GPS在高速铁路精密控制测量.doc
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GPS在高速铁路精密控制测量.doc
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摘要
为了改变铁路事业长期低水平徘徊,缓解铁路运输的紧张状况,大幅度扩大旅客运输和货物运输能力,现阶段,我国大力倡导发展高速铁路。
高速铁路具有速度快、价格公道、运输量大等特点,同时保证安全和舒适性也是发展高速铁路的主要目标。
高速列车运营安全和舒适性的首要条件是轨道的高平顺性,它依赖于轨道铺设和养护维修过程中的高质量,则需要应用精密的测量技术。
由于任何一种测量工作都会产生误差,所以必须采取一定测量程序和方法,以防止误差的积累。
为了解决这个问题,在实际测量中,我们一般先在测区建立控制网,以此为基础,分别从各个控制点开始施测附近的碎部点。
因此为了保证高速铁路运营安全和舒适性,亟待我们建立一套系统、合理的精密控制网作业和数据处理模式,为后期线路施工和维护提供保障,进而保证轨道的高平顺性。
本文以高速铁路精密控制测量相关资料、规范和理论知识为指导,结合实例,对高速铁路精密工程控制建网技术若干问题进行分析和研究。
关键词:
全球定位系统,精密控制测量
ABSTRACT
InordertochangetherailwaybusinesshasstayedataLong-termandimprovesthestressstatusofrailwaytransportationandsubstantialincreasesofpassengerandcargotransportcapacity,nowadays,ourcountryattachesgreatimportancetothedevelopmentofhigh-speedrailway.Withthefast、fairpricesfeaturesandhighfreightvolume,itisalsoaimportantgoalofdevelopmentofhigh-speedrailwayissafetyandcomfort.TheprimaryconditionforHigh-speedtrain’ssafetyandcomfortishighridecomfortorbitwhichdependsonthetracklayingandmaintenanceofhigh-qualityprocess,andneedstheapplicationofsophisticatedmeasurementtechniques.
Becauseoftheworkofanykindofmeasurementwillhaveerrors,itmustbetakentoacertainmeasurementproceduresandmethodstopreventtheaccumulationofthoseerrors.Tosolvethisproblem,wesurveyedthegeneralareabeforetheestablishmentofcontrolnetwork,andmeasureddetailpointsnearbyfromthebeginningofeachcontrolpointrespectivelyinpracticalmeasurement.Therefore,inordertoensuresafeandcomfortableofhigh-speedrailwayoperational,weneedtosetupasystematic,reasonablesophisticatedcontrolnetworkanddata-processingmodeofoperationforconstructionandmaintenanceofthelatterrailwayline,istoprovideprotectiontoensureorbithighridecomfort.
Withtheinformation,standardandtheoreticalknowledgeofhigh-speedrailway’sprecisioncontrolsurveyofhigh-speedrailwayandexamples,thispaperanalysisandresearchonanumberofissuesofprecisionengineeringofhigh-speedrailwaycontrolnetworktechnical.
KEYWORDS:
GlobalPositioningSystem(GPS),sophisticatedcontrolmeasurement
目录
摘要 -1-
ABSTRACT -2-
第1章绪论 -5-
1.1引言 -5-
1.2测量的基础知识 -7-
1.2.1参考椭球面定位 -7-
1.2.2测量坐标系 -9-
1.2.3高斯一克吕格投影 -10-
1.3.1GPS测量技术概况 -16-
1.3.2GPS定位原理 -18-
2.2主要设计标准 -32-
2.3主要测量工作内容 -32-
2.4高速铁路测量技术要求 -34-
2.5二等水准网复测和加密 -36-
2.2GPS控制测量与数据处理分析原理 -38-
2.2.4GPS控制网数据处理及精度分析原理 -38-
第3章高速铁路GPS控制网优化设计 -47-
3.1GPS网优化设计指标 -47-
3.2GPS网优化设计 -50-
3.2.1GPS零类优化设计 -50-
3.2.2GPS网一类优化设计 -52-
3.2.3GPS网二类优化设计 -55-
3.2.4GPS网三类优化设计 -56-
结论 -56-
致谢 -59-
参考文献 -60-
第1章绪论
1.1引言
近年来,作为国家基础建设的铁路建设得到了飞速发展。
我国的铁路曾先后经历了六次提速,提速线路由少到多,迅速扩展,初步形成了“四纵四横”、覆盖六大主要干线(京沪、京广、京哈、京九、陇海、浙赣)的提速网络。
这六次提速结束了我国铁路运营速度长期低水平徘徊的历史,,使我国进入了高速铁路建设时期。
根据铁道联盟(UIC)的定义:
高速铁路指允许速度达到250km/h的客运专线,或允许速度达到200km/h的既有线。
安全是实施高速铁路系统建设最核心、最关键和最根本的问题。
列车时速达到200km及以上,对铁路安全提出了更高的要求。
高速列车运营安全和舒适性的首要条件是轨道的高平顺性,它依赖于轨道铺设和养护维修过程中的高质量,而获得高质量轨道几何线形的基础是精密的控制测量技术。
因此,研究确定铁路提速改造建筑施工精密测量标准及方法,不仅是施工的需要,也是今后线路养护维修工作的基础和保证。
为了保障高速铁路设计优化和合理施工,与之相关的基础控制测绘工作的重要性不言而喻。
高速轨道工程精度高,传统测量中控制网网形布设,观测和数据处理方法已显不足,再加之原有铁路控制网精度偏低、桩点密度不足,以及桩点稳固性差等问题己不同程度地影响到线下工程的施工和运营养护维修观测工作,因此建立轨道铁路提速或改造建筑施工精密测量控制网也是急需的[1]。
随着社会的高速发展,测绘技术也得到了广泛的应用,尤其是GPS测绘技术,己经用于轨道工程建设的方方面面。
从首级控制到轨道线路的施工放样,GPS技术都发挥着重要的作用。
GPS应用于高速轨道控制测量,其工作量大,作业时间长,施工线路狭长,要求精度高,而其高程精度低[2],亟待我们结合水准测量技术,建立一套合理作业和数据处理方式,为后期线路施工和维护提供保障,进而保证轨道的高平顺性。
1.2测量的基础知识
1.2.1参考椭球面定位
测量主要研究对象是自然表面,但地球是表面极不规则的椭球体。
由于地球上海洋面积约占71%,测量中就把地球的形状看成由静止的海水面向陆地延伸并围绕整个地球形成的某种形状。
于是人们把一个假想的与静止的海水面重合并向陆地延伸且包围整个地球的特定重力等位面称为大地水准面,而地球上重力的作用线称为铅垂线。
然而大地水准面是一个略有起伏的不
规则的曲面,无法用数学公式精确表达。
后来,经过长期的测量实践表明,地球形状可近似的看成一个两极稍扁的旋转椭球,即一个椭圆绕其轴旋转而形成的形体,其形状表面可用数学公式准确的表达出来。
于是人们就用与某个区域或者国家大地水准面最为密合的椭球体来代替大地水准面作为测量计算的基准面,此椭球体称为参考椭球体,椭球面称为参考椭球面。
几何大地测量中,椭球的形状和大小通常用长半轴a、短半轴b和扁率表示:
要使某参考椭球面在一个国家和地区范围内与大地水准面最佳拟合,就需要对该参考椭球定位。
其定位方法分为:
单点定位法和多点定位法。
如图2.1所示:
在一个国家的适当地点选定一地面点P作为大地原点,并在该点进行精密的天文测量和高程测量。
将P点沿铅垂线方向投影到大地水准面上得到P′点,设想大地水准面与参考椭球面在P′点相切,椭球面上P′点的法线与该点对大地水准面的铅垂线重合,令椭球短轴与地球自转轴平行,其轨道面与地球赤道面平行,称为单点定位法。
利用大地控制网布设掌握的一定数量的天文大地重力测量点数据和已有参考椭球参数进行椭球定位,此称为多点定位法。
1.2.2测量坐标系
为了确定地面点的空间位置,就需要建立相应的坐标系。
测量中常见的坐标系有:
大地坐标系、空间直角坐标系、WGS-84坐标系和平面直角坐标系。
在大地坐标系中,地面上一点的空间位置用该点在地球的大地纬度B、大地经度L和该点沿椭球面法线到椭球面的距离H表示;空间直角坐标系是以参考椭球体的中心O为原点,起始子午面与赤道面的交线为X轴,赤道面上与X轴正交的方向为Y轴,椭球体旋转轴为Z轴,构成右手直角坐标系O-XYZ,P点的坐标为OP在这三个坐标轴的投影x、y、z表示;WGS-84坐标系是全球定位系统(GPS)采用的坐标系,属地心空间直角坐标系。
其原点位于地球质心,Z轴指向BIH1984.0
定义的协议地球极(CIP)方向,X轴指向BIH1984.0的
零子午面和CIP赤道交点,Y轴垂直于X、Z轴,构成X、Y、Z右手直角坐标系;平面直角坐标系的建立是由于建设规划、设计一般在平面上进行的,因此需要把空间点的位置和地面图形表示在平面上,建立平面直角坐标系。
测量中常采用:
独立平面直角系、建筑施工坐标系和高斯平面直角系,它们纵轴为X轴,表示南北方向,向北为正,横轴为Y轴表示东西方向,向东为正。
1.2.3高斯一克吕格投影
为了便于测量和计算,需要把参考椭球面上的要素转化到平面上,就需要采用投影方法。
高斯克-吕格投影是横轴等角圆柱投影,又称之为横轴墨卡托投影(UTM)。
主要是设想有一个椭圆柱面横套在地球椭球体外面,使他与椭球上某一子午线相切,椭圆柱的中心轴通过椭球体中心,然后用一定投影方法,将子午线两侧各一定范围内的地区投影到椭球圆柱面上,再将此圆柱面展开即成为投影面。
在投影面上,投影为相互垂直直线的中央子午线和赤道交点作
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