專利名稱：有砟軌道工程上砟整道測量快速定位方法
技術領域：
本發明涉及列車軌道施工工程，具體是一種有砟軌道工程上砟整道測量的快速定位方法。
背景技術：
隨著社會的進步與發展，高速鐵路“四橫四縱”的建設基本成型，有砟軌道的使用逐漸增多。為了使線路直線段順直、曲線段圓順，列車行駛時具有較高的安全性與乘坐舒適性，在軌道鋪設后必須對軌道平順性進行調整，以符合國家的鐵路規范和各項驗收標準。有砟軌道鐵路的上砟整道施工通常是采用導線控制網與全站儀配合進行靜態軌道測量，由大型機械化養路設備(簡稱大機養)進行撥道調整。
上砟整道施工通常以IOkm—個區間為單元進行整道作業，分為兩個階段進行實施，一是初步達標階段，二是精整階段。在每次整道作業之前，必須提前將線路鋼軌從整里程DK0+000開始5米一個點的平面調整量及高程起道量的靜態測量數據提交給整道作業部門進行現場實地標注，整道后必須重新進行軌道靜態測量，重復進行直至達到國家鐵路驗收標準的要求。大機養整道有著效率高的優點，但是重復整道次數頻繁，從而使得測量定位工作任務繁重。
傳統的上昨整道測量定位方法在配合大機養作業時效率較低,主要有
一、外移樁法外移樁法是在線路外側進行等距離的放點，然后使用垂球配合鋼尺逐點拉出軌道的平面調整量。使用該測量方法的缺點是前期放樣任務較重，步驟繁瑣且由于中轉過程較多精度低，現場效率不高。優點是外移樁放好后可以重復使用。
二、穿線偏角法穿線偏角法是將鋼尺固定在較直的木棍上，鋼尺O刻度一端緊貼在鋼軌內側邊緣處，直線段將全站儀安置在中線上運用穿線法在尺上讀數獲得軌道平面調整量，曲線段將全站儀安置在ZH、HY、QZ、YH、HZ等主點中線上運用偏角法在尺上讀數獲得軌道平面調整量。采用此種方法速度稍快，精度有所保證，但需要根據整道情況重復測量。
采用以上任一種平面測量定位方法，高程都需要采用水準儀進行內軌頂面的測量。
由此可見，采用傳統方法進行上砟整道測量定位，由于步驟較多使測量定位工作效率受到了制約。為保證最大限度的發揮大機養整道作業效率，降低測量工作勞動強度，上砟整道施工的現場整道測量急需一種高效、快捷便于現場實際操作的測量定位方法。發明內容
本發明提供一種有砟軌道工程上砟整道測量快速定位方法，滿足上砟整道施工對整道測量定位高效、快捷且便于現場實際操作的要求。
本發明的目的通過以下技術方案來實現一種有砟軌道工程上砟整道測量快速定位方法，其特征是
利用全站儀后方交會或方向定位設站后，對軌道小車上的棱鏡中心進行測量得到棱鏡中心三維坐標，通過軌道小車幾何參數換算出棱鏡中心位置與對應里程處的鋼軌中心位置；
采用PDA測量手簿連接全站儀實現實時通訊，實時將全站儀實測三維坐標數據傳輸到測量手簿上，通過測量軟件快速計算出所測位置與該里程位置的鋼軌中心的設計數據，計算并顯示出起道量、撥道量差值，指導大機養整道作業。
所述方法按如下步驟進行
(I)按規范要求進行有砟軌道線路CP III控制網的布設和測量；
(2)按標準鋼軌尺寸加工軌道小車，并對小車棱鏡中心高度進行標定；
(3)將線路設計參數錄入上砟整道測量軟件；
(4)對全站儀進行檢校，自由設站并與PDA測量手簿連接；
(5)將軌道小車安置在線路軌道內軌上，全站儀瞄準小車的棱鏡中心進行測量，全站儀設站離軌道小車第一測點距離< 80m，并且第一測點(即上站點最后一個測點)兩次軌道調整量數據偏差< 3mm ；
(6)根據兩次測量偏差值，設置補償距離進行線性補償平順；
(7)將測量數據實時傳送至PDA測量手簿，計算并顯示出該點位置的起道量、撥道量，進行數據匯總、軌道線形分析對比；
(8)沿線路每5m測一點，完成該測站測量定位，進入下一站測量；
(9)將軌道調整數據提交大機養整道作業。
所述全站儀離軌道小車棱鏡目標點的觀測距離應在兩個相鄰控制點以內，并在兩個相鄰CP III點間距的一半距離進行重疊點搭接測量。
與現有技術相比，本發明的特點和有益效果是
①本發明改變了傳統的上砟整道測量定位方式，利用全站儀后方交會或方向定位設站后，以對軌道小車上的棱鏡中心進行測量得到棱鏡中心三維坐標，以PDA測量手簿和測量軟件實現實時通訊和快速計算，應用于有砟鐵路的整道測量定位工作，具有顯著的創新特點，此方法可對平面和高程采用全站儀同時進行測量，減少了高程測量設備與部分測量人員，降低了施工成本。
②大大簡化了測量定位工作步驟，現場可實現即測、即算、即標、數據自動化計算、 自動化保存無需內業處理，提高了施工進度，減輕了測量工作的勞動強度，減少了測量誤差和人為出錯的機率，提升了工作效率，完全滿足上砟整道施工對整道測量定位高效、快捷且便于現場實際操作的要求，具有人員配備少，設備物資少，工效高的特點。


圖I是上砟整道快速測量定位工藝流程圖2是有砟軌道CP III控制點位布設示意圖3是CP III測設網形示意圖4是軌道靜態測量測設示意 圖5是測站搭接順接示意圖。
圖中標號分別表示1_路基段，2-有砟軌道，3-CP III控制樁，4-前一站觀測點， 5-線路內軌，6-后一站觀測點，7-重疊點，Kl-過渡起點里程，K2-過渡終點里程，Ml-起點距中，M2-終點距中。
具體實施方式
本發明提出的有砟軌道工程上砟整道測量快速定位方法，在現場實施時需要配套的硬件和軟件支持，其中硬件部分主要有軌道小車、全站儀、PDA測量手簿和數據連接線等。軌道小車是根據國家鐵路建設標準鋼軌的幾何尺寸，加工制作帶有棱鏡可以在鋼軌上行走的小車，它利用兩個滑輪的槽面和鋼軌的凸面讓滑輪和鋼軌精密貼合以消除測量誤差，可以在鐵路鋼軌上自由平穩的推動行走。棱鏡裝在軌道小車的方框支架上。
軟件部分為《上砟整道測量》軟件，它是一種可以通過全站儀數據通訊端口和全站儀連接，實現數據共享與線形計算的專用軟件。
本發明利用全站儀后方交會或方向定位設站后，對軌道小車上的棱鏡中心進行測量得到棱鏡中心三維坐標，通過軌道小車幾何參數換算出棱鏡中心位置與對應里程處的鋼軌中心位置；采用PDA測量手簿連接全站儀實現實時通訊，實時將全站儀實測三維坐標數據傳輸到測量手簿上，通過測量軟件快速計算出所測位置與該里程位置的鋼軌中心的設計數據，計算并顯示出起道量、撥道量差值，指導大機養整道作業?，F場可實現即測、即算、即標、數據自動化計算、自動化保存無需內業處理。
根據圖I所示上砟整道快速測量定位的工藝流程，主要包括以下步驟
(I)按規范要求進行有砟軌道線路CP III控制網的布設和測量；
(2)按標準鋼軌尺寸加工軌道小車，并對小車棱鏡中心高度進行標定；
(3)將線路設計參數錄入上砟整道測量軟件；
(4)對全站儀進行檢校，自由設站并與PDA測量手簿連接；
(5)將軌道小車安置在線路軌道內軌上，全站儀瞄準小車的棱鏡中心進行測量，要求全站儀設站離軌道小車第一測點距離< 80m，并且第一測點(B卩上站點最后一個測點)兩次軌道調整量數據偏差< 3mm ；
(6)根據兩次測量偏差值，設置補償距離進行線性補償平順；
(7)將測量數據實時傳送至PDA測量手簿，計算并顯示出該點位置的起道量、撥道量，進行數據匯總、軌道線形分析對比；
(8)沿線路每5m測一點，完成該測站測量定位，進入下一站測量；
(9)將軌道調整數據提交大機養整道作業。
下面結合附圖并通過一個實例對本發明作進一步的說明
按步驟(I )，在大機養整道施工前，有砟軌道施工單位按照規范要求建立有砟軌道 CPIII控制網如圖2所示，有砟軌道3的CPIII平面控制網采用導線測量，按150m 200m布設一點，CPIII控制點相鄰點間必須相互通視，沿線路交叉進行布設。其中路基段I的CPIII 控制樁3須埋設于接觸網桿基礎或拉線基礎上；橋梁段的CPIII控制樁須埋設在橋梁固定支座端擋砟墻頂中心；隧道段的CP III控制樁須埋設在電纜槽底或電纜槽頂。所有CP III控制樁3必須安全穩固，不受干擾，便于保存。
如圖3所示，CP III導線測量起閉于CPI或CPII控制點，采用附合單導線方式每 400m 800m聯測一次CPI或CPII控制點，每4km左右進行一次方向閉合。
有砟軌道CP III高程控制網按四等水準測量精度要求進行施測，起閉于三等水準基點。
有砟軌道CP III網測量精度應符合下列規范要求
有砟軌道CP III網平面精度要求
控制M 級別附合長度(km)邊長Cm)測距中誤差 (mm)測角中誤差 C η )相鄰點位坐標屮誤差(ram)導線全長相對W合幸 Ax.方位角閉合差限差 ( }對應導線等級CPIII150-2003451/20000:,_u V 1.1.—
有砟軌道CP III網高程測量技術要求
設計行車時速(km/h)測量等級相鄰點局差限差200四等±20 V L
按步驟(2)，進行軌道小車加工結合標準軌尺寸加工軌道小車，軌道小車加工后應檢查尺寸是否符合要求并對小車的棱鏡中心高度進行標定，加工尺寸誤差應滿足在O.5mm之內。檢查標定合格后使用。
按步驟(3)，將線路設計參數錄入上砟整道測量軟件上砟整道測量軟件是申請人專為有砟軌道在建鐵路大機養整道測量工作研發的測量輔助工具，該軟件可運行在任意一款Windows Mobile或Windows 2003操作系統的外業手薄或商務PDA上運行。上昨整道測量軟件通過全站儀232數據電纜線或藍牙與智能型或非智能型全站儀進行通訊連接實現操作全站儀與數據交換。通過原廠附帶的數據線和Microsoft Activesync軟件與電腦同步連接進行數據共享。
上砟整道測量軟件的功能主要包括
①可以通過藍牙或者數據線連接全站儀并控制全站儀功能。
②可以計算N條曲線加直線功能。
③可以計算線路參數內任意一點坐標高程功能。
④可以反算出線路任意一點實測坐標的里程與法線居中距離功能。
⑤可以記錄全站儀任意一點實測坐標高程，并計算出與設計值的差值進行自動輸出自動保存功能。
按步驟(4)，對全站儀進行檢校，自由設站并與PDA測量手簿連接在測量之前除了需要對全站儀進行鑒定外，還應該利用全站儀工具機載軟件進行各項指標檢校，檢校內容主要包括
①補償器縱橫向誤差。
②指標差。
③照準差/橫軸傾斜誤差。
④組合校準(i/c/a)。
⑤自動目標識別誤差(ATR)。
在線路上自由設站設站采用對中整平、后方交會(或方向定位)，將數據連接線接入全站儀的232接口，另一端接入PDA測量手簿數據接口，設置全站儀通訊參數里的“波特率”為9600。點擊PDA測量手簿“上砟整道測量軟件”，打開已經輸好參數的工程項目；點擊工具菜單欄，設置儀器連接，選擇全站儀型號，波特率為9600，完成后點擊測量手簿。反算選項卡，輸入軌道小車棱鏡高度(以實際軌道小車棱鏡中心到軌輪底面為準)，連接儀器，在偏移距常數框里輸入O. 7175準備進行測量。
按步驟(5)，將軌道小車安置在線路軌道的內軌上，將棱鏡插好并盡量對準儀器方向，全站儀瞄準小車的棱鏡中心進行測量。其中全站儀設站離軌道小車第一測點距離 (80m,并且第一測點(B卩上站點最后一個測點)兩次軌道調整量數據偏差< 3mm。
智能型全站儀可通過全站儀ATR功能自動進行目標對中測量，非智能型全站儀需要手工瞄準后，通過點擊軟件測量按鈕操作全站儀進行測量，測量后實測三維坐標將自動返回到測量手簿上，軟件首先會利用曲線計算公式計算出該坐標高程的實際里程與法線的垂距，續而軟件自動結合軌道小車及各項常數改正計算出實際的撥道量與起道量，記錄人員通知前視人員進行標注調整數據。軌道小車推向下一測量點。
如圖4所示，軌道小車棱鏡目標點的觀測距離須保證在控制點以內，最好以兩個相鄰CPIII點(如前一站觀測點4與后一站觀測點6)間距的一半距離進行重疊點7搭接測量。
按步驟(6)，根據兩次測量偏差值，設置補償距離進行線性補償平順搬站后由于測站誤差的影響會導致兩站的中線存在一個偏差，為了讓線形符合列車行車平順性要求， 所以必須根據規范軌向要求進行搬站搭接平順過渡，如圖5所示。過渡的方法是保持前一站最后一個測點的位置不變，通過一段距離以直線線性內插的方式平順的過渡到下一站的中線上。測站搬站后導致的偏差應滿足規范100米橫向誤差IOmm的要求后才能進行過渡， 否則應查明原因重新測量。過渡工作由軟件自動完成，只需反算選項卡的補償對話框里輸入過渡起點里程K1、過渡終點里程K2、起點距中Ml、終點距中M2即可。圖中箭頭指示出線路前進方向。
按步驟(7)、(8)、(9)，將測量數據實時傳送至PDA測量手簿，計算并顯示出該點位置的起道量、撥道量，進行數據匯總、軌道線形分析對比；沿線路每5m測一點，完成該測站測量定位，進入下一站測量；將軌道調整數據提交大機養整道作業。
外業測量完成后，測量數據會自動保存在軟件目錄下的文本文件“反算數據.TXT” 里，文本文件的保存格式為里程，實測距中距離，實測X坐標，實測Y坐標，實測Z坐標，左軌平面調整量(以線路方向區分，撥道量方向左負右正)，右軌平面調整量，左軌高程調整量 (起道為正，降道為負)，右軌高程調整量。將以上文件數據直接打印簽字后移交大機養部門即可。該文本數據也可導入表格進行線性分析。
權利要求
1.ー種有砟軌道工程上砟整道測量快速定位方法，其特征是 利用全站儀后方交會或方向定位設站后，對軌道小車上的棱鏡中心進行測量得到棱鏡中心三維坐標，通過軌道小車幾何參數換算出棱鏡中心位置與對應里程處的鋼軌中心位置； 采用PDA測量手簿連接全站儀實現實時通訊，實時將全站儀實測三維坐標數據傳輸到測量手薄上，通過測量軟件快速計算出所測位置與該里程位置的鋼軌中心的設計數據，計算并顯示出起道量、撥道量差值，指導大機養整道作業。
2.根據權利要求I所述的有砟軌道工程上砟整道測量快速定位方法，其特征是所述方法按如下步驟進行 Cl)按規范要求進行有砟軌道線路CP III控制網的布設和測量； (2)按標準鋼軌尺寸加工軌道小車，并對小車棱鏡中心高度進行標定； (3)將線路設計參數錄入上砟整道測量軟件； (4)對全站儀進行檢校，自由設站并與PDA測量手簿連接； (5)將軌道小車安置在線路軌道內軌上，全站儀瞄準小車的棱鏡中心進行測量，全站儀設站離軌道小車第一測點距離< 80m，并且第一測點兩次軌道調整量數據偏差< 3mm ； (6)根據兩次測量偏差值，設置補償距離進行線性補償平順； (7)將測量數據實時傳送至PDA測量手薄，計算并顯示出該點位置的起道量、撥道量，進行數據匯總、軌道線形分析對比； (8)沿線路每5m測一點，完成該測站測量定位，進入下一站測量； (9)將軌道調整數據提交大機養整道作業。
3.根據權利要求I或2所述的有砟軌道工程上砟整道測量快速定位方法，其特征是所述全站儀離軌道小車棱鏡目標點的觀測距離應在兩個相鄰控制點以內，并在兩個相鄰CP III點間距的一半距離進行重疊點搭接測量。
全文摘要
本發明是一種有砟軌道工程上砟整道測量快速定位方法，其特征是利用全站儀后方交會或方向定位設站后，對軌道小車上的棱鏡中心進行測量得到棱鏡中心三維坐標，通過軌道小車幾何參數換算出棱鏡中心位置與對應里程處的鋼軌中心位置，采用PDA測量手簿連接全站儀實現實時通訊，實時將全站儀實測三維坐標數據傳輸到測量手簿上，通過測量軟件快速計算出所測位置與該里程位置的鋼軌中心的設計數據，計算并顯示出起道量、撥道量差值，指導大機養整道作業。本方法改變了傳統的測量定位方式、減少了繁瑣的測量步驟和測量誤差，現場測量定位方便快捷，提高測量效率，具有人員配備少，設備物資少，工效高的特點。
文檔編號E01B35/00GK102979018SQ20121049275
公開日2013年3月20日 申請日期2012年11月28日 優先權日2012年11月28日
發明者羅朱檸, 張軍林, 劉育鴻, 姜攀 申請人:中鐵十一局集團有限公司, 中鐵十一局集團第三工程有限公司