基于航测技术的铁路既有线里程放样方法与流程

本发明属于铁路既有线平面测绘技术领域，具体来说涉及一种基于航测技术的铁路既有线里程放样方法。

背景技术：

根据我国铁路中长期规划，2020年我国的铁路运营里程将达到12万Km，复线率和电气化率均达到50％以上，其中，有砟铁路的里程将超过10万Km。每年铁路部门都对部分普速铁路进行复测、电气化改造及扩能增二线等工作，这些项目都需要对既有线进行平面测绘，其中里程丈量是平面测绘的基础也是重要的部分。

传统既有线里程测量方法是利用钢尺沿铁路进行丈量，在曲线处采用特殊的分中装置进行操作。钢尺丈量方法需要6人共同完成，在铁路线上共同作业效率低下，在时间较短的铁路天窗时，无法按正常工期完成作业。同时，钢尺的导电性存在干扰铁路信号的安全隐患，从而有可能影响列车的安全行驶。另外，采用钢尺丈量时，钢尺丈量精度会受温度及人员拉力的影响，容易产生累计误差，影响里程丈量的精度。如何选择一种减少上线作业，提高工作效率的既有线里程丈量方法是需要解决的一个重要问题。

技术实现要素：

为了解决上述缺点，本发明提供一种基于航测技术的铁路既有线里程放样方法，该铁路既有线里程放样方法通过放样里程点丈量铁路里程。

为此，本发明的技术方案如下：

一种基于航测技术的铁路既有线里程放样方法，包括以下步骤：

S1，提取离散点坐标

通过航测得到立体像对，根据空中三角测量对所述立体像对进行判读：按照小于等于5米的间隔分别在左铁轨中心线和右铁轨中心线上采集离散点并获取所述离散点的平面坐标；

在上述技术方案中，在所述S1中，当某一段铁路中线为曲线时，按照小于等于3米的间隔分别在位于该段铁路中线两侧的左铁轨中心线和右铁轨中心线上采集所述离散点，其中，所述铁路中线为位于所述左铁轨中心线和右铁轨中心线中间的中心线。

在上述技术方案中，在所述S1中，根据空中三角测量对所述立体像进行目视判读。

在上述技术方案中，所述立体像对的分辨率优于5厘米，采集精度优于1/3像元。

S2，坐标正向投影

S2-1，通过公式(1)计算得到外轨中心线与所述铁路中线的距离D；

$D=\frac{a}{2}+\frac{b}{2}---\left(1\right)$

在所述公式(1)中，a为轨距，b为左铁轨或右铁轨的轨面宽度；通过公式(1)计算得到所述D的值为d；

在上述技术方案中，在所述S2-1中，所述a、b和d的单位均为米。

S2-2，计算铁路中线离散点的平面坐标

根据既有铁路台账，当某一段铁路中线为直线时，将位于该段铁路中线一/两侧的每个离散点分别沿该离散点的法线方向朝铁路中线移动d，得到直线段中线离散点及所述直线段中线离散点的平面坐标；当某一段铁路中线为曲线时，将位于该段铁路中线一侧的外轨上的每个离散点分别沿该离散点的法线方向朝铁路中线移动d，得到曲线段中线离散点及所述曲线段中线离散点的平面坐标；所述直线段中线离散点和曲线段中线离散点构成铁路中线离散点；

S3，生成完整铁路中线

S3-1，在所述立体像对上，采用最邻近算法，将S2-2中所述的铁路中线离散点依次连接，形成连续的铁路中线；

S3-2，计算铁路中线上所有点M₁、M₂、……M_i-1、M_i中第n个与第n-1个点的斜率，得到K_n，n＝2、3……i，i为正整数，依次得到斜率值K₂、……K_i-1、K_i；

分别通过公式(2)计算所述斜率值的差，依次得到L₃、L₄、……L_i-1、L_i：

L_m＝|K_m-K_m-1|，m＝3、4……i (2)

设定阈值，如所述L_m大于所述阈值，则L_m相对应的点M_m为铁路中线突变点；根据所述L₃、L₄、……L_i-1、L_i和所述阈值确定铁路中线突变点，并删除该铁路中线突变点；将剩余铁路中线上的点重新连接，得到完整铁路中线；

在上述技术方案中，在所述S3-2中，所述阈值为1/30～1/60。

S4，线路里程赋值

根据既有铁路台账选择铁路沿线的固定标志物并确定该固定标志物的里程值，在所述立体像对上计算得到所述固定标志物的平面坐标，经过所述固定标志物向所述完整铁路中线做垂线，得到垂足，通过计算得到所述垂足的平面坐标；根据固定标志物的里程、所述垂足的平面坐标以及中线节点到里程控制点投影位置的距离，计算每个中线节点的里程值；

S5，坐标反向投影

根据所述S4中得到的每个中线节点的里程值和平面坐标，通过计算得到平面坐标与里程值的转换模型：

根据该转换模型和需要放样的里程点的里程值，得到所述里程点的平面坐标，将所述里程点的法线与所述左铁轨中心线相交，得到交点及所述交点的平面坐标；

S6，里程放样

将所述交点的平面坐标导入到GPS仪器中，将每个里程点放样到实际位置，根据里程值在左铁轨/右铁轨上进行标记。

相对于常用的钢尺里程丈量方法，本发明的铁路既有线里程放样方法消弱了人工丈量误差的累积以及粗差的出现，减少人力的投入，提高了工作效率，避免由于钢尺干扰铁路信号引发的行车事故。本发明的铁路既有线里程放样方法能够替代传统的既有线上线作业和满足铁路里程丈量的限差要求，且里程放样精度能够满足1/2000的规范要求。

附图说明

图1为本发明的基于航测技术的铁路既有线里程放样方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的一种基于航测技术的铁路既有线里程放样方法进行详细说明。

如图1所示，本发明的基于航测技术的铁路既有线里程放样方法，包括以下步骤：

S1，提取离散点坐标

通过航测得到立体像对(立体像对的分辨率优于5厘米，采集精度优于1/3像元)，根据(高精度的)空中三角测量对立体像对进行目视判读：按照小于等于5米的间隔分别在左铁轨中心线和右铁轨中心线上采集离散点并通过计算得到离散点的平面坐标；其中，当某一段铁路中线(铁路中线：位于左铁轨中心线和右铁轨中心线中间的中心线)为曲线时，按照小于等于3米的间隔分别在位于该段铁路中线两侧的左铁轨中心线和右铁轨中心线上采集离散点。

S2，坐标正向投影

S2-1，通过公式(1)计算得到外轨中心线与铁路中线的距离D；

$D=\frac{a}{2}+\frac{b}{2}---\left(1\right)$

在公式(1)中，a为轨距(左铁轨与右铁轨相对侧面的距离)，b为左铁轨或右铁轨的轨面宽度；在中国，a为0.7525米，b为0.07米，通过公式(1)计算得到D的值为0.7525米。

S2-2，计算铁路中线离散点的平面坐标

根据既有铁路台账，当某一段铁路中线为直线时，将位于该段铁路中线一/两侧的每个离散点分别沿该离散点的法线方向朝铁路中线移动0.7525米，得到直线段中线离散点及直线段中线离散点的平面坐标；当某一段铁路中线为曲线时，将位于该段铁路中线一侧的外轨上的每个离散点分别沿该离散点的法线方向朝铁路中线移动0.7525米，得到曲线段中线离散点及曲线段中线离散点的平面坐标；直线段中线离散点和曲线段中线离散点构成铁路中线离散点；

S3，生成完整铁路中线

S3-1，在立体像对上，采用最邻近算法，将S2-2中的铁路中线离散点依次连接，形成连续的铁路中线；

S3-2，计算铁路中线上所有点M₁、M₂、……M_i-1、M_i中第n个与第n-1个点的斜率，得到K_n，n＝2、3……i，i为正整数(i为铁路中线上所有点的个数)，依次得到斜率值K₂、……K_i-1、K_i；

分别通过公式(2)计算斜率值的差，依次得到L₃、L₄、……L_i-1、L_i：

L_m＝|K_m-K_m-1|，m＝3、4……i (2)

设定阈值为1/30～1/60，例如：1/20，如L_m大于阈值，则L_m相对应的点M_m为铁路中线突变点；根据L₃、L₄、……L_i-1、L_i和阈值确定铁路中线突变点，并删除该铁路中线突变点；将剩余铁路中线上的点重新连接，得到完整铁路中线；

S4，线路里程赋值

根据既有铁路台账(资料)选择铁路沿线的固定标志物并确定该固定标志物的里程值，在立体像对上计算得到固定标志物的平面坐标，经过固定标志物向完整铁路中线做垂线，得到垂足，通过计算得到垂足的平面坐标；根据固定标志物的里程、垂足的平面坐标以及中线节点到里程控制点向完整铁路中线投影位置的距离，计算每个中线节点的里程值。(里程控制点可以择铁路车站的站中心，站中心一般为车站调度室的中心，该标志在影像上比较明显，且容易分中。)中线节点为完整铁路中线任意一点。

S5，坐标反向投影

根据S4中得到的每个中线节点的里程值和平面坐标，通过计算得到平面坐标与里程值的转换模型：

根据该转换模型和需要放样的里程点的里程值，得到里程点的平面坐标，将里程点的法线与左铁轨中心线相交，得到交点及交点的平面坐标；

S6，里程放样

将交点的平面坐标导入到GPS仪器中，根据沿线控制点计算的七参数，将每个里程点放样到实际位置，根据里程值在左铁轨/右铁轨上进行标记。

以上对本发明做了示例性的描述，应该说明的是，在不脱离本发明的核心的情况下，任何简单的变形、修改或者其他本领域技术人员能够不花费创造性劳动的等同替换均落入本发明的保护范围。