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1、铁路工程精密控制网测量数据处理系统铁路工程精密控制网测量数据处理系统Railway engineering precise control survey data processing system中铁第四勘察设计院集团有限公司中铁第四勘察设计院集团有限公司20102010年年6 6月月 中铁四院中铁四院主要内容主要内容 高速铁路精测网概述 系统研发背景 系统总体框架 系统功能 系统技术特性 系统运行环境 软件推广及应用前景20102010年年6 6月月 中铁四院中铁四院概述目前，日、法、德、意、西班牙、比利时等国家建成投入运营的高速铁路已逾5000km，正在建设及已立项准备修建高速铁路的国家
2、和地区有十几个，长度在5000km以上。国内开展高速铁路的研究始于上世纪90年代，在高速铁路基础理论、技术标准、结构设计等方面取得了重大进展。“十一五”期间，我国将大规模建设高速铁路客运专线，并大量采用无砟轨道。与一般铁路相比，无砟轨道工程在结构上具有良好的连续性、平顺性和稳定性的特点，但需要高精度、高难度的测量工作作保证，高精度的测量已经成为制约高速铁路建设的重要保证和成败的关键因素之一。 20102010年年6 6月月 中铁四院中铁四院概述高速铁路精密测量控制技术作为高速铁路建设成套技术的一个重要组成部分，在高速铁路建设过程中也越来越显示出其重要性。在高速铁路建设中，德国、日本等高速铁路大
3、国都有自己的一套适合高速铁路建设的铁路工程测量成套技术体系。 以德国高速铁路建设的经验，“要成功地建设无砟轨道，就必须有一套完整、高效且非常精确的测量系统，否则必定失败”。 20102010年年6 6月月 中铁四院中铁四院高速铁路精测网概述20102010年年6 6月月 中铁四院中铁四院高速铁路精测网概述 高速铁路工程测量平面控制网应在框架控制网（CP0）基础上分三级布设，第一级为基础平面控制网（CP），主要为勘测、施工、运营维护提供坐标基准；第二级为线路平面控制网（CP），主要为勘测和施工提供控制基准；第三级为为轨道控制网（CP），主要为轨道铺设和运营维护提供控制基准。 高速铁路工程测量高程
4、控制网分二级布设，第一级线路水准基点控制网，为高速铁路工程勘测设计、施工提供高程基准；第二级轨道控制网（CP），为高速铁路轨道施工、维护提供高程基准。20102010年年6 6月月 中铁四院中铁四院高速铁路精测网概述 基础平面控制网（CP）采用边联结方式构网，形成由三角形或大地四边形组成的带状网，按GPS静态相对定位原理建立，为线路平面控制网提供起闭的基准。CP控制网应附合到CP0上，并采用固定数据平差。 线路平面控制网（CP）采用边联结方式构网，形成由三角形或大地四边形组成的带状网，并与CP联测构成附合网，按GPS测量或导线测量方法施测，为勘测、施工阶段的线路平面控制和轨道控制网提供起闭的基
5、准。CP控制网应附合到CP上，并采用固定数据平差。20102010年年6 6月月 中铁四院中铁四院高速铁路精测网概述 轨道控制网（CP）采用自由测站边角交会法进行平面控制网的测量，其控制点布设密度为：纵向点间距约为60m，横向点间距不超过结构宽度；采用自由测站边角交会法获得测站至各CP点的距离观测值和方向观测值；CP网的上一级控制基准为线路沿线的CP网和CP网。CP网网型、控制基准和观测方法见下图。20102010年年6 6月月 中铁四院中铁四院系统研发背景铁路工程精密控制网测量数据处理系统 根据“客运专线无砟轨道技术再创新工作的指导意见”（铁工管函20061006号），中铁第四勘察设计院集团
6、有限公司立项并开展了“铁路工程精密控制网测量数据处理系统”的研究与开发。在各级领导及有关部门的关心和支持下，经过研发组全体成员的不懈努力，完成了“铁路工程精密控制网测量数据处理系统”的研制。 目前，“铁路工程精密控制网测量数据处理系统”已在京沪高铁、哈大客专、石武客专、广深港客专、宁杭客专得到广泛应用，效果显著。 20102010年年6 6月月 中铁四院中铁四院系统研发背景铁路工程精密控制网测量数据处理系统 研发目的：研发目的： 解决和完成我国铁路CP、CP控制网、无砟轨道CP自由测站边角交会控制网、隧道洞内CP和有砟轨道CP导线控制网、三角高程网等观测数据检核、构网平差计算以及精度评定的数据
7、处理工作（旨在满足我国铁路建设中精密工程测量数据处理的各项要求）。 20102010年年6 6月月 中铁四院中铁四院系统研发背景铁路工程精密控制网测量数据处理系统工程测量平差数据处理软件(SYADJ)GPS静态后处理软件(SYGPS)坐标转换与换带计算软件(CoordTran) 组成部分：组成部分：20102010年年6 6月月 中铁四院中铁四院 软件开发技术依据： 1.高速铁路工程测量规范 TB10601-2009（铁建设2009196号） ；2.国家一、二等水准测量规范（GB/T 12897-2006）；3.工程测量规范（GB50026-2007）；4.精密工程测量规范（GB/T 1531
8、4-1994）；5.全球定位系统（GPS）铁路测量规范（TB10054-97）6.全球定位系统GPS测量规范（GB/T 18314-2009）；7.城市轨道交通工程测量规范（GB/T 50308-2008）；系统研发背景20102010年年6 6月月 中铁四院中铁四院系统研发背景 软件开发工具： Windows XP / VISTA系统环境.net Frame2.0框架环境Visual Studio 2005开发工具C#语言编译代码COM+组件编程技术及GUI+图形用户界面技术20102010年年6 6月月 中铁四院中铁四院系统总体框架20102010年年6 6月月 中铁四院中铁四院高速铁路精
9、测网技术要求控制网测量方法测量等级点间距相邻点的相对中误差（mm）CP0GPS50km 20CPGPS二等4km10一对点CPGPS三等600800m8导线三等400800m8CP自由测站边角交会5070m1一对点各级平面控制网设计的主要技术要求 20102010年年6 6月月 中铁四院中铁四院高速铁路精测网技术要求控制网基线边方向中误差最弱边相对中误差CP01/2 000 000CP1.31/180 000CP1.71/100 000CP0、CP、CP控制网GPS测量的精度指标 控制网名称测量方法方向观测中误差距离观测中误差相邻点的相对中误差CP平面网自由测站边角交会1.81.0mm1.0m
10、m CP平面网的主要技术要求 20102010年年6 6月月 中铁四院中铁四院高速铁路精测网技术要求等固定误差a比例误差系数b（mm/km）基线方位角约束点间的约束平差后级（mm）中误差（）边长相对中误差最弱边边长相对中误差一等510.91/5000001/250000二等511.31/2500001/180000三等511.71/1800001/100000四等5221/1000001/70000五等10231/700001/40000各等级GPS控制网测量的主要技术要求 20102010年年6 6月月 中铁四院中铁四院高速铁路精测网技术要求等 级一等二等三等四等五等项 目静卫星截止高度角（
11、）1515151515态同时观测有效卫星数44444测有效时段长度（min）12090604540量观测时段数2212121数据采样间隔（s）15601560156010301030接收机类型双频双频双频单/双频单/双频PDOP或GDOP6681010各等级GPS测量作业的基本技术要求 20102010年年6 6月月 中铁四院中铁四院CP数据处理CP基线向量解算应符合下列要求： 1）同一时段观测值的数据剔除率宜小于10%； 2）同一基线不同时段重复观测基线较差应满足下式 基线弦长标准差（mm），按相应等级计算由若干条独立基线边组成的独立环或附合路线各坐标分量（Wx、Wy、Wz）及全长Ws闭合差
12、应满足下式的规定： n 闭合环的边数22sdnWx3nWs33nWz3nWy320102010年年6 6月月 中铁四院中铁四院CP数据处理CP控制网平差及坐标转换应符合下列规定： 1）无约束平差中基线向量各分量的改正数绝对值应满足下式的要求，并提供无约束平差WGS-84坐标系中的空间直角坐标，基线矢量及其改正数和其精度信息； 基线弦长标准差（mm），按相应等级计算3XV3ZV3YV20102010年年6 6月月 中铁四院中铁四院CP数据处理2） 约束平差中基线向量各分量改正数与无约束平差同一基线改正数较差的绝对值应满足下式要求，并提供约束平差后相应坐标系的空间直角坐标，基线矢量及其改正数和其精
13、度信息；基线弦长标准差（mm），按相应等级计算3）根据独立坐标系投影带的划分，将CP控制网的空间直角坐标分别投影到相应的平面坐标投影带中，计算CP控制点的工程独立坐标；2XdV2ZdV2YdV20102010年年6 6月月 中铁四院中铁四院CP数据处理CP基线向量解算应符合下列要求： 1）同一时段观测值的数据剔除率宜小于10%； 2）同一基线不同时段重复观测基线较差应满足下式 基线弦长标准差（mm），按相应等级计算由若干条独立基线边组成的独立环或附合路线各坐标分量（Wx、Wy、Wz）及全长Ws闭合差应满足下式的规定： n 闭合环的边数22sdnWx3nWs33nWz3nWy320102010年
14、年6 6月月 中铁四院中铁四院CP数据处理CP控制网平差及坐标转换应符合下列规定： 1）无约束平差中基线向量各分量的改正数绝对值应满足下式的要求，并提供无约束平差WGS-84坐标系中的空间直角坐标，基线矢量及其改正数和其精度信息； 基线弦长标准差（mm），按相应等级计算3XV3ZV3YV20102010年年6 6月月 中铁四院中铁四院CP数据处理 CP网坐标转换应在GPS基线网三维无约束平差的基础上，以联测CP控制点作为约束点进行平差，计算CP控制点的工程独立坐标。需提供约束平差后相应坐标系的空间直角坐标、二维平面直角坐标、基线向量及其改正数和其精度信息。20102010年年6 6月月 中铁四
15、院中铁四院CP、CP复测成果与原测成果比较控制点类型坐标较差限差CP20CP15CPI、CPII控制点复测坐标较差限差要求 单位：mm 注：表中坐标较差限差指X、Y坐标分量较差。20102010年年6 6月月 中铁四院中铁四院CP、CP复测成果与原测成果比较ijZ控 制 网 等 级相邻点间坐标差之差的相对精度限差 CP1/130 000 CP1/80 000注：表中相邻点间坐标差之差的相对精度按下式计算 GPS复测相邻点间坐标差之差的相对精度限差 sZYX2ij2ij2ijsds式中： s 相邻点间的二维平面距离或三维空间距离； 相邻点i与j间二维坐标差之差（m）； 相邻点i与j间Z方向坐标差
16、之差，当只统计二维坐标差之差的相对精度时该值为零（m）。原复ijijijXXXXXijYijX原复ijijijYYYYY原复ijijijZZZZZ20102010年年6 6月月 中铁四院中铁四院系统功能GPS静态后处理软件 通用GPS网平差及数据处理软件，主要实现CP、CP控制网以及任意GPS控制网的平差计算和数据处理功能。 软件处理流程20102010年年6 6月月 中铁四院中铁四院系统功能GPS静态后处理软件 “GPS静态后处理软件”主要用于进行各种GPS网的数据处理，集成了GPS网的各种平差处理方法。首先对GPS基线数据文件进行预处理和数据检核，可进行三维无约束平差、三维约束平差、二维约
17、束平差、一点一方向平差等，在精度评定后以文档、图表等方式输出GPS网平差的成果。20102010年年6 6月月 中铁四院中铁四院系统功能GPS静态后处理软件 软件可实现任意GPS控制网的平差计算和数据处理软件功能模型示意图20102010年年6 6月月 中铁四院中铁四院系统功能GPS静态后处理软件20102010年年6 6月月 中铁四院中铁四院 通用地面网平差及数据处理软件，主要实现无砟轨道CP自由测站边角交会控制网、隧道洞内CP和有砟轨道CP导线控制网、三角高程网以及任意地面平面控制网和高程控制网的平差计算和数据处理功能。 系统功能工程测量平差数据处理软件软件处理流程20102010年年6
18、6月月 中铁四院中铁四院 “工程测量平差数据处理软件”是一套通用的地面控制网平差及数据处理软件。软件包括：高程控制网平差处理、平面控制网平差处理、水准仪数据预处理、全站仪数据预处理四个功能模块。高程控制网平差处理能实现往返测高差较差计算、附合路线与闭合路线闭合差计算、常规严密平差、拟稳平差；平面控制网平差处理能实现往返测距离较差计算、附合路线与闭合路线闭合差计算、CP网第三边较差计算、常规严密平差、附加尺度参数平差、自由网平差；水准仪数据处理能实现对电子水准仪的观测数据进行格式转换，并生成高差文件、平差输入文件和外业观测手薄；全站仪数据处理能实现对全站仪的观测数据进行格式转换，并检查外业观测质
19、量、生成平差输入文件和外业观测手薄。系统功能工程测量平差数据处理软件20102010年年6 6月月 中铁四院中铁四院系统功能工程测量平差数据处理软件 软件可实现任意平面控制网、任意高程控制网的平差计算和数据处理软件功能模型示意图20102010年年6 6月月 中铁四院中铁四院系统功能工程测量平差数据处理软件20102010年年6 6月月 中铁四院中铁四院系统功能工程测量平差数据处理软件软件特软件特色色20102010年年6 6月月 中铁四院中铁四院系统功能工程测量平差数据处理软件软件特软件特色色20102010年年6 6月月 中铁四院中铁四院系统功能工程测量平差数据处理软件软件特软件特色色20
20、102010年年6 6月月 中铁四院中铁四院系统功能工程测量平差数据处理软件20102010年年6 6月月 中铁四院中铁四院系统功能坐标转换与换带计算软件 坐标转换与换带计算软件用于实现工程中各级坐标系之间的相互转换和任意中央子午线任意高程面的换带计算功能，为铁路工程精密控制网测量数据处理系统的辅助软件。软件处理流程20102010年年6 6月月 中铁四院中铁四院系统功能坐标转换与换带计算软件20102010年年6 6月月 中铁四院中铁四院 通用性通用性本系统是一套通用的铁路工程精密控制网测量数据处理系统；能用于我国铁路CP、CP控制网、无砟轨道CP自由设站边角交会控制网、隧道洞内CP和有砟轨
21、道CP导线控制网、三角高程网等的数据处理，即可是实现任意平面控制网、任意高程控制网和任意GPS控制网的数据处理；本系统可贯通地使用于铁路建设的勘测、施工 、轨道铺设和运营维护整个过程中。系统技术特性20102010年年6 6月月 中铁四院中铁四院 依从性依从性高速铁路工程测量规范 TB10601-2009（铁建设2009196号） ；国家一、二等水准测量规范（GB/T 12897-2006）；工程测量规范（GB50026-2007）精密工程测量规范（GB/T 15314-1994）全球定位系统GPS测量规范（GB/T08314-2001）全球定位系统（GPS）铁路测量规范（TB10054-97
22、）城市轨道交通工程测量规范（GB/T 50308-2008）系统技术特性20102010年年6 6月月 中铁四院中铁四院 数据计算方法先进数据计算方法先进分区无定向概略坐标算法准确地计算观测点概略坐标；闭合环余枝搜索法高效准确地计算独立闭合环闭合差；方差分量估计理论，合理确定边角观测值的权比关系；系统技术特性20102010年年6 6月月 中铁四院中铁四院 平差模型严密平差模型严密“工程测量平差数据处理软件”采用了严密的自由网平差算法、约束网平差算法和附加尺度参数平差算法；“GPS静态后处理软件”采用了严密的椭球面三维约束平差算法、高斯面二维约束平差算法和一点一方向平差算法；系统技术特性201
23、02010年年6 6月月 中铁四院中铁四院 具有内业数据自检性具有内业数据自检性本处理系统可在内业处理中对外业观测数据进行二次质量检查和统计，通过控制网附合/环闭合差的探测和分析，可进一步探测外业观测数据的超限情况和是否含有粗差。 系统技术特性20102010年年6 6月月 中铁四院中铁四院 自主产权性自主产权性 本系统完全遵照现行的国家规范进行设计和开发， 具有独立的自主知识产权，完全国产化。其处理模式和成果输出均符合国家规范和中国习惯。系统技术特性20102010年年6 6月月 中铁四院中铁四院 软件易使用性软件易使用性软件采用GUI+、COM组件开发技术，实现了友好的人机对话操作界面，界
24、面简洁、模块操作方便，易于学习和使用。 系统技术特性20102010年年6 6月月 中铁四院中铁四院硬件环境硬件环境 内存 256MB 硬盘40Gb CPU主频 1.0GHZ软件要求软件要求 本系统在Windows XP/ VISTA 操作系统下运行，要求首先安装Microsoft .Net Framework 2.0。系统处理后“观测手簿及成果报表生成”要求用户微机上安装Microsoft office Excel 2003软件或更高版本的Excel软件，“网形图显示和输出”要求用户微机上安装AutoCAD 2004软件或更高版本的AutoCAD软件。系统运行环境介绍20102010年年6
25、6月月 中铁四院中铁四院 本系统可用于铁路CP、CP控制网、无砟轨道CP自由设站边角交会控制网、有砟轨道CP导线控制网，以及任意平面控制网、高程控制网的数据处理，满足精密工程测量对数据处理系统的要求。为铁路精密工程测量提供出一套可靠及完整的解决方案，可在铁路设计单位、施工单位、监理单位和线路维护单位中推广使用，在铁路精密控制网测量应用方面获得相当大的技术、社会、经济效益。 软件推广及应用前景20102010年年6 6月月 中铁四院中铁四院20102010年年6 6月月 中铁四院中铁四院附1 科技查新报告20102010年年6 6月月 中铁四院中铁四院附2 系统测试报告20102010年年6 6月月 中铁四院中铁四院附3 用户使用证明20102010年年6 6月月 中铁四院中铁四院附4 用户使用报告 20102010年年6 6月月 中铁四院中铁四院附5 成果对比分析 20102010年年6 6月月 中铁四院中铁四院附5 成果对比分析 20102010年年6 6月月 中铁四院中铁四院附5 成果对比分析 20102010年年6 6月月 中铁四院中铁四院