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高速铁路无砟轨道三维检测系统研制及误差分析

作　者: 黄剑飞
导　师: 杨志强
学　校: 长安大学
专　业: 大地测量学与测量工程
关键词: 高速铁路无砟轨道轨道精调轨道检测误差分析
分类号: U216.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

无砟轨道在施工过程中必须保证其初始的高平顺性,在运营过程中要及时检测轨道变形与位移对平顺性的影响,需要使用高精度的检测设备对轨道进行精调与检测。本文在对我国无砟轨道检测需求深入研究的基础上,通过对国内外技术的广泛比较和消化,开发出一套具有独立知识产权的便携、智能、高精度CTL2006A型无砟轨道三维检测系统,对促进我国高速铁路的发展具有显著的社会效益和经济效益。本文以高速铁路工程测量体系的建立作为切入点,论述了传统铁路工程测量的缺点与不足。针对无砟轨道对精调及检测的要求,提出了轨检系统内部几何参数和外部几何参数测量一体化的设计方案,构建了无砟轨道检测的理论体系,建立了无砟轨道三维检测的数学模型。对无砟轨道三维检测系统的架构、技术、界面及功能进行了设计,解决了系统研制过程中自由设站自动观测、无线电通讯及数据后处理等关键技术问题,并在Visual Studio.NET平台上进行软件集成并得到实现。最后,作者探讨了无砟轨道三维检测系统的误差来源并对其进行了分类,建立了轨道检测中误差影响的数学模型,对误差影响的机理进行分析。系统采用Helmert方差分量估计的抗差解来解决测站平差中随机模型误差和观测值粗差对平差结果的影响,并提出了削弱其它误差影响的解决办法。通过系统相关实验数据,对系统内部几何参数测量的不确定度进行评价,在考虑CPⅢ控制点精度条件下通过最小二乘配置方法对系统外部几何参数测量的精度进行了分析。评价和分析的结果表明,CTL2006A型无砟轨道三维检测系统的精度满足我国无砟轨道精调施工与轨道检测的需要,达到国外同类产品的精度水平。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-10
第一章绪论  10-18
  1.1 研究背景与意义  10-11
  1.2 铁路轨道检测技术发展与现状  11-16
    1.2.1 动态轨道检测技术发展  11-13
    1.2.2 国外静态轨道检测技术发展  13-14
    1.2.3 国内静态轨道检测技术发展及现状  14-16
  1.3 本文的主要内容与技术路线  16-18
第二章高速铁路工程测量体系  18-30
  2.1 建立我国高速铁路工程测量体系的重要性  18-22
    2.1.1 国外高速铁路工程测量的经验  18-19
    2.1.2 传统铁路工程测量的缺点与不足  19-21
    2.1.3 建设我国高速铁路测量体系的必要性  21-22
  2.2 我国高速铁路工程测量体系的形成  22-25
    2.2.1 三网合一、分级布设测量体系  22
    2.2.2 高速铁路专用坐标框架网CPO  22-23
    2.2.3 CPⅢ轨道控制网  23-24
    2.2.4 轨道精密测量  24-25
  2.3 我国高速铁路工程测量的技术指标及精度要求  25-26
    2.3.1 各级平面控制网的技术指标及精度要求  25-26
    2.3.2 高程控制网的技术指标及精度要求  26
    2.3.3 轨道铺设的技术指标及精度要求  26
  2.4 轨道检测的基本原理  26-30
    2.4.1 弦测法检测原理  26-27
    2.4.2 惯性法检测原理  27-28
    2.4.3 无砟轨道三维检测系统测量原理  28-30
第三章无砟轨道三维检测的数学模型  30-48
  3.1 轨道内部几何参数测量数学模型  30-34
    3.1.1 里程测量  30
    3.1.2 轨距测量  30-32
    3.1.3 超高(水平)测量  32
    3.1.4 高低测量  32-33
    3.1.5 轨向测量  33-34
    3.1.6 三角坑测量  34
  3.2 轨道外部几何参数测量数学模型  34-48
    3.2.1 小车棱镜中心坐标的获取  34-36
    3.2.2 棱镜坐标与线路中线坐标的转换  36-39
    3.2.3 寻找与轨道轴线点最近的设计中线段  39-41
    3.2.4 轨道轴线点到最近段的投影  41-44
    3.2.5 投影点设计高程计算  44-47
    3.2.6 投影点设计超高计算  47-48
第四章无砟轨道三维检测系统的设计与开发  48-63
  4.1 无砟轨道三维检测系统功能及技术设计  48-51
    4.1.1 无砟轨道三维检测系统硬件组成  48
    4.1.2 无砟轨道三维检测系统技术定位  48-49
    4.1.3 无砟轨道三维检测系统工作界面  49-50
    4.1.4 无砟轨道三维检测系统的工作流程  50-51
  4.2 全站仪自由设站及其自动观测技术设计  51-58
    4.2.1 全站仪自由设站模块设计  51-52
    4.2.2 自由设站自动观测技术及其实现  52-55
    4.2.3 自由设站观测数据预处理  55
    4.2.4 测站点坐标平差  55-58
  4.3 轨道三维检测系统通讯设计  58-59
    4.3.1 轨检系统通讯协议  58-59
    4.3.2 轨检系统通讯程序实现  59
  4.4 轨道检测数据后处理算法及实现  59-63
    4.4.1 轨道检测偏差信息计算  60-61
    4.4.2 重叠区域测量数据处理  61-63
第五章高速铁路无砟轨道三维检测系统的误差分析  63-85
  5.1 轨道检测的误差来源  63-64
    5.1.1 轨道检测中的系统误差  63
    5.1.2 轨道检测中的粗差  63-64
    5.1.3 轨道检测中的随机误差  64
  5.2 轨道检测误差影响的规律  64-71
    5.2.1 系统误差对检测结果的影响  64-69
    5.2.2 粗差对检测结果的影响  69-71
  5.3 削弱轨道检测中误差影响的对策  71-75
    5.3.1 削弱系统误差影响的办法  71-74
    5.3.2 削弱粗差影响的办法  74-75
  5.4 无砟轨道检测系统精度分析  75-85
    5.4.1 轨道内部几何参数测量精度分析  75-78
    5.4.2 轨道外部几何参数测量精度分析  78-85
结论与展望  85-87
参考文献  87-89
致谢  89

高速铁路无砟轨道三维检测系统研制及误差分析

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