专利名称：有砟轨道工程上砟整道测量快速定位方法
技术领域：
本发明涉及列车轨道施工工程，具体是一种有砟轨道工程上砟整道测量的快速定位方法。
背景技术：
随着社会的进步与发展，高速铁路“四横四纵”的建设基本成型，有砟轨道的使用逐渐增多。为了使线路直线段顺直、曲线段圆顺，列车行驶时具有较高的安全性与乘坐舒适性，在轨道铺设后必须对轨道平顺性进行调整，以符合国家的铁路规范和各项验收标准。有砟轨道铁路的上砟整道施工通常是采用导线控制网与全站仪配合进行静态轨道测量，由大型机械化养路设备(简称大机养)进行拨道调整。
上砟整道施工通常以IOkm—个区间为单元进行整道作业，分为两个阶段进行实施，一是初步达标阶段，二是精整阶段。在每次整道作业之前，必须提前将线路钢轨从整里程DK0+000开始5米一个点的平面调整量及高程起道量的静态测量数据提交给整道作业部门进行现场实地标注，整道后必须重新进行轨道静态测量，重复进行直至达到国家铁路验收标准的要求。大机养整道有着效率高的优点，但是重复整道次数频繁，从而使得测量定位工作任务繁重。
传统的上昨整道测量定位方法在配合大机养作业时效率较低,主要有
一、外移桩法外移桩法是在线路外侧进行等距离的放点，然后使用垂球配合钢尺逐点拉出轨道的平面调整量。使用该测量方法的缺点是前期放样任务较重，步骤繁琐且由于中转过程较多精度低，现场效率不高。优点是外移桩放好后可以重复使用。
二、穿线偏角法穿线偏角法是将钢尺固定在较直的木棍上，钢尺O刻度一端紧贴在钢轨内侧边缘处，直线段将全站仪安置在中线上运用穿线法在尺上读数获得轨道平面调整量，曲线段将全站仪安置在ZH、HY、QZ、YH、HZ等主点中线上运用偏角法在尺上读数获得轨道平面调整量。采用此种方法速度稍快，精度有所保证，但需要根据整道情况重复测量。
采用以上任一种平面测量定位方法，高程都需要采用水准仪进行内轨顶面的测量。
由此可见，采用传统方法进行上砟整道测量定位，由于步骤较多使测量定位工作效率受到了制约。为保证最大限度的发挥大机养整道作业效率，降低测量工作劳动强度，上砟整道施工的现场整道测量急需一种高效、快捷便于现场实际操作的测量定位方法。发明内容
本发明提供一种有砟轨道工程上砟整道测量快速定位方法，满足上砟整道施工对整道测量定位高效、快捷且便于现场实际操作的要求。
本发明的目的通过以下技术方案来实现一种有砟轨道工程上砟整道测量快速定位方法，其特征是
利用全站仪后方交会或方向定位设站后，对轨道小车上的棱镜中心进行测量得到棱镜中心三维坐标，通过轨道小车几何参数换算出棱镜中心位置与对应里程处的钢轨中心位置；
采用PDA测量手簿连接全站仪实现实时通讯，实时将全站仪实测三维坐标数据传输到测量手簿上，通过测量软件快速计算出所测位置与该里程位置的钢轨中心的设计数据，计算并显示出起道量、拨道量差值，指导大机养整道作业。
所述方法按如下步骤进行
(I)按规范要求进行有砟轨道线路CP III控制网的布设和测量；
(2)按标准钢轨尺寸加工轨道小车，并对小车棱镜中心高度进行标定；
(3)将线路设计参数录入上砟整道测量软件；
(4)对全站仪进行检校，自由设站并与PDA测量手簿连接；
(5)将轨道小车安置在线路轨道内轨上，全站仪瞄准小车的棱镜中心进行测量，全站仪设站离轨道小车第一测点距离< 80m，并且第一测点(即上站点最后一个测点)两次轨道调整量数据偏差< 3mm ；
(6)根据两次测量偏差值，设置补偿距离进行线性补偿平顺；
(7)将测量数据实时传送至PDA测量手簿，计算并显示出该点位置的起道量、拨道量，进行数据汇总、轨道线形分析对比；
(8)沿线路每5m测一点，完成该测站测量定位，进入下一站测量；
(9)将轨道调整数据提交大机养整道作业。
所述全站仪离轨道小车棱镜目标点的观测距离应在两个相邻控制点以内，并在两个相邻CP III点间距的一半距离进行重叠点搭接测量。
与现有技术相比，本发明的特点和有益效果是
①本发明改变了传统的上砟整道测量定位方式，利用全站仪后方交会或方向定位设站后，以对轨道小车上的棱镜中心进行测量得到棱镜中心三维坐标，以PDA测量手簿和测量软件实现实时通讯和快速计算，应用于有砟铁路的整道测量定位工作，具有显著的创新特点，此方法可对平面和高程采用全站仪同时进行测量，减少了高程测量设备与部分测量人员，降低了施工成本。
②大大简化了测量定位工作步骤，现场可实现即测、即算、即标、数据自动化计算、 自动化保存无需内业处理，提高了施工进度，减轻了测量工作的劳动强度，减少了测量误差和人为出错的机率，提升了工作效率，完全满足上砟整道施工对整道测量定位高效、快捷且便于现场实际操作的要求，具有人员配备少，设备物资少，工效高的特点。
图I是上砟整道快速测量定位工艺流程图2是有砟轨道CP III控制点位布设示意图3是CP III测设网形示意图4是轨道静态测量测设示意 图5是测站搭接顺接示意图。
图中标号分别表示1_路基段，2-有砟轨道，3-CP III控制桩，4-前一站观测点， 5-线路内轨，6-后一站观测点，7-重叠点，Kl-过渡起点里程，K2-过渡终点里程，Ml-起点距中，M2-终点距中。
具体实施方式
本发明提出的有砟轨道工程上砟整道测量快速定位方法，在现场实施时需要配套的硬件和软件支持，其中硬件部分主要有轨道小车、全站仪、PDA测量手簿和数据连接线等。轨道小车是根据国家铁路建设标准钢轨的几何尺寸，加工制作带有棱镜可以在钢轨上行走的小车，它利用两个滑轮的槽面和钢轨的凸面让滑轮和钢轨精密贴合以消除测量误差，可以在铁路钢轨上自由平稳的推动行走。棱镜装在轨道小车的方框支架上。
软件部分为《上砟整道测量》软件，它是一种可以通过全站仪数据通讯端口和全站仪连接，实现数据共享与线形计算的专用软件。
本发明利用全站仪后方交会或方向定位设站后，对轨道小车上的棱镜中心进行测量得到棱镜中心三维坐标，通过轨道小车几何参数换算出棱镜中心位置与对应里程处的钢轨中心位置；采用PDA测量手簿连接全站仪实现实时通讯，实时将全站仪实测三维坐标数据传输到测量手簿上，通过测量软件快速计算出所测位置与该里程位置的钢轨中心的设计数据，计算并显示出起道量、拨道量差值，指导大机养整道作业。现场可实现即测、即算、即标、数据自动化计算、自动化保存无需内业处理。
根据图I所示上砟整道快速测量定位的工艺流程，主要包括以下步骤
(I)按规范要求进行有砟轨道线路CP III控制网的布设和测量；
(2)按标准钢轨尺寸加工轨道小车，并对小车棱镜中心高度进行标定；
(3)将线路设计参数录入上砟整道测量软件；
(4)对全站仪进行检校，自由设站并与PDA测量手簿连接；
(5)将轨道小车安置在线路轨道内轨上，全站仪瞄准小车的棱镜中心进行测量，要求全站仪设站离轨道小车第一测点距离< 80m，并且第一测点(B卩上站点最后一个测点)两次轨道调整量数据偏差< 3mm ；
(6)根据两次测量偏差值，设置补偿距离进行线性补偿平顺；
(7)将测量数据实时传送至PDA测量手簿，计算并显示出该点位置的起道量、拨道量，进行数据汇总、轨道线形分析对比；
(8)沿线路每5m测一点，完成该测站测量定位，进入下一站测量；
(9)将轨道调整数据提交大机养整道作业。
下面结合附图并通过一个实例对本发明作进一步的说明
按步骤(I )，在大机养整道施工前，有砟轨道施工单位按照规范要求建立有砟轨道 CPIII控制网如图2所示，有砟轨道3的CPIII平面控制网采用导线测量，按150m 200m布设一点，CPIII控制点相邻点间必须相互通视，沿线路交叉进行布设。其中路基段I的CPIII 控制桩3须埋设于接触网杆基础或拉线基础上；桥梁段的CPIII控制桩须埋设在桥梁固定支座端挡砟墙顶中心；隧道段的CP III控制桩须埋设在电缆槽底或电缆槽顶。所有CP III控制桩3必须安全稳固，不受干扰，便于保存。
如图3所示，CP III导线测量起闭于CPI或CPII控制点，采用附合单导线方式每 400m 800m联测一次CPI或CPII控制点，每4km左右进行一次方向闭合。
有砟轨道CP III高程控制网按四等水准测量精度要求进行施测，起闭于三等水准基点。
有砟轨道CP III网测量精度应符合下列规范要求
有砟轨道CP III网平面精度要求
控制M 级别附合长度(km)边长Cm)测距中误差 (mm)测角中误差 C η )相邻点位坐标屮误差(ram)导线全长相对W合幸 Ax.方位角闭合差限差 ( }对应导线等级CPIII150-2003451/20000:,_u V 1.1.—
有砟轨道CP III网高程测量技术要求
设计行车时速(km/h)测量等级相邻点局差限差200四等±20 V L
按步骤(2)，进行轨道小车加工结合标准轨尺寸加工轨道小车，轨道小车加工后应检查尺寸是否符合要求并对小车的棱镜中心高度进行标定，加工尺寸误差应满足在O.5mm之内。检查标定合格后使用。
按步骤(3)，将线路设计参数录入上砟整道测量软件上砟整道测量软件是申请人专为有砟轨道在建铁路大机养整道测量工作研发的测量辅助工具，该软件可运行在任意一款Windows Mobile或Windows 2003操作系统的外业手薄或商务PDA上运行。上昨整道测量软件通过全站仪232数据电缆线或蓝牙与智能型或非智能型全站仪进行通讯连接实现操作全站仪与数据交换。通过原厂附带的数据线和Microsoft Activesync软件与电脑同步连接进行数据共享。
上砟整道测量软件的功能主要包括
①可以通过蓝牙或者数据线连接全站仪并控制全站仪功能。
②可以计算N条曲线加直线功能。
③可以计算线路参数内任意一点坐标高程功能。
④可以反算出线路任意一点实测坐标的里程与法线居中距离功能。
⑤可以记录全站仪任意一点实测坐标高程，并计算出与设计值的差值进行自动输出自动保存功能。
按步骤(4)，对全站仪进行检校，自由设站并与PDA测量手簿连接在测量之前除了需要对全站仪进行鉴定外，还应该利用全站仪工具机载软件进行各项指标检校，检校内容主要包括
①补偿器纵横向误差。
②指标差。
③照准差/横轴倾斜误差。
④组合校准(i/c/a)。
⑤自动目标识别误差(ATR)。
在线路上自由设站设站采用对中整平、后方交会(或方向定位)，将数据连接线接入全站仪的232接口，另一端接入PDA测量手簿数据接口，设置全站仪通讯参数里的“波特率”为9600。点击PDA测量手簿“上砟整道测量软件”，打开已经输好参数的工程项目；点击工具菜单栏，设置仪器连接，选择全站仪型号，波特率为9600，完成后点击测量手簿。反算选项卡，输入轨道小车棱镜高度(以实际轨道小车棱镜中心到轨轮底面为准)，连接仪器，在偏移距常数框里输入O. 7175准备进行测量。
按步骤(5)，将轨道小车安置在线路轨道的内轨上，将棱镜插好并尽量对准仪器方向，全站仪瞄准小车的棱镜中心进行测量。其中全站仪设站离轨道小车第一测点距离 (80m,并且第一测点(B卩上站点最后一个测点)两次轨道调整量数据偏差< 3mm。
智能型全站仪可通过全站仪ATR功能自动进行目标对中测量，非智能型全站仪需要手工瞄准后，通过点击软件测量按钮操作全站仪进行测量，测量后实测三维坐标将自动返回到测量手簿上，软件首先会利用曲线计算公式计算出该坐标高程的实际里程与法线的垂距，续而软件自动结合轨道小车及各项常数改正计算出实际的拨道量与起道量，记录人员通知前视人员进行标注调整数据。轨道小车推向下一测量点。
如图4所示，轨道小车棱镜目标点的观测距离须保证在控制点以内，最好以两个相邻CPIII点(如前一站观测点4与后一站观测点6)间距的一半距离进行重叠点7搭接测量。
按步骤(6)，根据两次测量偏差值，设置补偿距离进行线性补偿平顺搬站后由于测站误差的影响会导致两站的中线存在一个偏差，为了让线形符合列车行车平顺性要求， 所以必须根据规范轨向要求进行搬站搭接平顺过渡，如图5所示。过渡的方法是保持前一站最后一个测点的位置不变，通过一段距离以直线线性内插的方式平顺的过渡到下一站的中线上。测站搬站后导致的偏差应满足规范100米横向误差IOmm的要求后才能进行过渡， 否则应查明原因重新测量。过渡工作由软件自动完成，只需反算选项卡的补偿对话框里输入过渡起点里程K1、过渡终点里程K2、起点距中Ml、终点距中M2即可。图中箭头指示出线路前进方向。
按步骤(7)、(8)、(9)，将测量数据实时传送至PDA测量手簿，计算并显示出该点位置的起道量、拨道量，进行数据汇总、轨道线形分析对比；沿线路每5m测一点，完成该测站测量定位，进入下一站测量；将轨道调整数据提交大机养整道作业。
外业测量完成后，测量数据会自动保存在软件目录下的文本文件“反算数据.TXT” 里，文本文件的保存格式为里程，实测距中距离，实测X坐标，实测Y坐标，实测Z坐标，左轨平面调整量(以线路方向区分，拨道量方向左负右正)，右轨平面调整量，左轨高程调整量 (起道为正，降道为负)，右轨高程调整量。将以上文件数据直接打印签字后移交大机养部门即可。该文本数据也可导入表格进行线性分析。
权利要求
1.ー种有砟轨道工程上砟整道測量快速定位方法，其特征是 利用全站仪后方交会或方向定位设站后，对轨道小车上的棱镜中心进行测量得到棱镜中心三维坐标，通过轨道小车几何參数换算出棱镜中心位置与对应里程处的钢轨中心位置； 采用PDA測量手簿连接全站仪实现实时通讯，实时将全站仪实测三维坐标数据传输到測量手薄上，通过测量软件快速计算出所测位置与该里程位置的钢轨中心的设计数据，计算并显示出起道量、拨道量差值，指导大机养整道作业。
2.根据权利要求I所述的有砟轨道工程上砟整道測量快速定位方法，其特征是所述方法按如下步骤进行 Cl)按规范要求进行有砟轨道线路CP III控制网的布设和测量； (2)按标准钢轨尺寸加工轨道小车，并对小车棱镜中心高度进行标定； (3)将线路设计參数录入上砟整道测量软件； (4)对全站仪进行检校，自由设站并与PDA測量手簿连接； (5)将轨道小车安置在线路轨道内轨上，全站仪瞄准小车的棱镜中心进行测量，全站仪设站离轨道小车第一测点距离< 80m，并且第一测点两次轨道调整量数据偏差< 3mm ； (6)根据两次測量偏差值，设置补偿距离进行线性补偿平顺； (7)将测量数据实时传送至PDA測量手薄，计算并显示出该点位置的起道量、拨道量，进行数据汇总、轨道线形分析对比； (8)沿线路每5m测一点，完成该测站測量定位，进入下一站测量； (9)将轨道调整数据提交大机养整道作业。
3.根据权利要求I或2所述的有砟轨道工程上砟整道測量快速定位方法，其特征是所述全站仪离轨道小车棱镜目标点的观测距离应在两个相邻控制点以内，并在两个相邻CP III点间距的一半距离进行重叠点搭接測量。
全文摘要
本发明是一种有砟轨道工程上砟整道测量快速定位方法，其特征是利用全站仪后方交会或方向定位设站后，对轨道小车上的棱镜中心进行测量得到棱镜中心三维坐标，通过轨道小车几何参数换算出棱镜中心位置与对应里程处的钢轨中心位置，采用PDA测量手簿连接全站仪实现实时通讯，实时将全站仪实测三维坐标数据传输到测量手簿上，通过测量软件快速计算出所测位置与该里程位置的钢轨中心的设计数据，计算并显示出起道量、拨道量差值，指导大机养整道作业。本方法改变了传统的测量定位方式、减少了繁琐的测量步骤和测量误差，现场测量定位方便快捷，提高测量效率，具有人员配备少，设备物资少，工效高的特点。
文档编号E01B35/00GK102979018SQ20121049275
公开日2013年3月20日 申请日期2012年11月28日 优先权日2012年11月28日
发明者罗朱柠, 张军林, 刘育鸿, 姜攀 申请人:中铁十一局集团有限公司, 中铁十一局集团第三工程有限公司