高速鐵路工程測量課件.ppt

1、2020/9/19,1,工 程 測 量 學(xué),第十章 高速鐵路工程測量,2020/9/19,2,主 要 內(nèi) 容 和 重 點,主要內(nèi)容： 1 緒論 2 高速鐵路控制網(wǎng)布設(shè)和精密測量基準(zhǔn) 3 軌道控制網(wǎng)布設(shè)和處理 4 軌道系統(tǒng)精密測量 5 雙塊軌枕精調(diào) 6 軌道板精調(diào) 7 通用型強(qiáng)制對中裝置 8 高速鐵路的變形監(jiān)測,重點,友情提示！,難點,需要掌握點,2020/9/19,3,1 緒論,1.1 高速鐵路定義,時速100120公里稱為常速； 時速120 160公里稱為中速或準(zhǔn)高速； 時速160 200公里稱為快速； 時速200 400公里稱為高速； 時速400公里以上稱為特高速。,國際鐵路聯(lián)盟對高速鐵路

2、的定義： 通過改造原有線路，使?fàn)I運速率達(dá)到每小時200公里以上，或者專門修建新的“高速新線”，使?fàn)I運速率達(dá)到每小時250公里以上的鐵路系統(tǒng)。,2020/9/19,1 緒論,1.2 高速鐵路分類,優(yōu)點：技術(shù)成熟，經(jīng)濟(jì)，與既有路網(wǎng)的兼容性好。 缺點：噪聲大。,優(yōu)點：速度快，噪聲小。 缺點：技術(shù)不成熟且造價高，與既有路網(wǎng)不兼容。,上海磁懸浮世界唯一磁懸浮營運線路,列車在鋼軌上運行,列車懸浮在軌道上,4,2020/9/19,1 緒論,1.2 高速鐵路分類,優(yōu)點：軌道穩(wěn)固、線路平順，運營維護(hù)工作量小。 缺點：造價高。,優(yōu)點：造價低。 缺點：線路不穩(wěn)定，晝間運營，夜間維護(hù)，運營維護(hù)成本高。,5,雙塊軌枕,

3、單元板：無擋肩，板間不連接,連續(xù)結(jié)構(gòu)：有擋肩，板間張拉連接并灌注砼,將軌枕精確壓入混凝土中,將雙塊軌枕排精調(diào)好后再澆混凝土,2020/9/19,1 緒論,1.2 高速鐵路分類,6,鋼軌鋪設(shè)和軌道精調(diào)(精度0.3毫米),澆筑軌道板間的接縫,軌道板縱連與鎖定 形成帶狀受力結(jié)構(gòu),灌注CA砂漿填充層 軌道板與底座板耦合,軌道板鋪設(shè)和精調(diào) 亞毫米級精度(0.3mm),1 緒論,1.3 高速鐵路修建過程(以CRTS型板為例介紹),下部主體工程施工 橋梁、隧道、路基、涵洞 厘米級精度,下部主體工程,支承層或底座板施工 毫米級精度(3mm),通過鎖件張拉,寬接縫,無砟軌道成型,7,1 緒論,1.4 高速鐵路工

4、程分類和測量要求,精密工程測量 獨立測量基準(zhǔn) 三網(wǎng)合一技術(shù) 專用測量工具 特殊測量手段 強(qiáng)調(diào)相對精度 精密測量設(shè)備,8,2020/9/19,1 緒論,1.5 高速鐵路測量關(guān)鍵技術(shù) 變形控制和精密測量技術(shù)是高速鐵路建設(shè)中與測量相關(guān)的兩大關(guān)鍵技術(shù)。 高速鐵路實現(xiàn)列車高速行駛的前提條件： 軌道系統(tǒng)的高穩(wěn)定性 一次性建成穩(wěn)固、可靠的線下工程； 嚴(yán)格控制沉降和變形。 軌道系統(tǒng)的高平順性 精密測量技術(shù)：測量精度0.3mm ； 特殊測量手段：嚴(yán)格控制誤差傳遞和積累，確保軌道平順。,9,2020/9/19,10,1.6 中國高鐵發(fā)展歷程,提速中國鐵路步入現(xiàn)代化的起點,1997年4月1日,1998年10月1日,

5、2000年10月21日,2001年10月21日,2004年4月18日,2007年4月18日,鐵路六次大面積提速,新增“D”字頭的動車組 時速200250公里,1 緒論,1.6 中國高鐵發(fā)展歷程,京津城際鐵路，全長119公里，橋梁比例86 ； 2005年7月4日開工，三年建成，運營時速350公里； 運營第一年，旅客輸送量達(dá)1870萬人次。,追趕,2008年8月1日，中國第一條時速350公里高速鐵路建成通車中國高鐵進(jìn)入世界先進(jìn)行列,1 緒論,11,2020/9/19,1.6 中國高鐵發(fā)展歷程,超越,全長1069公里，設(shè)15個客運站；橋隧比67； 2005年6月23日開工，2009年12月通車運營；

6、 設(shè)計時速為350公里，全程運行時間3小時； 設(shè)計行車間隔3分鐘，每天開行列車達(dá)201對。,武廣高鐵首次實現(xiàn)兩車組重聯(lián)動最高試驗時速394.2公里世界領(lǐng)先,1 緒論,12,2020/9/19,1.6 中國高鐵發(fā)展歷程,領(lǐng)跑,全長1318公里，世界上一次建成里程最長，技術(shù)最先進(jìn)； 設(shè)計時速380公里，全程運行時間4小時； 行車間隔3分鐘，為沿線居民提供“陸地飛行”般的便利。,2010年12月3日，京滬高鐵創(chuàng)造了486.1km/h的鐵路運營試驗的世界最高速度中國高鐵，領(lǐng)先世界,1 緒論,13,2020/9/19,1.6 中國高鐵發(fā)展歷程,到2014年底，中國高鐵運營里程將達(dá)到16500公里，約占世

7、界總里程的2/3； “四縱四橫”高鐵路網(wǎng)主骨架已經(jīng)大部分建成。,1 緒論,14,中國高鐵,帶著世界飛,2020/9/19,2 高速鐵路控制網(wǎng)布設(shè)和精密測量基準(zhǔn),2.1 高速鐵路測量控制網(wǎng)分級 平面控制網(wǎng)分四級，逐級向下控制；高程控制網(wǎng)為二等水準(zhǔn)網(wǎng)。 第一級為框架控制網(wǎng)，簡稱為CP0網(wǎng)； 第二級為基礎(chǔ)平面控制網(wǎng)，簡稱CP網(wǎng)； 第三級為線路平面控制網(wǎng)，簡稱CP網(wǎng)； 第四級為軌道控制網(wǎng)，簡稱CP網(wǎng)。,15,2020/9/19,16,2.2 布網(wǎng)方法及數(shù)據(jù)處理原則 框架控制網(wǎng)(CP0)布設(shè) 在線路初測前布網(wǎng)和測量，用靜態(tài)GPS技術(shù)建網(wǎng)； 點間距約50km，應(yīng)與IGS參考站或國家A、B級GPS點聯(lián)測；

8、聯(lián)測點數(shù)不少于2個，且均勻分布； 每個點上的獨立基線不小于3條，采用精密星歷解算基線； 要求全線一次性布設(shè)、測量和整體平差。,2 高速鐵路控制網(wǎng)布設(shè)和精密測量基準(zhǔn),2.2 布網(wǎng)方法及數(shù)據(jù)處理原則 基礎(chǔ)平面控制網(wǎng)(CP)布設(shè) 在線路初測階段建立，用靜態(tài)GPS技術(shù)建網(wǎng)； 點間距約4km，隧道段應(yīng)在洞口處加設(shè)一對CP點； 由三角形、大地四邊形構(gòu)成的帶狀網(wǎng)，附合在CP0網(wǎng)上； 全線一次布網(wǎng)、測量和整體平差； 整網(wǎng)三維約束和無約束平差在2000國家大地坐標(biāo)系中進(jìn)行； GPS測量的空間直角坐標(biāo)分區(qū)、分帶投影帶至工程獨立坐標(biāo)系中。,2020/9/19,17,2 高速鐵路控制網(wǎng)布設(shè)和精密測量基準(zhǔn),2020/9

9、/19,18,2.2 布網(wǎng)方法及數(shù)據(jù)處理原則 線路控制網(wǎng)(CP)布設(shè) 在線路定測階段建立，用靜態(tài)GPS技術(shù)或精密導(dǎo)線建網(wǎng)； 沿線路每600800m布設(shè)一個點(隧道洞內(nèi)每300600m布設(shè)一對點)； 由三角形、大地四邊形連接成的帶狀網(wǎng)，并附合在CP網(wǎng)上； 隧道段，采用四至六條邊的導(dǎo)線環(huán)布網(wǎng)，并附合在洞口CP點上； 全線應(yīng)一次布網(wǎng)、測量和整體平差。,2 高速鐵路控制網(wǎng)布設(shè)和精密測量基準(zhǔn),2020/9/19,19,2 高速鐵路控制網(wǎng)布設(shè)和精密測量基準(zhǔn),2.2 布網(wǎng)方法及數(shù)據(jù)處理原則 軌道控制網(wǎng)(CP)布設(shè) 在線下主體完工、沉降變形趨于穩(wěn)定后建立，用精密測量機(jī)器人施測； 平面和高程共點的三維控制網(wǎng)，控

10、制點埋設(shè)強(qiáng)制對中裝置； 平面控制基準(zhǔn)是CP或CP點； 自由設(shè)站后方邊角交會方式布設(shè)，網(wǎng)形規(guī)則； 軌道系統(tǒng)施工和運營維護(hù)的控制基準(zhǔn)； 數(shù)據(jù)處理采用傳統(tǒng)平面、高程平差或三維平差。,2020/9/19,20,2 高速鐵路控制網(wǎng)布設(shè)和精密測量基準(zhǔn),2.3 建立高速鐵路精密測量基準(zhǔn) 高速鐵路軌道系統(tǒng)應(yīng)在精密的工程獨立基準(zhǔn)下進(jìn)行測量； 建立精密測量基準(zhǔn)，包括確定最佳區(qū)域橢球和選擇最佳投影兩方面； 高速鐵路測量通過對WGS84橢球的改造來確定最佳區(qū)域橢球； 目的：實現(xiàn)區(qū)域橢球面與工程投影面的最佳擬合。,2020/9/19,21,2 高速鐵路控制網(wǎng)布設(shè)和精密測量基準(zhǔn),2.3.1 同時改變橢球的長半軸和偏心率

11、以WGS84為基準(zhǔn)橢球，便于GPS成果轉(zhuǎn)換； 推算條件：測區(qū)中心P在基準(zhǔn)橢球和區(qū)域橢球中大地坐標(biāo)不變。,變量假設(shè)： 投影面高程為 WGS84橢球參數(shù)： 長半軸為 第一偏心率為 基準(zhǔn)位置點 在84 系中的坐標(biāo)： 大地經(jīng)度為 大地緯度為 大地高為,2020/9/19,22,2 高速鐵路控制網(wǎng)布設(shè)和精密測量基準(zhǔn),2.3.1 同時改變橢球的長半軸和偏心率 保持橢球定位、定向不變，P點三維空間直角坐和大地坐標(biāo)都不變； 同時改變橢球的長半軸和偏心率； 新橢球面通過P點沿法線方向在測區(qū)平均高程面(投影面)上的投影; 新的橢球面最大限度地接近測區(qū)平均高程面。,假設(shè)新橢球要素為 和 ； 在新橢球坐標(biāo)系中，P點大

12、 地高由 變?yōu)?； 由右圖可知，P點大地高的 變化量為：,2020/9/19,23,2 高速鐵路控制網(wǎng)布設(shè)和精密測量基準(zhǔn),2.3.1 同時改變橢球的長半軸和偏心率,2020/9/19,24,2 高速鐵路控制網(wǎng)布設(shè)和精密測量基準(zhǔn),2.3.2 垂線偏差改正 通過垂線偏差改正實現(xiàn)區(qū)域性橢球與測區(qū)水準(zhǔn)面的最佳擬合； 區(qū)域橢球的法線與WGS84的橢球法線一致； 轉(zhuǎn)換過程：,2020/9/19,25,2 高速鐵路控制網(wǎng)布設(shè)和精密測量基準(zhǔn),2.3.2 垂線偏差改正,2020/9/19,26,2 高速鐵路控制網(wǎng)布設(shè)和精密測量基準(zhǔn),2.3.2 垂線偏差改正,2020/9/19,27,2 高速鐵路控制網(wǎng)布設(shè)和精密

13、測量基準(zhǔn),2.3.2 垂線偏差改正,2020/9/19,28,2 高速鐵路控制網(wǎng)布設(shè)和精密測量基準(zhǔn),2.3.2 垂線偏差改正 對于旋轉(zhuǎn)中心P，轉(zhuǎn)換前后三維坐標(biāo)應(yīng)保持不變，由此可得 即,2020/9/19,29,2.3.3 垂線偏差如何確定？,2 高速鐵路控制網(wǎng)布設(shè)和精密測量基準(zhǔn),？,2020/9/19,30,2.3.3 垂線偏差如何確定？,2 高速鐵路控制網(wǎng)布設(shè)和精密測量基準(zhǔn),2020/9/19,31,2.3.3 垂線偏差如何確定？ 高鐵建在狹長帶狀區(qū)域，沿線每兩公里左右就有一個二等水準(zhǔn)點； 大約有50%的水準(zhǔn)點與CP點重合； 利用GPS測量的大地高，很容易求得沿線路走向上的高程異常； 對于高

14、速鐵路精密工程測量控制網(wǎng)，直接利用線路走向上垂線偏差的子午分量 和 卯酉分量來代替 和 。,2 高速鐵路控制網(wǎng)布設(shè)和精密測量基準(zhǔn),2020/9/19,2020/9/19,32,2.3.4 選擇最佳投影 傳統(tǒng)投影方法是高斯投影。對于地形起伏不大的南北走向工程，建立一個坐標(biāo)系就可以控制較大區(qū)域，甚至是整條鐵路。而對于非南北走向工程，就需要劃分許多投影帶才能滿足精度要求。 高速鐵路精密測量控制網(wǎng)是狹長的帶狀網(wǎng)，可根據(jù)以下原則靈活選擇投影方式： 南北走向，可選擇橫軸投影； 非南北走向，可選擇斜軸投影； 東西走向，可選擇蘭勃特投影。,2 高速鐵路控制網(wǎng)布設(shè)和精密測量基準(zhǔn),2020/9/19,3 軌道控制

15、網(wǎng)布設(shè)和處理,3.1 測量基準(zhǔn)和精度匹配問題 高速鐵路線下基礎(chǔ)工程施工，其測量控制網(wǎng)可以基于國家統(tǒng)一基準(zhǔn)。 確保新建工程不與既有建筑發(fā)生矛盾和沖突； 便于地理信息的統(tǒng)一。 軌道系統(tǒng)施工前，需要在線下基礎(chǔ)工程的永久結(jié)構(gòu)物上，重新建立基于工程獨立坐標(biāo)系下的CP、CP、CP三網(wǎng)合一的精密控制網(wǎng)。 實現(xiàn)最佳精度匹配： 相鄰CP點的相對精度應(yīng)優(yōu)于7mm； 相鄰CP點的相對精度應(yīng)優(yōu)于 3mm。 軌道控制網(wǎng)(CP網(wǎng))是精密三維控制網(wǎng)。 工程獨立坐標(biāo)系應(yīng)確保軌面上的長度投影變形不大于10mm/km。 這一要求的依據(jù)是：高速鐵路軌道系統(tǒng)是狹長結(jié)構(gòu)，凈寬很小(通常小于10m)，施工測量時，現(xiàn)場實測距離因長度投影變

16、形而引起的橫向誤差(通常小于0.1mm，軌道平順性要求是0.3mm)可以小到忽略不計的程度。,33,2020/9/19,3.2 CP布設(shè) CP控制點成對且對稱布置，點間距9米15米，點對間距約60米，網(wǎng)形非常規(guī)則。 CP點要永久保存，需埋設(shè)在專用觀測墩。 路基段：,3 軌道控制網(wǎng)布設(shè)和處理,34,2020/9/19,3.2 CP布設(shè) CP控制點成對且對稱布置，點間距9米15米，點對間距約60米，網(wǎng)形非常規(guī)則。 CP點要永久保存，需埋設(shè)在專用觀測墩。 橋梁段：,3 軌道控制網(wǎng)布設(shè)和處理,35,2020/9/19,3.2 CP布設(shè) CP控制點成對且對稱布置，點間距9米15米，點對間距約60米，網(wǎng)形

17、非常規(guī)則。 CP點要永久保存，需埋設(shè)在專用觀測墩。 隧道段：,3 軌道控制網(wǎng)布設(shè)和處理,36,2020/9/19,3 軌道控制網(wǎng)布設(shè)和處理,3.3 CP網(wǎng)平面測量 觀測：CP觀測條件苛刻，一般要求在夜間或陰天，用邊角交會自由設(shè)站模式，向前、后各3對CP點進(jìn)行全圓法方向和距離的全自動化觀測。每測站至少測量三個測回，測站之間重疊4對點。 處理：全站儀的測量成果要在工程獨立坐標(biāo)系中，利用聯(lián)測的CP點作為強(qiáng)制約束點，分段進(jìn)行約束平差，求得CP點的平面坐標(biāo)。分段長度不能小于四公里，平差方法為常規(guī)平面網(wǎng)平差。 精度要求：點位絕對精度優(yōu)于2mm，相鄰點的相對精度優(yōu)于1mm。,37,2020/9/19,3 軌

18、道控制網(wǎng)布設(shè)和處理,3.3 CP網(wǎng)平面測量 CP測量通常按照間隔2對點設(shè)站的形式向前推進(jìn)； 施工干擾或觀測條件不佳時可采用間隔1對點設(shè)站的形式向前推進(jìn)； 可以直接在CP點上安置儀器進(jìn)行CP和CP的聯(lián)系測量。,38,2020/9/19,3 軌道控制網(wǎng)布設(shè)和處理,3.4 CP網(wǎng)高程測量 CP高程利用二等幾何水準(zhǔn)施測，要求相鄰CP點高程的相對精度為0.5mm。 特點 每個CP點都是水準(zhǔn)點，水準(zhǔn)測量時沒有轉(zhuǎn)點； 網(wǎng)形規(guī)則，測量中無須量距，每站觀測四個點； 水準(zhǔn)尺立在與CP標(biāo)志配套的轉(zhuǎn)接桿上，確保測量結(jié)果準(zhǔn)確轉(zhuǎn)換到CP棱鏡中心； 用精密數(shù)字水準(zhǔn)儀施測，勞動強(qiáng)度低，且方便CP點名的自動錄入； 測點高于地面

19、1米左右且大致等高，測量中宜選用1米或1.5米長的特制水準(zhǔn)尺。,39,2020/9/19,3 軌道控制網(wǎng)布設(shè)和處理,3.4 CP網(wǎng)高程測量 中視法 往測：自一個水準(zhǔn)基點沿線路右側(cè)CP點測至另一個水準(zhǔn)基點，形成附合水準(zhǔn)線路，左側(cè)CP點作為支點同步觀測。 返測：測量左側(cè)CP點形成附合線路，右側(cè)CP點作為支點。,40,2020/9/19,3 軌道控制網(wǎng)布設(shè)和處理,3.4 CP網(wǎng)高程測量 矩形法 實質(zhì)是沿前后兩對CP點按順時針施測水準(zhǔn)，形成規(guī)則的水準(zhǔn)環(huán)； 各個小的水準(zhǔn)環(huán)環(huán)環(huán)相連，形成規(guī)則的水準(zhǔn)環(huán)網(wǎng)。,41,2020/9/19,3.5 三網(wǎng)合一技術(shù) 在線下工程的永久建筑上，布設(shè)CP點； 每隔600至80

20、0米，選取一個CP點作為CP和CP的公共點； 利用CP網(wǎng)和重新布設(shè)的CP點構(gòu)成整體網(wǎng)； 通過CP網(wǎng)的聯(lián)系作用，整體網(wǎng)具有兩套平面坐標(biāo)： 一套是國家測繪基準(zhǔn)下的坐標(biāo)； 另一套是工程獨立基準(zhǔn)下的精密坐標(biāo)。 用幾何水準(zhǔn)或精密三角高程，將二等水準(zhǔn)引測到CP點上，使CP點具備三維坐標(biāo)；,3 軌道控制網(wǎng)布設(shè)和處理,42,2020/9/19,3.5 三網(wǎng)合一技術(shù) 在線下工程的永久建筑上，布設(shè)CP點； 每隔600至800米，選取一個CP點作為CP和CP的公共點； 利用CP網(wǎng)和重新布設(shè)的CP點構(gòu)成整體網(wǎng)； 通過CP網(wǎng)的聯(lián)系作用，整體網(wǎng)具有兩套平面坐標(biāo)： 一套是國家測繪基準(zhǔn)下的坐標(biāo)； 另一套是工程獨立基準(zhǔn)下的精密

21、坐標(biāo)。 用幾何水準(zhǔn)或精密三角高程，將二等水準(zhǔn)引測到CP點上，使CP點具備三維坐標(biāo)； 通過強(qiáng)制對中裝置實現(xiàn)CP和CP的無縫聯(lián)接。,3 軌道控制網(wǎng)布設(shè)和處理,43,2020/9/19,3.5 三網(wǎng)合一技術(shù),3 軌道控制網(wǎng)布設(shè)和處理,44,2020/9/19,3.5 三網(wǎng)合一技術(shù),3 軌道控制網(wǎng)布設(shè)和處理,45,2020/9/19,3.5 三網(wǎng)合一技術(shù),3 軌道控制網(wǎng)布設(shè)和處理,46,2020/9/19,3.6 CP網(wǎng)三維嚴(yán)密平差技術(shù) CP是三維網(wǎng)，理應(yīng)按照三維數(shù)據(jù)處理技術(shù)來處理觀測成果； 傳統(tǒng)技術(shù)是平面和高程分別測量和處理的，本質(zhì)上并不是三維平差； 利用傳統(tǒng)技術(shù)，CPIII平面網(wǎng)測量成果沒有得到充

22、分發(fā)揮： 測量機(jī)器人的精密測量成果僅用于求得CPIII的平面坐標(biāo)，同樣精密的三角高程棄置不用。用復(fù)雜的幾何水準(zhǔn)測量來求得CPIII的高程。 傳統(tǒng)數(shù)據(jù)處理技術(shù)的缺點： 觀測量要改化（地面到橢球面、橢球面到平面） 非原始觀測量 不能充分發(fā)揮“數(shù)據(jù)探測技術(shù)”的作用 為充分發(fā)揮全站儀三維觀測成果的作用，應(yīng)采用三維嚴(yán)密平差技術(shù)。,3 軌道控制網(wǎng)布設(shè)和處理,47,2020/9/19,3.6.1 CP網(wǎng)三維平差函數(shù)模型 以全站儀三軸交點 (簡稱測站)為原點，建立站心天文坐標(biāo)系； 以垂線和水準(zhǔn)面為基準(zhǔn)； 坐標(biāo)原點：儀器三軸交點； 在該坐標(biāo)系中列立觀測方程； 原始觀測量直接參與平差。,3.6 CP網(wǎng)三維嚴(yán)密平差

23、技術(shù),48,2020/9/19,3.6.1 CP網(wǎng)三維平差函數(shù)模型 空間斜距的誤差方程,3.6 CP網(wǎng)三維嚴(yán)密平差技術(shù),49,2020/9/19,3.6.1 CP網(wǎng)三維平差函數(shù)模型 空間斜距的誤差方程 線性化,3.6 CP網(wǎng)三維嚴(yán)密平差技術(shù),50,2020/9/19,3.6.1 CP網(wǎng)三維平差函數(shù)模型 空間斜距誤差方程 CP網(wǎng)邊長很短，測距比例誤差可不予考慮,3.6 CP網(wǎng)三維嚴(yán)密平差技術(shù),51,2020/9/19,3.6.1 CP網(wǎng)三維平差函數(shù)模型 水平方向誤差方程,3.6 CP網(wǎng)三維嚴(yán)密平差技術(shù),52,2020/9/19,3.6.1 CP網(wǎng)三維平差函數(shù)模型 天頂距誤差方程,3.6 CP網(wǎng)三

24、維嚴(yán)密平差技術(shù),53,2020/9/19,3.6.1 CP網(wǎng)三維平差函數(shù)模型 天頂距誤差方程,3.6 CP網(wǎng)三維嚴(yán)密平差技術(shù),54,邊短,視線 水平,2020/9/19,3.6.1 CP網(wǎng)三維平差函數(shù)模型 天頂距誤差方程 當(dāng)全網(wǎng)只解算一個折光參數(shù)時，式(10-19)可簡化為 不考慮折光影響時，式(10-19)可進(jìn)一步簡化為,3.6 CP網(wǎng)三維嚴(yán)密平差技術(shù),55,2020/9/19,3.6.2 觀測量定權(quán),3.6 CP網(wǎng)三維嚴(yán)密平差技術(shù),56,2020/9/19,3.6.3 不同基準(zhǔn)下函數(shù)模型轉(zhuǎn)換 引入站心大地坐標(biāo)： 以法線和橢球面為基準(zhǔn) 有如下轉(zhuǎn)換關(guān)系：,3.6 CP網(wǎng)三維嚴(yán)密平差技術(shù),57,

25、2020/9/19,3.6.3 不同基準(zhǔn)下函數(shù)模型轉(zhuǎn)換,3.6 CP網(wǎng)三維嚴(yán)密平差技術(shù),58,2020/9/19,3.6.3 不同基準(zhǔn)下函數(shù)模型轉(zhuǎn)換 垂線偏差非常小 CP網(wǎng)邊長很短,3.6 CP網(wǎng)三維嚴(yán)密平差技術(shù),59,2020/9/19,3.6.3 不同基準(zhǔn)下函數(shù)模型轉(zhuǎn)換 站心大地坐標(biāo)地心坐標(biāo)系,3.6 CP網(wǎng)三維嚴(yán)密平差技術(shù),地心坐標(biāo)系,站心大地坐標(biāo)系,60,2020/9/19,3.6.3 不同基準(zhǔn)下函數(shù)模型轉(zhuǎn)換 站心大地坐標(biāo)地心坐標(biāo)系,3.6 CP網(wǎng)三維嚴(yán)密平差技術(shù),是正交陣，且,顧及,、,和,為非變量,其中,轉(zhuǎn)換關(guān)系,61,2020/9/19,3.6.3 不同基準(zhǔn)下函數(shù)模型轉(zhuǎn)換,3.6

26、 CP網(wǎng)三維嚴(yán)密平差技術(shù),地心坐標(biāo)與大地坐標(biāo)之間有如下轉(zhuǎn)換關(guān)系,顧及N也是B的函數(shù)，令,其中,正交矩陣,對角矩陣,62,2020/9/19,3.6.3 不同基準(zhǔn)下函數(shù)模型轉(zhuǎn)換,3.6 CP網(wǎng)三維嚴(yán)密平差技術(shù),對于測站P上任意一點J的站心大地坐標(biāo),有,CPIII控制網(wǎng)測點距離很近(30m150m)，其大地坐標(biāo)的差值不會超過5秒，因此有,63,2020/9/19,3.6.3 不同基準(zhǔn)下函數(shù)模型轉(zhuǎn)換 誤差方程轉(zhuǎn)換至大地坐標(biāo)系優(yōu)點 橢球系統(tǒng)是一個數(shù)學(xué)上精確定義的曲面坐標(biāo)系統(tǒng)，優(yōu)點是其表面與地球表面大致吻合，這樣就使橢球坐標(biāo)的地理解釋更為直觀； 橢球模型提供了可以把GPS觀測值和全站儀觀測值統(tǒng)一起來的平

27、臺； 在經(jīng)度和緯度作為坐標(biāo)未知數(shù)的前提下，平差就與地圖投影無關(guān)。這一優(yōu)點非常重要：如果按照常規(guī)平差技術(shù)在高斯投影面上處理觀測成果，就必須考慮投影變形問題，而這些變形通常都很復(fù)雜，很難用線性數(shù)學(xué)模型來表達(dá)，因此，常規(guī)平差技術(shù)只適用于局部的、有限大小的控制網(wǎng)。而在橢球基準(zhǔn)下，數(shù)學(xué)模型對控制網(wǎng)的大小根本沒有限制。 對于橢球基準(zhǔn)下的三維平差，觀測值可以以其原始形式帶入數(shù)學(xué)模型。這樣做對統(tǒng)計檢驗尤為重要，因為只有對原始觀測值進(jìn)行統(tǒng)計檢驗才是最合理的。,3.6 CP網(wǎng)三維嚴(yán)密平差技術(shù),64,2020/9/19,3.6.4 近似坐標(biāo)計算 計算原理： 假設(shè)各個測站的三維坐標(biāo)為(0，0，0），各測站觀測的方向值

28、即為方位角，由此，可利用全站儀原始三維觀測值，直接計算各測站所有觀測點的三維坐標(biāo)； 第步求得的三維坐標(biāo)是各個測站相互獨立的。因為相鄰測站之間會重復(fù)觀測8個點，利用這些重復(fù)觀測點，可以將第二測站的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換到第一測站的坐標(biāo)系下。依此類推，順次將所有測站的坐標(biāo)都轉(zhuǎn)換到第一測站的坐標(biāo)系下； 利用網(wǎng)中CP點的已知坐標(biāo)，將第步求得的基于第一測站坐標(biāo)系中的坐標(biāo)，轉(zhuǎn)換至工程獨立坐標(biāo)系中。通過地圖投影，上述工程獨立坐標(biāo)還可轉(zhuǎn)換成大地坐標(biāo)或地心坐標(biāo)等各種形式。,3.6 CP網(wǎng)三維嚴(yán)密平差技術(shù),65,2020/9/19,3.6.4 近似坐標(biāo)計算 計算原理演示,3.6 CP網(wǎng)三維嚴(yán)密平差技術(shù),CPIII坐標(biāo)已求解,設(shè)

29、站點已求解,CPIII坐標(biāo)未求解,設(shè)站點未求解,1,2,3,4,假定起始坐標(biāo)(0，0，0),假定起始方位角“0”,66,2020/9/19,4 軌道系統(tǒng)精密測量,4.1 軌道工程測量方法及專用儀器 自由設(shè)站極坐標(biāo)法三維測量 以軌道控制網(wǎng)CP為基準(zhǔn)； 采用全站儀自由設(shè)站三維坐標(biāo)法測量； 相鄰測站重疊觀測至少2對CP點。,67,2020/9/19,4 軌道系統(tǒng)精密測量,4.1 軌道工程測量方法及專用儀器 搭接測量 不同測站重復(fù)測量的點稱搭接點； 平滑不同測站之間出現(xiàn)的測量偏差； 單點搭接和多點搭接。 單點搭接 站間存在測量誤差； 兩列放樣點不平順連接，中間會出現(xiàn)“錯臺”； 第二站儀器重新定向，確保

30、測設(shè)點平順連接。,68,2020/9/19,4 軌道系統(tǒng)精密測量,4.1 軌道工程測量方法及專用儀器 多點搭接測量 采用余弦函數(shù)對重復(fù)測量的搭接點進(jìn)行平滑處理； 重復(fù)點的坐標(biāo)取兩次測量的加權(quán)平均值。 第一站測點的權(quán)重 第二站測點的權(quán)重,69,2020/9/19,4 軌道系統(tǒng)精密測量,4.1 軌道工程測量方法及專用儀器 地球曲率的影響 軌道系統(tǒng)精密測量需要考慮地球曲率影響； 全站儀測量范圍通常限制在100米以內(nèi)。,70,2020/9/19,4 軌道系統(tǒng)精密測量,4.1 軌道工程測量方法及專用儀器 軌檢儀 即軌檢小車，內(nèi)部裝有高精度的距離、傾斜傳感器； 用全站儀測量軌檢小車上固定棱鏡的三維坐標(biāo)；

31、通過棱鏡與各傳感器的幾何關(guān)系，精確求得左右鋼軌頂點的坐標(biāo)、軌距、水平等要素。 通過多點測量，可以求得軌向、高低、軌道扭曲等軌道參數(shù)。,71,2020/9/19,4 軌道系統(tǒng)精密測量,4.1 軌道工程測量方法及專用儀器 其它專用設(shè)備,強(qiáng)制對中測釘,球 棱 鏡,對中尺墊,精密測量棱鏡座,不等高三角架,軌道特征點模擬裝置,72,2020/9/19,4 軌道系統(tǒng)精密測量,4.2 軌道精調(diào)測量 利用全站儀自由設(shè)站，配合軌檢小車進(jìn)行測量，分精調(diào)和粗調(diào)； 粗調(diào)：測距范圍不超過100米，間隔35點測量一個點； 精調(diào)：測距范圍不超過70米，逐點測量，需要搭接。 利用前后各兩對CP點自由設(shè)站； 測量軌檢小車上的棱

32、鏡； 實時顯示調(diào)整量。,73,2020/9/19,4 軌道系統(tǒng)精密測量,4.2 軌道精調(diào)測量 軌道精調(diào)方法 將外軌高程大致調(diào)整到位，平面位置精確調(diào)整到位； 以外軌為平面基準(zhǔn)，利用軌道尺固定軌距，通過高程測量，將內(nèi)軌精確調(diào)整到設(shè)計位置； 以內(nèi)軌為基準(zhǔn)，利用軌道尺控制超高，將外軌精確調(diào)整到設(shè)計位置。,74,2020/9/19,5 雙塊軌枕精調(diào),按施工方法不同，分為型雙塊和型雙塊； 利用軌排法施工的，稱為型雙塊； 利用機(jī)械壓入法施工的，稱為型雙塊。,75,2020/9/19,5 雙塊軌枕精調(diào),5.1 軌排精調(diào)測量 用工具軌將雙塊式軌枕組裝成軌排； 間隔23根軌枕安裝一根精調(diào)橫梁； 利用精調(diào)橫梁和螺桿

33、調(diào)節(jié)器將軌排提升到地面以上5070mm； 立模、扎筋并澆筑混凝土，將軌枕固定在混凝土底座上。,76,2020/9/19,5 雙塊軌枕精調(diào),5.1 軌排精調(diào)測量 澆筑混凝土前，通過螺桿調(diào)節(jié)器和橫向調(diào)節(jié)器，將軌排調(diào)整到設(shè)計位置； 分粗調(diào)和精調(diào)兩個過程。 粗調(diào)：精調(diào)小車間隔12個橫梁測量一點，同時對多個橫梁進(jìn)行調(diào)整，將軌排大致調(diào)整到設(shè)計位置； 精調(diào)：逐梁測量和精確。,77,2020/9/19,5 雙塊軌枕精調(diào),5.2 機(jī)械法施工的支腳精調(diào) 施工原理 澆筑混凝土； 將軌枕框架準(zhǔn)確放置到設(shè)計位置； 通過高頻震動將軌枕壓入混凝土中。,78,2020/9/19,5 雙塊軌枕精調(diào),5.2 機(jī)械法施工的支腳精調(diào)

34、 精調(diào)原理：軌枕位置實際上是由線路左側(cè)的三維可調(diào)支腳決定。 三維可調(diào)支腳事先被錨固； 將支撐球窩精確調(diào)整到設(shè)計位置； 通過嵌合球使橫梁左端與左側(cè)支腳對位； 通過嵌合球與右側(cè)支腳對位； 軌枕框架安放到前、后兩根橫梁上。,79,2020/9/19,5 雙塊軌枕精調(diào),5.2 機(jī)械法施工的支腳精調(diào) 支腳放樣測量 在軌道中間架設(shè)儀器，利用測量機(jī)器人，沿線路左、右兩側(cè)逐點測量，定出各個支腳的設(shè)計位置。 支腳精調(diào) 用連接工裝架設(shè)測量機(jī)器人； 利用CP自由設(shè)站； 單向后退法逐點測量； 支撐球窩精確調(diào)整到設(shè)計位置； 單點搭接測量； 利用水平尺調(diào)整右側(cè)支腳。,80,2020/9/19,6 軌道板精調(diào),型板式無砟軌

35、道設(shè)計理念 軌道板經(jīng)過數(shù)控磨床精確打磨，假定鋼軌和扣件沒有誤差，將軌道板精確安裝到設(shè)計位置，鋪軌后，不用對軌道進(jìn)行精調(diào)，就能形成高平順的軌道系統(tǒng)。 型板式軌道施工過程 首先施工下部基礎(chǔ)； 利用六個精調(diào)器，配合測量機(jī)器人，將軌道板逐塊精確調(diào)整到設(shè)計位置； 通過灌注孔灌注CA砂漿，填充軌道板和下部基礎(chǔ)之間的空隙。,81,2020/9/19,6 軌道板精調(diào),6.1 博格精調(diào)技術(shù) 利用博格精調(diào)標(biāo)架，配合測量機(jī)器人CRTS精調(diào)軌道板。,82,2020/9/19,6 軌道板精調(diào),6.1 博格精調(diào)技術(shù) 博格精調(diào)標(biāo)架使用原理 將三個標(biāo)架放置到軌道板的前、中、后三對承軌臺上； 標(biāo)架的觸舌A觸及大鉗口的外斜面(圖

36、中M點)； 1、2兩個棱鏡中心是對應(yīng)承軌臺的軌道特征點； 通過精密測量，將三個標(biāo)架的6個軌道特征點調(diào)整到設(shè)計位置。,83,2020/9/19,6 軌道板精調(diào),6.1 博格精調(diào)技術(shù) 博格技術(shù)的測量原理,Z,dz,Y,X,dy,承軌臺設(shè)計位置,實測承軌臺位置,dx,要求：點到點，三維調(diào)整問題：軌道板縱向無法調(diào)整到設(shè)計位置,84,2020/9/19,6 軌道板精調(diào),6.1 博格精調(diào)技術(shù) 博格技術(shù)實質(zhì)：點與點之間的三維調(diào)整 橫向偏差可控制在10mm以內(nèi)，但縱向偏差可達(dá)1020mm； 精調(diào)器只能橫向和豎向調(diào)整，軌道板在縱向上無法調(diào)整到設(shè)計位置； 按常規(guī)方法架設(shè)儀器進(jìn)行測量，受縱向偏差影響，軌道板的橫向和

37、豎向也很難調(diào)整到位； 利用不等高三腳架； 在線路中線上設(shè)站； 儀器與軌面等高。,85,2020/9/19,6 軌道板精調(diào),6.1 博格精調(diào)技術(shù) 減弱橫向調(diào)整誤差影響的措施：測設(shè)GRP網(wǎng) GRP位于線路兩側(cè)； GRP點與定位錐一一對應(yīng)； 軌道板鋪放在兩個GRP點之間； 儀器架在GRP點上，通過兩點定向。,86,2020/9/19,6 軌道板精調(diào),6.1 博格精調(diào)技術(shù) GRP平面測量 測站盡量靠近軌道中線，左、右線分別布設(shè)； 用一個盤位按順時針方向測量，站間搭接3至5個點； 一測回：先測CP點，再由遠(yuǎn)及近測量1015個GRP點，然后再測CP點； 測3至4個測回取均值，利用CP點，將GRP點的坐標(biāo)轉(zhuǎn)

38、換至工程獨立坐標(biāo)系。 GRP高程測量 使用一把水準(zhǔn)尺，用電子水準(zhǔn)儀自帶程序沿線路逐點測量； 每隔300米左右起、閉于CP點，線路上的其它CP點為轉(zhuǎn)點； GRP點按支點測量，每站前后各測量46個GRP點； 附合測段間搭接三個點。,87,2020/9/19,6 軌道板精調(diào),6.1 博格精調(diào)技術(shù) 軌道板精調(diào)：兩點設(shè)站 利用不等高三腳架，在GRP點C上架設(shè)測地機(jī)器人，在GRP點E上架設(shè)后視棱鏡。,88,2020/9/19,6 軌道板精調(diào),6.1 博格精調(diào)技術(shù) 軌道板精調(diào)：標(biāo)架標(biāo)定及精調(diào)首塊軌道板,89,標(biāo)定標(biāo)架,首板精調(diào),2020/9/19,6 軌道板精調(diào),6.1 博格精調(diào)技術(shù) 軌道板精調(diào)：搭接設(shè)站

39、后視棱鏡由GRP點E向后移動1塊軌道板的距離，搬站至GRP點D； 將測量儀器由GRP點C，向后移動2塊軌道板的距離，搬站至GRP點A； 將搭接標(biāo)架4按裝到已經(jīng)精調(diào)到位的1號軌道板的第1對承軌臺上。 三點定向和高程傳遞,90,2020/9/19,6 軌道板精調(diào),6.1 博格精調(diào)技術(shù) 軌道板精調(diào)：精調(diào)后續(xù)軌道板,91,2020/9/19,6 軌道板精調(diào),6.1 博格精調(diào)技術(shù) 博格精調(diào)技術(shù)的精度分析：誤差累計，引起沉板和浮板； 分段閉合，消除沉板和浮板引起的線路起伏。,92,2020/9/19,6 軌道板精調(diào),6.1 博格精調(diào)技術(shù) 博格精調(diào)技術(shù)的精度分析：,顧及GRP點的絕對精度約為0.8mm，不等

40、高三腳架的設(shè)置精度約為0.5mm，則有,絕對精度,主要取決于GRP的相對精度，勉強(qiáng)能達(dá)到0.3mm 。,相對精度,93,2020/9/19,6 軌道板精調(diào),6.2 基于軌道的軌道板精調(diào)技術(shù) 利用自定心鋼軌模擬裝置模擬軌道特征點； 鋼軌模擬裝置具備自定心功能，確保底座中心自動移至軌道中心； 棱鏡中心剛好位于鋼軌頂?shù)脑O(shè)計位置。,94,2020/9/19,6 軌道板精調(diào),6.2 基于軌道的軌道板精調(diào)技術(shù) 精調(diào)原理：,Z,dz,Y,X,dy,設(shè)計線路,以軌道為基準(zhǔn)，確定點與線的位置關(guān)系。通過兩維移動，將軌道特征點直接調(diào)整到線路設(shè)計位置。 實質(zhì)：兩維調(diào)整,線路模型,平曲線模型,線路長模型,dy,豎曲線模

41、型,dz,95,2020/9/19,6 軌道板精調(diào),6.2 基于軌道的軌道板精調(diào)技術(shù) 精調(diào)過程：,在合適位置架設(shè)全站儀并利用CP設(shè)站； 在儀器前面第四塊軌道板的首端、中間、末端三對承軌臺上各放置一個鋼軌模擬裝置； 測量并精調(diào)軌道板首、末兩端，通過逐步趨近，將其調(diào)整到設(shè)計位置； 測量中間承軌臺的三維坐標(biāo)，將軌道板中部的高程調(diào)整到位； 重復(fù)二、三步，將儀器前面的第3和第2塊軌道板調(diào)整到位； 全站儀后退3塊軌道板，設(shè)站并精調(diào)后續(xù)軌道板。,96,2020/9/19,6 軌道板精調(diào),6.2 基于軌道的軌道板精調(diào)技術(shù) 搭接測量：,97,2020/9/19,6 軌道板精調(diào),6.2 基于軌道的軌道板精調(diào)技術(shù)

42、搭接測量： 設(shè)站 測量搭接點 搭接測量，消除搭接誤差。,測 站,L,S,自由設(shè)站確定的線路中心線,搭接改正后的線路中心線,測 站,消除錯臺,錯臺,98,2020/9/19,6 軌道板精調(diào),6.2 基于軌道的軌道板精調(diào)技術(shù) 精度分析：單純由測量引起的橫向和豎向誤差很小，對絕對精度而言，也可以忽略不計，對相對精度而言，滿足軌道相對精度要求。,99,2020/9/19,7 通用型強(qiáng)制對中裝置,7.1 常規(guī)強(qiáng)制對中技術(shù) 下支腿埋入混凝土中； 通過調(diào)平螺絲將儀器臺調(diào)平； 儀器臺及上支腿澆入砼中； 儀器臺面板供安裝儀器。 缺點： 體積較大； 安裝復(fù)雜； 不易大規(guī)模采用。,100,2020/9/19,7 通用型強(qiáng)制對中裝置,7