本發(fā)明涉及高速鐵路軌道控制網(wǎng)(平面網(wǎng))數(shù)據(jù)處理
技術(shù)領(lǐng)域：
，具體涉及一種CPIII控制網(wǎng)平差方法。
背景技術(shù)：
：為了保證列車在高速行駛條件下的安全性和舒適性，高速鐵路軌道必須具有非常高的平順性和精確的幾何線形參數(shù)，包括軌道內(nèi)部幾何尺寸(軌道自身的幾何尺寸)與外部幾何尺寸(軌道與周圍建筑物的相對尺寸)，如軌距、軌向、高低、水平、扭曲、與設計高程及中線的偏差等。其中，內(nèi)部幾何尺寸用于描述軌道的幾何形狀，主要影響軌道的平順性；外部幾何尺寸用于描述軌道在空間中的位置和標高。如何確保高速鐵路軌道內(nèi)、外部結(jié)構(gòu)的合理性和穩(wěn)定性是高速鐵路建設和維護面臨的關(guān)鍵問題之一。無砟軌道的內(nèi)、外部幾何尺寸的測量稱為軌道的相對定位和絕對定位測量。目前，無砟軌道的相對定位通常是利用絕對定位方式來實現(xiàn)的，因此絕對定位精度必須滿足相對定位的精度要求，即軌道平順性的要求。由于CPIII控制網(wǎng)(本文特指CPIII平面網(wǎng))是軌道絕對定位的控制基準，因此軌道的相對定位對絕對定位的要求就轉(zhuǎn)嫁成了對CPIII控制網(wǎng)相對精度的要求。由此可見，CPIII控制網(wǎng)必須同時滿足軌道絕對定位和相對定位的精度要求。由于高速鐵路對軌道內(nèi)部幾何尺寸的要求嚴于對軌道外部幾何尺寸的要求，因此作者認為，CPIII控制網(wǎng)應優(yōu)先滿足軌道內(nèi)部幾何尺寸的要求。德國采用“控制網(wǎng)置平”方法得到的PS4(相當于我國的CPIII)便優(yōu)先滿足了軌道內(nèi)部幾何尺寸的要求，同時兼顧了軌道外部幾何尺寸的要求。而我國采用約束平差方法得到的CPIII控制網(wǎng)則側(cè)重于滿足軌道外部幾何尺寸的精度要求，并未優(yōu)先考慮軌道內(nèi)部幾何尺寸的精度要求。然而，由于德國對“控制網(wǎng)置平”方法采取了保密措施，國內(nèi)僅有極少數(shù)人聲稱掌握了其平差原理，導致該算法未能在我國普及。目前，我國仍普遍采用約束平差方法進行CPIII控制網(wǎng)處理。約束平差法的實質(zhì)是將CPIII控制網(wǎng)強制拉入到線路設計坐標系中，這不僅會造成CPIII控制網(wǎng)的扭曲，還會造成控制網(wǎng)的尺度與現(xiàn)場實際尺度不符。由此可見，約束平差法得到的CPIII控制網(wǎng)不利于對軌道內(nèi)部幾何尺寸的評價與調(diào)整，是一種側(cè)重于滿足軌道外部幾何尺寸要求的方法。因此，有必要研究能夠優(yōu)先滿足軌道內(nèi)部幾何尺寸要求(且能夠滿足軌道外部幾何尺寸的要求)的CPIII控制網(wǎng)平差新方法，形成具有我國自主知識產(chǎn)權(quán)的CPIII控制網(wǎng)平差新方法，這對高速鐵路建設具有重要的應用價值，對進一步提高我國高鐵精密工程測量技術(shù)水平具有重要意義。技術(shù)實現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的是提供一種CPIII控制網(wǎng)平差方法，能夠優(yōu)先滿足軌道內(nèi)部幾何尺寸要求，同時又能夠滿足軌道外部幾何尺寸要求，克服約束平差用于CPIII控制網(wǎng)數(shù)據(jù)處理的缺陷。本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為：CPIII控制網(wǎng)平差方法，其特征在于：包括以下步驟：第一步：開列誤差方程：參與平差的CPIII控制網(wǎng)觀測數(shù)據(jù)分為方向觀測值和水平距離觀測值兩種；方向觀測值的誤差方程為：vki=-dzk+akix^k+bkiy^k+aikx^i+biky^i-lki---(0)]]>式中，式中，vki是方向觀測值的改正數(shù)；分別為k、i點的近似坐標值；分別為k、i點的坐標改正數(shù)；ski是由點k和i的近似坐標計算的水平距離近似值；Lki為點k至點i的方向觀測值；為點k和i的近似坐標計算的近似方位角；為定向角未知數(shù)的近似值；dzk為定向角近似值的改正數(shù)；ρ″≈206264.8；水平距離觀測值的誤差方程為：vski=ckix^k+dkiy^k+cikx^i+diky^i-lski---(2)]]>式中，式中，vski是水平距離觀測值的改正數(shù)；分別為k、i點的近似坐標值；分別為k、i點的坐標改正數(shù)；ski為點k和i的水平距離觀測值；為由兩點近似坐標計算的水平距離近似值；方向觀測值和水平距離觀測值的誤差方程由以下矩陣形式表示：v=Ax^-l---(3)]]>式中，v為方向觀測值和水平距離觀測值的改正數(shù)陣；A為誤差方程系數(shù)陣；l為誤差方程的常數(shù)項陣；第二步：建立平差模型：自由尺度擬穩(wěn)平差法的平差模型由誤差方程、附加條件方程和平差準則構(gòu)成，如下：v=Ax^-lGTx^=0vTPv=min---(4)]]>式中，v為觀測值殘差陣；A為誤差方程系數(shù)陣；為待估參數(shù)陣；l為誤差方程常數(shù)項陣；GT為附加條件陣；P為觀測值權(quán)陣；其中：式中，δxi、δyi為網(wǎng)點重心化后的坐標值；m1為網(wǎng)中聯(lián)測的已知點的個數(shù)，包括CPI和CPII點；m2為網(wǎng)中待定點的個數(shù)，包括CPIII點和全站儀自由測站點；s為全區(qū)定向角未知數(shù)的個數(shù)；附加條件陣(5)中，第一行與已知點x坐標相對應位置的值為1，其余均為0；第二行與已知點y坐標相對應位置的值為1，其余均為0；第三行與待定點相對應位置的值均為0；第三步：模型解算：根據(jù)第二步的模型，可得出參數(shù)估值為：dX＝(ATPA+GGT)-1ATPL(6)參數(shù)估值的協(xié)因數(shù)陣為：QX＝(N+GGT)-1N(N+GGT)-1(7)式中，N＝ATPA；驗后單位權(quán)中誤差為：δ^0=vTPvn-(2t-d)-s---(8)]]>式中，n為總觀測值數(shù)；t＝m1+m2為全網(wǎng)總點數(shù)；d＝3為必要起算基準數(shù)，包括2個位置基準和1個方位基準。平差后得到已知點的新坐標，新坐標與原坐標之差控制在5mm的范圍內(nèi)，否則剔除該已知點或?qū)⒃撘阎c視為待定點參與平差。本發(fā)明具有以下優(yōu)點：1、該平差方法不受原始數(shù)據(jù)誤差的影響，保留了CPIII控制網(wǎng)的原始測量精度和原始尺度；2、該平差方法采用了擬合的思想，未將CPIII控制網(wǎng)強制拉入到高斯投影面中，從而使高精度的CPIII控制網(wǎng)不會受到扭曲，有利于軌道內(nèi)部幾何尺寸的評價與調(diào)整；3、該平差方法提供的平差基準不含尺度基準，其實質(zhì)是，平差時，以外業(yè)采集的水平距離作為尺度基準。而外業(yè)采集的水平距離所在高程面與該處的軌道高程面近似相同，故能夠近似最佳的滿足軌道內(nèi)部幾何尺寸的要求，即優(yōu)先滿了軌道內(nèi)部幾何尺寸的要求；4、該平差方法通過位置基準和方位基準將CPIII控制網(wǎng)納入到了線路設計坐標系中，使CPIII控制網(wǎng)能夠滿足高速鐵路“三網(wǎng)合一”的要求，從而也能夠滿足軌道外部幾何尺寸的要求。具體實施方式下面結(jié)合具體實施方式對本發(fā)明進行詳細的說明。本發(fā)明涉及的CPIII控制網(wǎng)平差方法，由以下步驟實現(xiàn)：第一步：開列誤差方程參與平差的CPIII控制網(wǎng)(平面網(wǎng))觀測數(shù)據(jù)可分為方向觀測值和水平距離觀測值兩種。方向觀測值的誤差方程為：vki=-dzk+akix^k+bkiy^k+aikx^i+biky^i-lki---(0)]]>式中，式中，vki是方向觀測值的改正數(shù)；分別為k、i點的近似坐標值；分別為k、i點的坐標改正數(shù)；ski是由點k和i的近似坐標計算的水平距離近似值；Lki為點k至點i的方向觀測值；為點k和i的近似坐標計算的近似方位角；為定向角未知數(shù)的近似值；dzk為定向角近似值的改正數(shù)；ρ″≈206264.8。水平距離觀測值的誤差方程為：vski=ckix^k+dkiy^k+cikx^i+diky^i-lski---(10)]]>式中，式中，vski是水平距離觀測值的改正數(shù)；分別為k、i點的近似坐標值；分別為k、i點的坐標改正數(shù)；ski為點k和i的水平距離觀測值；為由兩點近似坐標計算的水平距離近似值。方向觀測值和水平距離觀測值的誤差方程可由以下矩陣形式表示：v=Ax^-l---(11)]]>式中，v為方向觀測值和水平距離觀測值的改正數(shù)陣；A為誤差方程系數(shù)陣；l為誤差方程的常數(shù)項陣。第二步：建立平差模型自由尺度擬穩(wěn)平差法的平差模型由誤差方程、附加條件方程(也稱基準方程)和平差準則構(gòu)成，如下：v=Ax^-lGTx^=0vTPv=min---(12)]]>式中，v為觀測值殘差陣；A為誤差方程系數(shù)陣；為待估參數(shù)陣；l為誤差方程常數(shù)項陣；GT為附加條件陣；P為觀測值權(quán)陣。其中式中，δxi、δyi為網(wǎng)點重心化后的坐標值；m1為網(wǎng)中聯(lián)測的已知點(包括CPI和CPII點)的個數(shù)；m2為網(wǎng)中待定點(包括CPIII點和全站儀自由測站點)的個數(shù)；s為全區(qū)定向角未知數(shù)的個數(shù)。上述附加條件矩陣(5)中，第一行與已知點x坐標相對應位置的值為1，其余均為0；第二行與已知點y坐標相對應位置的值為1，其余均為0；第三行與待定點相對應位置的值均為0。第三步：模型解算根據(jù)上述模型，可得出參數(shù)(控制點近似坐標的改正數(shù))估值為：dX＝(ATPA+GGT)-1ATPL(14)參數(shù)估值的協(xié)因數(shù)陣為：QX＝(N+GGT)-1N(N+GGT)-1(15)式中，N＝ATPA。驗后單位權(quán)中誤差為：δ^0=vTPvn-(2t-d)-s---(16)]]>式中，n為總觀測值數(shù)；t＝m1+m2為全網(wǎng)總點數(shù)；d＝3為必要起算基準數(shù)(包括2個位置基準和1個方位基準)。本發(fā)明涉及的CPIII控制網(wǎng)平差方法實施時需注意以下幾點：1、不需要對全站儀原始觀測數(shù)據(jù)做兩化改正處理；2、平差后會得到已知點的新坐標，新坐標與原坐標之差建議控制在5mm的范圍內(nèi)，否則應剔除該已知點或?qū)⒃撘阎c視為待定點參與平差；3、當已知點的新坐標與原坐標之差普遍偏大時，應分析已知點的穩(wěn)定性，不得采用變動的或不兼容的已知點坐標參與平差，否則將難以滿足軌道外部幾何尺寸的要求。建議將已知點新坐標與原坐標的較差作為控制指標來評價CPIII控制網(wǎng)的絕對精度。4、由于相鄰點的相對中誤差與方位基準有關(guān)，當CPIII控制網(wǎng)采用該平差方法時，不應采用該指標來評價CPIII控制網(wǎng)的相對精度。建議采用距離中誤差和角度中誤差來評價CPIII控制網(wǎng)的相對精度。實例驗證及精度分析：本發(fā)明收集國內(nèi)某高鐵一段長約5km的CPIII控制網(wǎng)的平面觀測數(shù)據(jù)，驗證該平差方法的可行性。利用該平差方法對進行處理，所得主要精度信息統(tǒng)計情況如下表：表1該CPIII網(wǎng)主要精度信息統(tǒng)計表由上表1可知，利用自由尺度擬穩(wěn)平差方法得到的CPIII控制網(wǎng)總體精度良好，其中距離觀測中誤差和方向觀測中誤差兩項精度指標均遠小于《高速鐵路工程測量規(guī)范》中的要求；相鄰點的相對點位中誤差的最大值為0.6mm，滿足規(guī)范中限差為1mm的要求。本發(fā)明的內(nèi)容不限于實施例所列舉，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員通過閱讀本發(fā)明說明書而對本發(fā)明技術(shù)方案采取的任何等效的變換，均為本發(fā)明的權(quán)利要求所涵蓋。當前第1頁1 2 3