基于全站仪的高精度港区堆场轨道检测方法
阅读说明：本技术 基于全站仪的高精度港区堆场轨道检测方法 (High-precision port area yard track detection method based on total station ) 是由 王封闯 庄国强 姚连璧 林本胜 顾兴刚 倪馨宇 倪寅 于 2020-12-31 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种基于全站仪的高精度港区堆场轨道检测方法,其包括：以相邻轨道之间的相邻的两铁轨为一个检测单元,采用全站仪直接测得一个检测单元中相邻的两铁轨的绝对的平面位置和高程；获得一条轨道的两条铁轨的绝对平面位置和高程,并据此确每条铁轨各点的变形量。本发明提供的方案通过全站仪直接观测获得绝对的平面位置和高程,据此精准判断位移和沉降情况,以较小的工作量完成位移观测,不影响堆场的集装箱的堆放,且能够提高箱区轨道检测的精度和效率。(The invention discloses a high-precision port area yard track detection method based on a total station, which comprises the following steps: taking two adjacent rails between the adjacent tracks as a detection unit, and directly measuring the absolute plane positions and elevations of the two adjacent rails in the detection unit by adopting a total station; the absolute plane position and elevation of two rails of a track are obtained, and the deformation of each point of each rail is determined according to the absolute plane position and elevation. According to the scheme provided by the invention, the absolute plane position and elevation are obtained through direct observation by the total station, so that the displacement and settlement conditions are accurately judged, the displacement observation is completed with smaller workload, the stacking of containers in a storage yard is not influenced, and the precision and the efficiency of box area track detection can be improved.)
技术领域
本发明涉及轨道检测技术，具体涉及港区堆场轨道检测技术。
背景技术
在大型港区集装箱调运过程中会采用大量的基于轨道的吊装设备-轨道吊，轨道的平顺性涉及到安全生产和工作效率，必须保证一定的平顺性条件。
例如，中国上海的洋山港区四期自动化码头地处洋山深水港区最西侧，为目前全球最大的集装箱自动化码头。待测堆场轨道位于自动化箱区内，自东向西沿纬三路依次排列，共61处。单条轨道长约200米到440米左右，每年维修一次，进行调轨及测量，一条轨道维护耗时约十天。观测作业中，每条轨道20米布设一个沉降点，从2019年沉降观测的结果看半年左右轨道最大差异沉降点为13#箱区420里程处，最大差异沉降达到-90.4mm。
港区用于吊装集装箱的轨道的特点是轨距较宽、线型轨道线型基本都是平直设计。由于中间经常堆积大量的集装箱，因此直接测量两个轨道间的轨距和高低等是非常困难的，常常需要在轨道维护期间把所有的集装箱清理出去才能够开始维护工作。
如此则会对轨道吊的正常运营带来影响，每年都需要借助一定测绘设备及方法，高精度、周期性地对轨道进行测量以确定其变化良，在检修过程中也需要监测维护后的轨道状态，以分析和评价轨道的安全状态，全面掌握其性态特征及工作状态，保证轨道吊的安全运营。
目前对轨道测区的监测包括沉降监测和轨距测量。
1、沉降观测：
观测仪器：水准仪
观测方法：按照三等水准测量方法，在待测区域附近选定基准点，沿轨道方向每隔二十米在轨道上布设观测点(一对在轨道上、一对在轨道点对应的基础上)，进行往返测量。
不足之处：其一，测量站点多，工程量较大，且精度易受操作熟练度影响；其二，与点位的平面位移观测相分离。
2、轨距测量
观测仪器：钢尺
观测方法：在轨道上各待测点处安置钢尺，量测轨距，与设计数据相比对，计算变形量并进行变形趋势分析。
不足之处：利用钢尺量距仅能反映轨道宽度的变化，确定两侧轨道对应点位的相对位置，而无法测定单侧轨道的平面位移，无法与设计位置相比对，分析具体位移情况。另外采用钢尺或者其他直接测距的设备均需要通视条件，这就要求监测和维护的过程中需要把集装箱堆场清理干净，这样需要很大的工作量，同时也具有一定的难度，对港区的运营带来不利的影响。
发明内容
针对现有大型港区轨道监测技术所存在的问题，本发明的目的在于提供一种基于全站仪的高精度港区堆场轨道检测方法，有效提高箱区轨道检测的精度和效率。
为了达到上述目的，本发明提供的基于全站仪的高精度港区堆场轨道检测方法，包括：
以相邻轨道之间的相邻的两铁轨为一个检测单元，采用全站仪直接测得一个检测单元中相邻的两铁轨的绝对的平面位置和高程；
获得一条轨道的两条铁轨的绝对平面位置和高程，并据此确每条铁轨各点的变形量。
进一步的，所述检测方法对单个检测单元进行监测时，在一个检测单元中相邻铁轨的中间，沿轨道方向的中点处设置一个观测墩并架设全站仪；同时在每条铁轨上分别每间隔一定距离设定一个待测点，并于待测点处安置棱镜，测量各点坐标和高程。
进一步的，所述铁轨上的待测点通过轨道测量工件安置棱镜。
进一步的，所述检测方法进行铁轨高程测量时，通过建立误差改正模型对测到的数据进行误差修正。
本发明提供的方案通过全站仪直接观测获得绝对的平面位置和高程，据此精准判断位移和沉降情况，以较小的工作量完成位移观测，不影响堆场的集装箱的堆放，且能够提高箱区轨道检测的精度和效率。
附图说明
以下结合附图和
具体实施方式
来进一步说明本发明。
图1为本发明实例中全站仪观测示意图。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。
针对现有港区用于吊装集装箱轨道的轨道测区进行监测的技术所存在的问题，本方案创新的以相邻轨道之间的相邻的两铁轨为一个检测单元，采用全站仪直接测得一个检测单元中相邻的两铁轨的绝对的平面位置和高程；由此获得一条轨道的两条铁轨的绝对平面位置和高程，最后据此确每条铁轨各点的变形量。
具体的，由于集装箱轨道轨距较宽且常堆有货物，通视困难，但两相邻轨道的左右邻边间距较小，但是中间没有任何障碍物，因此通视条件良好。
如图1所示，在港区用于吊装集装箱轨道中，以相邻轨道之间的相邻的两铁轨为一个检测单元。
如图所示，图示方案中显示三个吊装集装箱轨道：第一轨道10、第二轨道20以及第三轨道30；这三个轨道依次相邻分布设置。这里只是作为举例，并不先于此。
第一轨道10由两个铁轨11和铁轨12配合构成，第二轨道20由两个铁轨21和铁轨22配合构成，第三轨道30由两个铁轨31和铁轨32配合构成。
在此基础上，第一轨道10与第二轨道20相邻，其中第一轨道10中的铁轨12与第二轨道20中的铁轨21相邻。故以第一轨道10中的铁轨12与第二轨道20中的铁轨21作为一个检测单元40。
同理，以第二轨道20中的铁轨22与第三轨道30中的铁轨31作为一个检测单元40。
在确定好相应的检测单元后，针对每个检测单元，在两相邻铁轨的中间，沿轨道方向的中点处建设一个观测墩41，以用于架设全站仪。
以图1所示方案为例，在构成检测单元40的铁轨12与铁轨21之间沿轨道方向的中点处设置观测墩41。
在构成检测单元40的铁轨22与铁轨31之间沿轨道方向的中点处设置观测墩41。
同时，针对每个检测单元，在每个铁轨上每间隔一定距离设置一个待测点，并于待测点处安置棱镜，由此测量各点坐标和高程。
以图1所示方案为例，在构成检测单元40的铁轨12与铁轨21上分别每间隔一定距离设置一个待测点。即在铁轨12等间距的设置待测点12a，同时在铁轨21上等间距的设置待测点21a，这里的铁轨12上的待测点12a与铁轨21上的待测点21a一一对应。
在构成检测单元40的铁轨22与铁轨31上分别每间隔一定距离设置一个待测点。即在铁轨22等间距的设置待测点22a，同时在铁轨31上等间距的设置待测点31a，这里的铁轨22上的待测点22a与铁轨31上的待测点31a一一对应。
如此设置，获取设置的观测墩41的坐标和高程，设置在观测墩41上的全站仪基于观测墩坐标和高程，与位于其两侧待测铁轨上的棱镜配合，由此测得两侧待测铁轨上每个待测点的坐标和高程。
以图1所示方案为例，在构成检测单元40的铁轨12与铁轨21中的观测墩41上架设全站仪。同时在铁轨12上的待测点12a安置棱镜，在铁轨21上的待测点21a安置棱镜。
此时，测量获得观测墩41的坐标和高程，并进一步通过观测墩41上架设的全站仪与铁轨12上的待测点12a处的棱镜配合，可测量的到铁轨12上每个待测点12a的坐标和高程。通过观测墩41上架设的全站仪与铁轨21上的待测点21a处的棱镜配合，可测量的到铁轨21上每个待测点21a的坐标和高程。
据此设置棱镜时，可在每条待测铁轨上设置一个可移动的棱镜，这样进行测试时，需要将棱镜移动到铁轨上相应的待测点即可。
这样通过一个观测墩上可以完成相邻轨道各一条铁轨的监测工作，另外一个轨道通过相邻的另一个观测墩来完成观测。如通过全站仪绝对的坐标和高程的测量来保证一条轨道2根铁轨的相对关系。
这样基于测得的每条铁轨的坐标和高程，继而可以确定轨道的绝对平面位置和高程。在此基础上进一步设计数据或者前期观测进行比对，确定各点的变形量，精准判断位移和沉降情况，以较小的工作量完成轨道位移观测。
本方案采用全站仪直接观测获得绝对的平面位置和高程，通过2个观测墩的绝对测量结果来保障一个轨道吊的两个铁轨的相对关系，提高箱区轨道检测的精度和效率。
在具体实现时，本实例中利用全站仪测量一根铁轨的中心平面位置和高程时，采用可移动的轨道测量工件来配合棱镜设置。该轨道测量工件可移动的安置在相应的待测铁轨上，其上用于安置棱镜。对于该轨道测量工件能够保证其上棱镜的中心位于轨道中心上，对于其具体构成可根据实际需求而定。
这里的棱镜可采用徕卡的棱镜或其他类型的棱镜。
如此，通过轨道测量工件在铁轨上的移动，以带动棱镜移动至相应的待测点，并保证棱镜的中心位于轨道中心上，从而保证整个测量的可靠性。
本方案中针对高程测量采用测距三角高程测量的方式进行。为了进一步提高测量精度，本方案进一步引入误差改正模型对测量数据进行修正，以保证测量精度。
具体的，由于大气折光差的计算公式为式中D为水平距离，R为地球半径(6374km)，k为大气垂直折光系数。作为举例说明，在测区高程测量中，如待测轨道区域长约四百米，若在中点处架设仪器，则最长测距达二百米左右，若不添加大气折光差等改正项，误差可达厘米级，对测量精度有较大影响。
对此，针对现场观测条件的独特性，本方案在正式观测前进一步建立误差改正模型。如基于距离和大气折光为参数进行一元线性函数拟合，建立误差方程求取最合适的线性函数的系数，实现系统误差修正。
如此，其优选实现方案流程如下。
(1)在常规天气条件下，采用水准测量的方法精确观测一系列点的高程数据，作为理论值，同时利用测距三角高程也得到一套数据作为观测值，由此计算观测值与理论值之差m。
(2)利用上述高差实际值理论值之差m及对应测距d0，通过线性拟合，建立测区内系统误差改正模型f(d)＝a0+a1d0。
(3)进行正式作业，观测得各待测点高程h。
(4)以各待测点与测站间的距离d为参数，根据上述一元函数模型，求得高程理论值和实际值之差f(d)，对原始数据进行线性修正，得到较为精确的测量值h+f(d)。
由上可知，本方案采用全站仪直接观测获得绝对的平面位置和高程，通过2个观测墩的绝对测量结果来保障一个轨道吊的两个铁轨的相对关系，既不影响堆场的集装箱的堆放，而且还能够提高箱区轨道检测的精度和效率。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
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