无砟轨道施工测量控制网处理系统WZTCS

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1、无砟轨道施工测量控制网处理系统WZTCS中国中铁八局集团有限公司西南交通大学二OO九年三月目 录一、前言1二、研发的软件1三、适用范围1四、WZTCS外业数据采集及质量控制软件的主要功能3五、WZTCS数据平差计算软件的主要功能6六、WZTCS系统的主要功能特点 15七、WZTCS数据平差计算软件的创新点18八、WZTCS系统推广应用前景及使用情况19九、WZTCS系统评审意见21软件名称：无砟轨道施工测量控制网处理系统简称：WZTCS包括: 外业数据采集及质量控制软件 控制网数据平差计算软件研发单位：中国中铁八局集团有限公司 西南交通大学联系地址：四川省成都市金牛区金科东路68号中铁八局集团

2、 邮编：610036 四川省成都市二环路北一段111号西南交通大学土木学院 邮编：610031联系人及电话: 中铁八局 李劲 02887517170 13679058389 西南交通大学 岑敏仪 13550006089一、 前言根据“客运专线无碴轨道技术再创新工作的指导意见”（铁工管函20061006号）及2007年2月12日部科技司组织召开的无碴轨道技术再创新研发大纲审查会的会议精神，中铁八局和西南交通大学开展无碴轨道施工测量技术研究再创新工作，项目编号621。目的是在消化吸收国外的技术经验上,开发我国自主的无碴轨道施工测量软硬件技术。研发的无砟轨道施工测量控制网处理系统（WZTCS）软件,

3、能够解决无砟轨道施工测量控制网的数据采集工作，并进行现场质量检查;能够解决无砟轨道施工测量控制网的数据处理问题，满足客运专线无砟轨道铁路工程测量暂行规定对无砟轨道施工测量控制网CPIII网的数据处理要求.二、 研发的软件研发的软件名为：无砟轨道施工测量控制网处理系统(WZTCS）包括：外业数据采集及质量控制软件控制网数据平差计算软件三、 适用范围1、主副导线网参考德国海德坎普公司无砟轨道施工测量经验，在无砟轨道准备铺设前，先沿线路中线3050米布设200250米间距的主副导线点，标芯采用平高共用标芯,以附合导线加测副点的形式进行测量,简称主副导线网，每个测站观测5个方向和距离，如图1所示：图1

4、主副导线网2）边角后方交会网在无砟轨道正式铺设前,沿线路两侧在接触网支杆上或临时支杆上离线路中线1020米布设5070米间距的CP点，以边角后方交会网的形式进行测量，简称边角后方交会网.测站以26个CP基桩点和2个自由测站点为测量目标，每个CP点保证被测量3次，观测示意图如图2所示.图2边角后方交会网3)高程控制网边角后方交会网的CP基桩点建立后，同时也建立起了高程控制网。水准测量采用往返测，往返测时均观测轨道2侧的CP基桩点，每一测站应设站在观测目标的重心附近，采用顺时针的观测顺序，如图3所示.图3测站水准测量示意图高程测量按客运专线无碴轨道铁路工程测量暂行规定中的精密水准测量的要求施测，在

5、CP平面测量完成后进行，并起闭于二等水准基点。四、 WZTCS外业数据采集及质量控制软件的主要功能支持安装有 Mircosoft Windows Mobile Version 5.0以上和 Mircosoft Windows CE 5.0以上操作系统的电子手薄、PDA，可以充分利用用户现有的设备，而不用单独购买.应用蓝牙或有线传输的模式和智能性全站仪连接，目前支持Trimble S6/8系列智能全站仪和Leica1201/1800/2003智能型全站仪,预留拓普康智能全站仪接口.自动采集野外测量原始数据,并对数据进行质量控制。主要功能有:限差设置、测站设置、目标学习、自动观测、质量控制、追加测

6、回、分组观测等。 图 4 软件运行主界面图 5 新建工程 图 6 工程相关信息图7 限差设置 图8 测站设置图9目标点学习图10目标点输入图11自动测量图12测量数据检查外业测量数据采集及质量控制系统的主要功能框图如下：图13 主要功能框图外业测量数据采集及质量控制质量控制参数设置测量数据采集测站参数设置观测目标学习仪器自动观测检查补测数据平差数据输出五、 WZTCS数据平差计算软件的主要功能具有项目管理、外业数据质量检查、测站数据处理、输出Excel格式的观测手簿、控制网图形CAD输出功能；具有近似坐标推算、粗差探测、自由网平差、约束网平差、控制网置平、高程控制网平差等功能。可以处理无砟轨道

7、施工测量平面控制网的主副导线网、边角后方交会CPIII网2种网形和CPIII精密高程控制网。平面控制网支持Trimble HVSD（自定义）、PDA观测手簿格式（自定义）、Leica GSI格式，高程控制网支持Trimble M5、Leica GSI8格式.支持MS Windows 2000，XP,Vista等桌面电脑操作系统.测量数据处理模块（平面）数据质量控制测量数据输入测站平差控制图形输出控制网置平自由网平差约束网平差分段推算近似坐标近似坐标推算观测手簿输出数据平差处理系统主要功能框图如下:图14 主要功能框图测量数据处理模块（高程）数据质量控制测量数据输入测站平差高程网平差报表生成成果

8、提交近似高程推算观测手簿输出图15 主要功能框图WZTCS软件主要界面如下：图16主界面图17工程项目管理图18原始测站观测信息图19原始测点信息图20平面控制点数据导入图21高程控制点数据导入图22限差参数设置图23自由网平差参数设置图24约束网平差参数设置图25控制网置平参数设置图26高程平差界面图27限差参数设置图28 高程网闭合差检验图29 高程网平差结果软件整体流程图如下:图30 软件整体流程图软件的功能层次图如下：图31 软件功能层次图六、 WZTCS系统的主要功能特点1、系统的数据采集及质量控制软件能自动按测站、测回提取观测数据，按设置的限差进行质量检查、删除超限数据、追加新测回

9、数据、测站平差.可实现Trimble S6/S8机载及电子手簿的数据采集,能协同Leica智能型全站仪进行自动观测。完全遵循国内的测量规范要求,输出的文件、外业成果完整、正确；2、系统的数据采集及质量控制软件支持安装有 Mircosoft Windows Mobile Version 5.0以上和 Mircosoft Windows CE 5。0以上操作系统的电子手薄、PDA,可以充分利用用户现有的设备，而不用单独购买；3、系统的数据采集及质量控制软件支持分组观测原始数据的采集.在观测方向较多目标点间的夹角很小的情况下，以及在狭长地段如隧道内的CPIII网观测时，能解决全站仪不工作的情况，工程

10、使用非常实用；4、系统的数据采集及质量控制软件,实现了外业观测的自动测量、自动记录和人机交互式的质量控制,输出的文件包括含超限数据的最原始数据文件和已经质量检查后合格的成果文件，利于用户存档和分析比较。5、系统的数据采集及质量控制软件和数据平差计算软件实现了数据的无缝连接,使得CPIII网测量实现了内外业一体化的目标；6、系统的数据平差计算软件采用C+ Builder, Visual Fortran进行编程，采用面向对象和结构化程序编程技术.实现了友好的人机对话操作界面，易于学习和使用。7、系统的数据平差计算软件采用了优化设计，不存在死机和CPU、内存占满的情况，用户在进行CPIII网平差计算

11、时，还可以进行其他工作，比如上网、文字处理等，当平差计算完成时,软件采用提示音提示计算完毕,非常人性化。8、系统的数据平差计算软件，还可以对外业数据进行第二道质量把关，对进入软件计算的数据再次进行检查和统计，软件还支持Trimble HVSD、Leica GSI16数据格式，可以直接读取全站仪的原始数据,实现对国外测量的数据进行分析处理的能力。9、系统的数据平差计算软件采用了先进的观测点近似坐标推算方法，不存在推算不出近似坐标的问题，并且软件还具有分段推算近似坐标的功能，这对大型的CPIII控制网非常有用，减少计算时间，在统一平差时，减少迭代次数，提高平差计算速度，提高平差计算精度。10、系统

12、的数据平差计算软件具有高程投影面改正功能，能较好地适应地形起伏大和长大纵坡线路的无砟轨道CPIII控制网测量。11、系统的数据平差计算软件使用粗差判断方程技术，提供三级阈值报警功能,软件运用判断矩阵和可靠性理论进行误差分析和质量控制,从而使得粗差探测功能更实用可靠。12、系统的数据平差计算软件具有以下三种平差计算方法：（1）自由网平差（free net adjustment）(2)约束网平差（adjustment with fixed points）（3）控制网置平（adjustment with soft fixed points （with analysis） ）三种平差计算方法适用于不同

13、的情况,用户可以根据自己的需求选择平差计算的方法。13、系统的数据平差计算软件具有真正意义上的控制网置平功能,可以判断CPIII控制网测量质量和CPI、CPII的稳定性，其平差计算结果更能保证轨道的高平顺性要求；14、系统的数据平差计算软件已一次性处理过约30km长的CPIII控制网，不用分段计算.15、系统的输出成果内容丰富,结果文件有以下主要内容：自由网平差、约束网平差可输出：(1）CP验后观测量改正数及判断参数;（2）点位误差椭圆、观测边的相对点位误差椭圆参数;（3）平差后点位坐标、观测量平差结果、观测点的相对点位误差椭圆；（4）单位权中误差、自由网平差参数、约束网平差参数；控制网置平可

14、输出：（1）独立网平差观测量改正数及判断参数;（2)独立网平差点位坐标、点位误差椭圆、每条边的相对点位误差椭圆参数;(3)控制网刚性转换点位坐标、平差后加密点位坐标、观测量平差结果；（4）单位权中误差、控制网尺度系数;(5）控制网置平点位和测站坐标;（6）控制网置平后已知点坐标改正数、控制网置平已知点改正数及判断参数； (7)测量点的相对点位误差椭圆、控制网置平参数系统还可输出CPIII网的原始观测数据手薄文件、CPIII网控制网图。16、系统的数据采集及质量控制软件不但可以测量CPIII网，也可以测量平面任意网形的控制网；系统的数据平差计算软件不但可以计算CPIII网、主副导线网，也可以计算

15、任意的边角网,同时也可以计算任意水准网。17、WZTCS无砟轨道施工测量控制网处理系统,完全遵照现行的客运专线测量规范进行设计和开发，具有独立的自主知识产权。七、WZTCS数据平差计算软件的创新点1、采用赫尔默特方差分量估计的单位权中误差；多余观测分量的可靠性；控制网标准改善等指标来分析处理外业观测数据。与德国海特坎普公司使用软件对比测试，X、Y坐标和相邻点坐标差的较差统计中误差分别为0。4mm、0.2mm、0。4mm、0.3mm，其最大较差值1.6mm）.系统具有处理国外原始测量数据的能力，国内其它软件还不具有.2、可以计算任意方向的CPIII点位或相对点位中误差，国内其它软件还不具有。图3

16、2 中误差投影方向、高程投影面参数输入界面3、具有高程投影面改正功能,能较好地适应地形起伏大和长大纵坡线路的无砟轨道CPIII控制网测量。配合自由投影软件,可以从根本上解决高斯投影和高程投影变形的问题，国内国外其它软件还不具有.4、用判断矩阵和可靠性理论进行测量原始数据误差分析和质量控制,使得测量原始数据的粗差探测功能更实用可靠。系统提供三级阈值报警功能，国内其它软件还不具有。图33 阈值报警功能5、具有真正意义上的控制网置平功能，能判断CPIII控制网的测量质量；能判断高级点CPI、CPII的可靠性和稳定性，计算结果更能保证无砟轨道的高平顺性要求，国内其它软件还不具有。图34 置平结果与约束

17、平差结果对比图从图34中可以看出，当上一级控制点有误差时，置平的结果是一条光滑的曲线，说明线路的平顺性保持得很好；而约束平差的结果是一条突变的折线，线路的平顺性受到很大的影响.八、软件推广应用前景及使用情况1、软件推广应用前景分析为保证高速行车对线路平顺性的要求，线路必须具备准确的几何线性参数。无轨道铺设工艺复杂，一旦建成后将很难进行调整，若出现问题,将为整个工程的使用留下隐患，期间若想改善轨道几何参数将变得十分困难，必须花费高昂的代价进行弥补，因而无碴轨道的施工质量是客运专线建设能否成功的关键。CP控制网既是无砟轨道铺设的控制点，又是轨道运营维护的基准点，如何保证它的精确性、可靠性和可重复性

18、是无砟轨道施工测量的关键技术。无砟轨道施工测量控制网处理系统（WZTCS)软件,从根本上改变了传统的铁路工程测量软件的设计理念和单纯平差计算及精度评定的功能,运用误差和可靠性理论的最新成果,通过粗差探测技术确保测量数据处理的可靠性。无砟轨道施工测量控制网处理系统（WZTCS)软件可广泛应用于高速铁路及客运专线无砟轨道施工控制测量，形成拥有自主知识产权的无砟轨道施工测量技术.这对提升我国高速铁路无砟轨道施工测量技术水平有着积极的作用。2、软件使用情况系统从2007年3月开始研发，历时二年的时间。现在推出的软件版本，已经过中铁八局武广、石太客运专线及甬台温等多条客运专线的检验实算，效果良好。 系统已于2009年3月1日通过了由铁道部建设司组织，由部运输局,工管中心，经规院，铁一、二、三、四院，中铁设计咨询集团，中铁二、七、八局，西南交大、中南大学，武汉大学等单位的代表及专家的评审鉴定。九、WZTCS系统评审意见