是基于移動激光雷達測量和高速數碼成像技術的高速鐵路基樁控制網CPIII的快速測量方法。

背景技術

高速鐵路工程測量控制網分為三級，第一級為基礎控制網(CPI網)、第二級為線路控制網(CPII網)、第三級為基樁控制網(CPIII網)，統一采用國家坐標系統。CPIII網主要為軌道鋪設和運營維護提供控制基準，控制點是沿線路方向每隔40-60米成對布設，每對控制點的間距約為15米，CPIII控制測量是在線路控制網CPII坐標成果基礎上實施，常規作業方法有以下幾種(以下部分引自張懷仁和吳喬生的《高速鐵路精密控制網CPIII測量技術分析》，科技創新導報，2010，No.06)：

(1)極坐標法。在一個CPII控制點上設站，以另一個點定向，用極坐標方法直接測量CPIII控制點的坐標。此時CPIII作為一個散點進行測量，其精度主要受制于對點、儀器等級、觀測條件等限制，每個CPIII點均是獨立求出的，因此CPIII的相關性不強。

(2)測角交會法。分別在兩個CPII控制點上設站，觀測同一CPIII控制點，通過CPII坐標以及觀測的角度值進行交會計算，得到CPIII控制點的坐標。但是在實際觀測中，部分CPIII點不能在兩個CPII方向上通視，同時，帶狀線路的特性導致交會角過小，會影響交會點的精度。

(3)測邊交會法。同測角交會，分別在兩個CPII控制點上設站，觀測同一CPIII控制點，通過CPII坐標以及觀測的距離進行交會計算，得到CPIII控制點的坐標。此方法同樣受部分觀測條件的影響，旁遮光、儀器對中、儀器測距精度等對結果精度影響較大，需要進行大氣折光、儀器加乘常數等改正。

(4)支距交會法。支距交會的原理是：利用兩個CPII控制點建立一個定向方向，測量CPIII控制點到這個方向上的垂距以及垂足到其中一個CPII控制點的距離，從而計算出CPIII控制點的坐標。此方法在操作上比較簡單，精度較高。但因支距不完全與定向視線垂直，還需在鐵路另一側采用碎步測量方法測量CPIII點近似坐標。但這種法方法和極坐標法一樣，各個CPIII的相關性不強。

以上方法都是基于全站儀、經緯儀、水準儀等靜態測量儀器進行的逐站間斷式測量方法，耗時很長，效率極低，且對測量時的觀測條件(如大氣、光線等)要求很高，加上CPIII控制點間的相關性不強，無法確保CPIII基樁控制網的精度。

發明內容

隨著高速鐵路建設的快速發展，工程測量規范也在不斷地完善和提高，唯有采用相應的新技術、新方法才能獲得滿足規范要求的高精度測量成果。為了解決以上CPIII控制測量方法的測量效率低、CPIII控制點間的相關性不強等問題，本發明采用了一種基于移動激光雷達測量及高速數碼成像技術的全新方法，大大地提高了CPIII網的測量效率和該控制網本身的整體穩定性。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：使用由激光掃描儀(1)、GPS/IMU定位定向系統(2)、高速數碼成像系統(3)、工業控制計算機(4)和供電裝置(5)組成的移動高精度測量系統獲得CPIII網測量數據，通過與高級網數據、聯測數據以及影像中提取的輔助測量點坐標數據進行聯合加權平差，得到高精度的CPIII控制點坐標。

在進行移動激光雷達測量前，需要使用一種鐵路專用激光測量標識，對CPIII控制網的各控制點進行布標。鐵路專用的激光測量標識是由目標球(6)、對中桿(7)和固定點標識裝置(8)組成。移動激光雷達測量系統在運動中發出的激光從不同角度到達目標球(6)表面后返回到激光掃描儀(1)的接收器，基于測量平臺GPS/IMU數據進行解算，獲取多個球面點坐標，理論上只需通過球表面的任意三個點的坐標就能計算出球形目標物的中心點坐標，多余的點可用于平差計算，排除粗差，得到更加精確穩定的目標球(6)中心點坐標，從而建立目標球(6)的中心點與固定點標識裝置(8)標識的控制點之間的數學關系，解決移動激光雷達系統的激光發射多角度和因隨機激光點導致固定點不確定性的問題。移動平臺速度、最終測量精度和激光掃描儀的頻率等參數是決定目標球(6)尺寸的因素。目標球(6)采用激光反射性良好的材質，球面上帶有圖形編碼，便于在數碼影像中進行識別。