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1、Good is good, but better carries it.精益求精，善益求善。客运专线无碴轨道铁路工程测量数据处理-客运专线无碴轨道铁路工程测量数据处理华辉1，你领导1，孙华2（1.湖北省国土测绘院，武汉，430400，2.中国地质大学测绘工程系，武汉，430074）摘要：在精密工程测量中，点位的分部往往是根据施工方的要求事先确定的，不宜随便改变。定权不合理也可认为不同类型的观测值的验前单位权中误差不相等，在平差中错误地放大一类观测值的贡献，而减小了另一类观测值的贡献，使得平差后的精度不可靠。本文采用拟稳平差选择兼容的起算点；采用间接平差方法对测量数据进行处理；采用Helmert
2、方差分量估计合理地确定边、角观测值的权比；采用Baarda粗差探测与剔除方法剔除粗差有效地提高控制网平差精度和可靠性。关键字：无碴轨道高速铁路；间接平差；拟稳平差；粗差探测；方差分量估计；RailwaymetricaldataprocessingforthetrackwithoutbeingcutbybrokenglassofspeciallineofpassengertransportationHUAHui1，1，SUNHua2(1.就对着2的格式写你们单位,2.DepartmentofGeomaticsEngineering，ChinaUniversityofGeosciences,Wuh
3、an430074)Abstract：Inthemeasurementofprecisionengineering,thedivisionofcontrolpointsisoftendecidedbythedesignerandnotallowedtobechangedarbitrarily.Iftheweightofthedataofdifferenttypesisnotreasonablyweighted,thatisthemeansquareerrorsofweightunitarenotthesame,sothatitmayletoutthecontributionofthedataof
4、onekindandminishthevalueofthedataoftheotherkind,makingtheadjustmentaccuracyisnotreliable.wechoosethecompatiblestartingpointsbyusingquasi-stableadjustment;Helmertmethodisusedtoweighareasonableweightofthedataofeachkind,usingBaardamethodtodetectanddeletethegrosserror.themethodcaneffectivelyimprovetheco
5、ntrolnetworkadjustmentaccuracyandreliability.Keywords:rocklesstrackhigh-speedrailway;indirectadjustment;quasi-stableadjustment;grosserrordetection;theestimationofvariancecomponent;-本文根据Grafarend的控制网优化理论，在论述无碴轨道高速铁路测量数据处理理论与方法时，分别采用拟稳平差选择兼容的起算点，确保平差结果不因为起算点的不兼容而扭曲；采用间接平差方法对测量数据进行处理；采用Helmert方差分量估计合理地
6、确定边、角观测值的权比，准确评价各类观测值的贡献；采用Baarda粗差探测与剔除方法剔除粗差9。接着对前面提到的数据处理理论和方法进行了程序设计和实现，即用VC+6.0编写了数据处理软件，并利用现有的测量数据做了实例分析，计算结果表明：该方法能有效地提高控制网平差精度和可靠性。2.无碴轨道铁路测量数据处理理论与方法2.1数据处理模型观测数据包括测边和测角两类观测值，其误差方程为：（1）其中，、和、分别为测边和测方向的残差向量、设计矩阵、观测值向量和权阵；x为所有点的坐标改正数。简计为：（2）其中，根据最小二乘原理：因为t个参数为独立量，故可按数学上求函数极值的方法，得（3）转置后得（4）联立（
7、2）、(3)组成法方程为：（5）其最小二乘法解为：（6）单位权中误差为：（7）其中（n-t）为多余观测数7。待估参数方差-协方差为矩阵为（8）如果在平差时没有已知点，就采用秩亏自由网平差，此时用附加条件法消除秩亏。附加条件为：（9）在边角网中S的具体形式为：（10）其中m为控制网中点的数目，XO、Y0为控制点的概算坐标。此时平差转化为附有限制条件的间接平差原理。按附有限制条件的间接平差方法处理得：（11）其中。单位权中误差为：（12）精度评定得：（13）由于施工周期较长，已知点难免会发生变化。为了提高平差结果的可靠性，必须在平差前采用拟稳平差方法选择兼容的起算点。拟稳平差有多种算法，这里我们采
8、用附加阵法求解，其解法与上述的秩亏自由网平差方法类似。附加条件为：（14）采用最小二乘法求解得（15）其中，S的具体形式等价于秩亏自由网平差中附加条件中的S。剔除坐标改正数据值有异常的已知点,即在平差时选择了较为兼容的起算点3。2.2粗差探测在大量的野外观测数据中，难免会出现粗差，粗差探测与剔除是测量数据处理中是必不可少的重要环节。本文采用Baarda粗差探测法，基本思想是假设平差系统只存在一个观测粗差，并纳入到函数模型，用统计假设检验粗差并剔除粗差。剔除含有粗差的观测值后，建立新的平差系统，若仍存在粗差，再假定只存在一个粗差，逐次不断进行，直到判定不再含有粗差为止2。2.3方差分量估计Hel
9、mert方差分量估计是合理确定不同类型观测值权比的常用方法，本文采用此方法在平差中客观、合理地估计了无碴轨道控制实验网的边角观测权，得到了正确的参数估计和可靠的精度评定2。我们知道，平差前观测值向量的方差阵一般是未知的，因此平差时随机模型都是使用观测值向量的权阵。而权的确定往往都是采用经验定权，也称为随机模型的验前估计，对于同类观测值可按常用定权方法定权；对于不同类的观测值，就很难合理地确定各类观测值的权。为了合理地确定不同类观测值的权，可以根据验前估计权进行预平差，用平差后得到的观测值改正数来估计观测值的方差，根据方差的估计值重新进行定权，以改善第一次平差时权的初始值，再依据重新确定的观测值
10、的权再次进行平差，如此重复，直到不同类观测值的权趋于合理，这种平差方法称为验后方差分量估计。此概念最早由赫尔默特（F.R.Helmert）在1924年提出，所以又称为赫尔默特方差分量估计9。3.数据处理软件实例分析在本节中，将用平差软件对无碴轨道的部分观测数据进行处理，在处理过程中，将用到第2部分所论述的数据处理方法。将数据导入工程，如下：第二步：对数据进行处理（1）（2）选择计算方案：第三步：生成平差报告控制网平差报告1.控制网信息*平差精度信息*验后单位权中误差(秒)=0.063280平面网中最弱点为1597319,点位中误差(毫米)=0.409723平面网中最弱相邻点为ST_FILE09
11、-1597319,点间中误差(毫米)=0.488301最大边长比例误差的边为ST_FILE07-1597319,比例误差=1/74863*控制网概况*已知点数：0未知点数：19方向值观测个数：26平距观测个数：26*Helmert方差分量估计结果*单位权方差之比11:21.7359561:3.13601111:0.0917121:-6.1207871:13.25480121:6.7399431:1.8339781:246.32694131:0.1456441:1.6187491:-485.87883141:14.4181751:3.25429101:12.05602151:0.92652.平面
12、点间误差表点名点名点间误差MS(mm)长轴(mm)短轴(mm)长轴方位(dms)ST_FILE0715973260.1870.1880.0336.18091ST_FILE0715973240.2320.2330.024356.28386ST_FILE0715973220.1640.1640.0116.04429ST_FILE0715973200.2680.2680.010350.02390ST_FILE0715973180.1310.1310.028354.47435ST_FILE0715973160.1320.1320.047358.00538ST_FILE0715973150.1320.1
13、320.0473.15585ST_FILE0715973170.1320.1320.0284.04298ST_FILE0715973190.4060.4060.0106.26151ST_FILE0711060.3020.3020.0337.39103ST_FILE0715973210.1720.1720.011350.07236ST_FILE0715973230.2100.2110.0260.15585ST_FILE0715973250.2160.2160.042353.59105ST_FILE0915973300.1110.1110.049353.21089ST_FILE0915973280
14、.1110.1110.036356.51177ST_FILE0915973260.2480.2480.0106.25529ST_FILE0915973240.1610.1610.010349.40527ST_FILE0915973220.2250.2260.0220.33022ST_FILE0915973200.1430.1450.035345.26450ST_FILE0915973190.4880.4900.0294.34516ST_FILE0915973210.2150.2150.027357.37417ST_FILE0911060.1520.1540.04212.59515ST_FILE
15、0915973230.1920.1920.0106.43079ST_FILE0915973250.0370.0500.002273.57395ST_FILE0915973270.1100.1110.036351.12361ST_FILE0915973290.1110.1110.049349.301303.控制点成果表点名X(m)Y(m)H(m)ST_FILE07-0.22070.10930.00001597326149.50990.20360.0000159732488.73251.97070.0000159732229.35833.74190.00001597320-29.24235.534
16、30.00001597318-77.76658.78210.00001597316-138.882310.68900.00001597315-139.2986-2.05350.00001597317-78.6863-3.83470.00001597319-30.3893-3.62840.00001106-111.5911-15.75920.0000159732129.7774-5.43490.0000159732389.4124-7.22730.00001597325124.7850-10.06080.0000ST_FILE09118.3498-3.71990.00001597330281.3
17、446-2.92120.00001597328231.3313-1.39910.00001597327230.9505-12.64420.00001597329280.9762-14.13150.0000由上面的平差报告看出，平差的结果完全符合要求。第四步：对比试验为了进一步地说明问题，我们在数据处理的时候，我们在选择计算方案时不选定“Helmert验后定权”这项，其它的都不变，看看平差结果有什么变化。如下图所示以下是生成的部分平差报告：控制网平差报告（部分）控制网信息*平差精度信息*验后单位权中误差(秒)=16120.055874平面网中最弱点为1597330,点位中误差(毫米)=15055
18、.871418平面网中最弱相邻点为ST_FILE09-1597330,点间中误差(毫米)=10403.033570最大边长比例误差的边为ST_FILE09-1597325,比例误差=1/3*控制网概况*已知点数：0未知点数：19方向值观测个数：26平距观测个数：26可以看到，平差的结果存在很大误差，基本上不能用。4.结论与不足通过以上分析可以看出，本文提出的用于类似于无碴轨道高速铁路的精密工程测量数据处理方法切实可行。由此可以得出如下结论：1.应用拟稳平差剔除不兼容的起算点，可避免由于起算点不兼容而降低平差精度。2.应用Baarda差探测法剔除粗差可排除粗差对最终平差结果的影响。3.在上一章的
19、对比实验中可以看出，应用Helmert方差分量估计可以客观、使合理、正确地评定各项精度，如本文中提到的相邻点的平面相对精度。因此，综合利用拟稳平差、Baarda差探测法与Helmert方差分量估计可以排除不兼容起算点和粗差对平差结果的影响、同时能够客观、合理地评定各项精度。参考文献1中华人民共和国铁道部.铁建设（2006）189号客运专线无碴轨道铁路工程测量暂行规定，中国铁道出版社，2006年。2武汉测绘科技大学测量平差教研室，测量平差基础，测绘出版社，1996年5月，第三版。3陶本藻，自由网平差与变形分析，武汉测绘科技大学出版社，2000年。4施一民，现代大地控制测量，同济大学出版社，200
20、2年。5刘根友，郝晓光，柳林涛，粗差检定的两种途径，大地测量与地球动力学，2005年，25（3）。6陶本藻，平差因子与平差结构，大地测量与地球动力学，2002年，22（3）。7刘大杰，陶本藻，实用测量数据处理方法，测绘出版社，2000年。8崔希璋等，广义测量平差（新版），武汉大学出版社，2001年。9蔡士毅等，无碴轨道高速铁路精密测量数据处理，大地测量与地球动力学，2008年，28（1）。10冯华，VisualC+数据库开发技巧与实例，机械工业出版社，200年7月。11昊俊昶，刘大杰合编，控制网测量平差，测绘出版社，1985年12月。12周江文，监测网的拟稳平差，中国科学院测量与地球物理研究所专刊第2号，1980年12月。