阅读说明：本技术 基于轨道几何状态测量仪的轨道测量数据整体平差方法 (Track measurement data integral adjustment method based on track geometric state measuring instrument ) 是由 邓川 武瑞宏 徐小左 周东卫 于 2020-06-23 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种基于轨道几何状态测量仪的轨道测量数据整体平差方法,所述方法将全站仪自由设站和轨道几何状态测量仪棱镜的观测数据进行整体平差处理,解决轨道测量数据按现有单测站独立平差处理所导致的相邻测站间形成转角或突变的问题,削弱自由设站误差对轨道分站测量的影响,提高相邻测站间的相对精度,实现轨道几何状态的精确测量。(The invention relates to a track measurement data integral adjustment method based on a track geometric state measuring instrument, which carries out integral adjustment processing on observation data of a total station free station and a track geometric state measuring instrument prism, solves the problem that the track measurement data forms a corner or a sudden change between adjacent measuring stations due to the independent adjustment processing of the existing single measuring station, weakens the influence of the free station setting error on the track substation measurement, improves the relative precision between the adjacent measuring stations, and realizes the accurate measurement of the track geometric state.)

基于轨道几何状态测量仪的轨道测量数据整体平差方法

技术领域

本发明属于轨道测量技术领域，具体涉及一种基于轨道几何状态测量仪的轨道测量数据整体平差方法。

背景技术

轨道准确的几何尺寸是保证列车安全运行的基本条件，理论研究和实践分析表明，只有在高平顺的轨道上才能实现高速行车。轨道高平顺性状态的建立与保持，关键在于轨道几何状态的高效精准测量。

目前，轨道的几何状态测量通常采用全站仪自由设站方式配合轨道几何状态测量仪进行。该方法是将全站仪架设于轨道中线附近，利用沿线已布设的轨道控制网进行自由设站，获取设站点的三维坐标，待设站精度合格后，全站仪再通过测量安装于轨道几何状态测量仪上的棱镜，获取棱镜坐标，并结合线路设计资料和轨道几何状态测量仪的结构参数，以此获取轨道的几何状态。

由于全站仪每次设站观测的距离有限，轨道的几何状态测量必需采用分站测量方法。虽然全站仪具有测距、测角的高精度性,各站内测量的相对精度较高，但由于每站所观测的轨道控制点不尽相同，以致每站的自由设站精度也不尽相同，而轨道的几何状态测量主要是基于全站仪自由设站后的极坐标测量，则自由设站误差势必造成测站与测站之间形成转角或突变，影响轨道的平顺性判断。

因此，如何削弱自由设站误差对轨道分站测量的影响，以提高相邻测站间的相对精度，实现轨道几何状态的精确测量，对轨道高平顺性状态的建立与保持具有重要意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于轨道几何状态测量仪的轨道测量数据整体平差方法，解决轨道测量数据按现有单测站独立平差处理所导致的相邻测站间形成转角或突变的问题，削弱自由设站误差对轨道分站测量的影响，提高相邻测站间的相对精度，实现轨道几何状态的精确测量。

本发明所采用的技术方案为：

基于轨道几何状态测量仪的轨道测量数据整体平差方法，其特征在于：

所述方法将全站仪自由设站和轨道几何状态测量仪棱镜的观测数据进行整体平差处理。

所述方法具体包括以下步骤：

步骤一：对轨道测量观测数据按观测技术要求进行检核，确保数据观测质量；

步骤二：观测数据检核合格后，生成平差文件；

步骤三：利用已知的轨道控制点坐标及全站仪自由设站观测值，依次解算每一设站坐标；

步骤四：进行自由设站精度和轨道控制点坐标不符值检查，若轨道控制点坐标X、Y、Z不符值大于限值，则该轨道控制点不参与自由设站平差计算，并标记为待定点，重复步骤三至步骤四，直至轨道控制点坐标X、Y、Z不符值均小于限值为止；

步骤五：以轨道测量数据的所有水平方向、斜距和天顶距为观测值，以所有自由设站坐标、定向角、棱镜坐标以及待定的轨道控制点坐标为未知参数，以其余轨道控制点为已知点，开列误差方程；

步骤六：按经验定权方法，确定各类观测值的初始权值P；

步骤七：按最小二乘原理V^TPV＝min，可得未知参数的改正数：

步骤八：对未知参数的改正数大小进行判断，若未知参数的改正数大于限值，则修正未知参数的近似值，重复步骤五至步骤八，直至未知参数的改正数均小于限值为止；

步骤九：采用赫尔默特方差分量估计方法反复调整各类观测值间的权比关系，利用最终的权阵P计算出未知参数的改正数，进而得到未知参数的最或然值。

步骤五中：

水平方向观测值的误差方程为：

式中：

式中：L_jk为水平方向观测值；为水平方向观测值的改正数；

分别为j、k点的近似坐标值；

分别为j、k点的坐标改正数；为水平距离近似值；为方位角近似值；为定向角近似值；

为定向角改正数；n为每站水平方向的观测个数；ρ″＝206265。

步骤五中：

斜距观测值的误差方程为：

式中：

式中：S_jk为斜距观测值；为斜距观测值的改正数； 分别为j、k点的近似坐标值；

分别为j、k点的坐标改正数；

为斜距近似值。

步骤五中：

天顶距观测值的误差方程为：

式中：

式中：A_jk为天顶距观测值；为天顶距观测值的改正数；

分别为j、k点的近似坐标值； 分别为j、k点的坐标改正数；为斜距近似值；

为水平距离近似值；为天顶距近似值；ρ″＝206265。

步骤五中：

误差方程的矩阵形式为：

式中：V为观测值残差阵；B为误差方程系数阵；

为未知参数阵；l为常数项阵。

本发明具有以下优点：

1、本发明所述的基于轨道几何状态测量仪的轨道测量数据整体平差方法理论严密、过程简单，易于程序实现，为轨道测量的数据处理提供了一种切实可行的新方法。

2、本发明所述的基于轨道几何状态测量仪的轨道测量数据整体平差方法解决了自由设站控制基准不一致的问题，削弱了自由设站误差对轨道分站测量的影响，提高了相邻测站间的相对精度，实现了轨道几何状态的精确测量。

3、本发明所述的基于轨道几何状态测量仪的轨道测量数据整体平差方法克服了轨道几何状态外业测量对于轨道控制网成果的依赖，实现了在没有轨道控制网成果的情况下，可以优先开展轨道几何状态外业测量的作业模式。

4、本发明所述的基于轨道几何状态测量仪的轨道测量数据整体平差方法提供了一种轨道控制网稳定性判断和成果更新的新方法，避免了不稳定的轨道控制点参与平差计算，实现了轨道控制网成果的同精度内插更新。

5、本发明所述的基于轨道几何状态测量仪的轨道测量数据整体平差方法提供了一种轨道控制网与轨道几何状态一体化测量的新方法，减少了作业工序，节约了作业时间，提高了测量效率。

附图说明

图1为本发明所述的基于轨道几何状态测量仪的轨道测量数据整体平差方法的流程图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明进行详细的说明。

本发明所述的基于轨道几何状态测量仪的轨道测量数据整体平差方法是将全站仪自由设站和轨道几何状态测量仪棱镜的观测数据进行整体平差处理，具体实施方式包括以下步骤：

步骤一：对所述的轨道测量观测数据按观测技术要求进行检核，确保数据观测质量。

步骤二：观测数据检核合格后，生成平差文件。

步骤三：利用已知的轨道控制点坐标及全站仪自由设站观测值，依次解算每一设站坐标。

步骤四：进行自由设站精度和轨道控制点坐标不符值检查，若轨道控制点坐标X、Y、Z不符值大于限值，则该轨道控制点不应参与自由设站平差计算，并标记为待定点，重复步骤三至步骤四，直至轨道控制点坐标X、Y、Z不符值均小于限值为止。

步骤五：以所述的轨道测量数据的所有水平方向、斜距和天顶距为观测值，以所有自由设站坐标、定向角、棱镜坐标以及待定的轨道控制点坐标为未知参数，以其余轨道控制点为已知点，开列误差方程。

水平方向观测值的误差方程为：

式中：

式中：L_jk为水平方向观测值；

为水平方向观测值的改正数；

分别为j、k点的近似坐标值；分别为j、k点的坐标改正数；为水平距离近似值；

为方位角近似值；为定向角近似值；为定向角改正数；n为每站水平方向的观测个数；ρ″＝206265。

斜距观测值的误差方程为：

式中：

式中：S_jk为斜距观测值；为斜距观测值的改正数； 分别为j、k点的近似坐标值； 分别为j、k点的坐标改正数；为斜距近似值。

天顶距观测值的误差方程为：

式中：

式中：A_jk为天顶距观测值；为天顶距观测值的改正数； 分别为j、k点的近似坐标值； 分别为j、k点的坐标改正数；为斜距近似值；为水平距离近似值；为天顶距近似值；ρ″＝206265。

误差方程的矩阵形式为：

式中：V为观测值残差阵；B为误差方程系数阵；为未知参数阵；l为常数项阵。

步骤六：按经验定权方法，确定各类观测值的初始权值P。

步骤七：按最小二乘原理V^TPV＝min，可得未知参数的改正数：

步骤八：对未知参数的改正数大小进行判断，若未知参数的改正数大于限值，则修正未知参数的近似值，重复步骤五至步骤八，直至未知参数的改正数均小于限值为止。

步骤九：采用赫尔默特方差分量估计方法反复调整各类观测值间的权比关系，利用最终的权阵P计算出未知参数的改正数，进而得到未知参数的最或然值。

本发明的内容不限于实施例所列举，本领域普通技术人员通过阅读本发明说明书而对本发明技术方案采取的任何等效的变换，均为本发明的权利要求所涵盖。