基于全站仪免置平设站的轨道定位坐标计算方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种基于全站仪免置平设站的轨道定位坐标计算方法与装置，该方法包括如下步骤：将全站仪固结于轨检仪上，轨检仪静置于轨道上之后，通过轨检仪测量得到当前里程值以及当前水平角，并测量得到各个CPIII控制点在全站仪坐标系下的三维坐标值，通过免置平设站算法计算得到全站仪站点坐标；根据当前里程值确定得到距离当前轨道位置最近的轨道第一设计中线点以及轨道第二设计中线点，根据轨道第一设计中线点以及轨道第二设计中线点的三维坐标计算得到轨道方向角以及坡度角；根据轨道方向角、当前水平角以及坡度角，计算得到大地坐标系下的轨道中线坐标。本发明专利技术提出的轨道定位坐标计算方法，可提高所定位的坐标的精度，满足了实际应用需求。

Calculating Method and Device of Orbital Positioning Coordinate Based on Total Station Settlement-free Leveling Station

【技术实现步骤摘要】
基于全站仪免置平设站的轨道定位坐标计算方法及装置
本专利技术涉及工程测量
，特别涉及一种基于全站仪免置平设站的轨道定位坐标计算方法及装置。
技术介绍
在中国高速铁路的建设和维护中，保证线路具有高定位精度和高平顺性精度，是高速铁路测量和精调的核心目标。目前，我国高速铁路测量和精调主要采用的是基于CPIII控制网的绝对测量模式，该模式以客运专线轨道测量仪为代表，通过测量轨道的三维坐标控制轨道绝对位置和线路线形。其测量过程可总体概括为：全站仪在三脚架上置平和自由设站、小车棱镜坐标测量、小车姿态测量和轨道中线坐标计算。获得轨道三维坐标后，结合线路设计资料，可计算出线路绝对位置偏差和相对平顺性偏差(依据轨道前后测点的绝对位置偏差计算得到)。目前，绝对测量模式使用广泛，但其超低的测量效率以及中短波的平顺性测量精度的不足，正在越来越受到人们的诟病。而采用相对测量模式，以轨道检查仪为代表，虽然相对测量模式不具备控制轨道的绝对位置的能力，但其中短波平顺性测量精度高，可迅速消除TQI超限，提高轨道质量指数，可按4km/h速度连续测量，大大提高测量效率，逐步在高速铁路轨道精调测量中占据一席之地。具体的，采用绝对测量小车按间隔(30米/点)测量轨道绝对位置，采用轨道检查仪连续推行测量轨道相对位置，将测量仪测量的轨道绝对数据导入轨检仪相对测量软件，进行轨道绝对定位数据与轨道相对轨迹数据之间的数据融合，实现控制轨道绝对位置的同时，控制轨道的相对平顺性，即“绝对+相对”测量模式。然而，此种测量模式，由于存在设站的方向角误差以及棱镜测量的测角误差，导致轨道定位精度不高的问题。专利技术内容基于此，本专利技术的目的是为了解决现有技术中，采用“绝对+相对”测量模式，由于存在设站的方向角误差以及棱镜测量的测角误差，导致轨道定位精度不高的问题。本专利技术提出一种基于全站仪免置平设站的轨道定位坐标计算方法，其中，所述方法包括如下步骤：将全站仪固结于轨检仪上，所述轨检仪静置于轨道上之后，通过轨检仪测量得到当前里程值以及当前水平角，并测量得到各个CPIII控制点在全站仪坐标系下的三维坐标值，通过免置平设站算法计算得到全站仪站点坐标；根据所述当前里程值确定得到距离当前轨道位置最近的轨道第一设计中线点以及轨道第二设计中线点，根据所述轨道第一设计中线点以及所述轨道第二设计中线点的三维坐标计算得到轨道方向角以及坡度角；根据所述轨道方向角、所述当前水平角、所述当前轨距值以及所述坡度角，计算得到大地坐标系下的轨道中线坐标。本专利技术提出的基于全站仪免置平设站的轨道定位坐标计算方法，在将全站仪固结于轨检仪上，将轨检仪静置于轨道上之后，进行免置平设站并计算得到全站仪站点坐标，通过测量小车的当前里程值确定得到距离最近的轨道第一设计中线点以及轨道第二设计中线点，并根据上述轨道第一设计中线点以及轨道第二设计中线点的三维坐标计算得到轨道方向角以及坡度角，由于轨道方向角以及坡度角的计算是通过精准的位置坐标进行计算的，因此根据轨道方向角、当前水平角以及坡度角可精准地计算得到大地坐标系下的轨道中线坐标，提高了精确度。所述基于全站仪免置平设站的轨道定位坐标计算方法，其中，根据所述当前里程值确定得到距离当前轨道位置最近的轨道第一设计中线点以及轨道第二设计中线点的方法包括如下步骤：以|l-li|的最小值作为目标值，在预设线性数据库中查找确定距离当前轨道位置最近的轨道第一设计中线点Ai以及轨道第二设计中线点Ai+1，其中轨道第一设计中线点Ai的三维坐标为(xi,yi,zi)，轨道第二设计中线点Ai+1的三维坐标为(xi+1,yi+1,zi+1)，l为所述当前里程值，li以及li+1分别为所述轨道第一设计中线点以及所述轨道第二设计中线点的里程值，xi以及xi+1为北坐标，yi以及yi+1为东坐标，zi以及zi+1为高程。所述基于全站仪免置平设站的轨道定位坐标计算方法，其中，根据所述轨道第一设计中线点以及所述轨道第二设计中线点的三维坐标计算得到轨道方向角以及坡度角的方法包括如下步骤：其中所述坡度角a的计算公式为：所述基于全站仪免置平设站的轨道定位坐标计算方法，其中，所述轨道方向角θ的计算公式为：所述基于全站仪免置平设站的轨道定位坐标计算方法，其中，所述根据所述轨道方向角、所述当前水平角以及所述坡度角，计算得到全站仪坐标系下的轨道中线坐标的方法包括如下步骤：根据所述轨道方向角、所述当前水平角、所述坡度角以及轨检仪坐标系下的轨道中线坐标，计算得到大地坐标系下的轨道中线坐标。所述基于全站仪免置平设站的轨道定位坐标计算方法，其中，所述轨检仪坐标系下的轨道中线坐标(X′c,Y′c,Z′c)的表达式为：其中，D为左轨到X′-O′-Z′平面的横向距离，H为轨检仪坐标系下的轨道中线点到X′-O′-Y′平面的垂向距离，g为轨距。所述基于全站仪免置平设站的轨道定位坐标计算方法，其中，计算所述大地坐标系下的轨道中线坐标(X,Y,Z)的公式为：所述基于全站仪免置平设站的轨道定位坐标计算方法，其中，所述方法还包括如下步骤：根据所述全站仪坐标系下的轨道中线坐标(X,Y,Z)、轨道第一设计中线点Ai的三维坐标以及轨道第二设计中线点Ai+1的三维坐标计算得到线路横向偏差以及垂向偏差。所述基于全站仪免置平设站的轨道定位坐标计算方法，其中，所述线路横向偏差的表达式为：所述垂向偏差的表达式为：其中，本专利技术还提出一种基于全站仪免置平设站的轨道定位坐标计算装置，其中，所述装置包括：第一计算模块，用于将全站仪固结于轨检仪上，所述轨检仪静置于轨道上之后，通过轨检仪检测得到当前里程值、当前水平角以及当前轨距值，并测量得到各个CPIII控制点在全站仪坐标系下的三维坐标值，通过免置平设站算法计算得到全站仪站点坐标；第二计算模块，用于根据所述当前里程值确定得到距离当前轨道位置最近的轨道第一设计中线点以及轨道第二设计中线点，根据所述轨道第一设计中线点以及所述轨道第二设计中线点的三维坐标计算得到轨道方向角以及坡度角；第三计算模块，用于根据所述轨道方向角、所述当前水平角以及所述坡度角，计算得到大地坐标系下的轨道中线坐标。本专利技术的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。附图说明图1为本专利技术第一实施例提出的基于全站仪免置平设站的轨道定位坐标计算方法的流程图；图2为本专利技术第一实施例中车载全站仪免置平设站示意图；图3为本专利技术第一实施例中小车空间直角坐标系下的横垂向偏差示意图；图4为本专利技术第二实施例提出的基于全站仪免置平设站的轨道定位坐标计算装置的结构示意图。具体实施方式为了便于理解本专利技术，下面将参照相关附图对本专利技术进行更全面的描述。附图中给出了本专利技术的首选实施例。但是，本专利技术可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本专利技术的公开内容更加透彻全面。除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本专利技术的
的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本专利技术的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本专利技术。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。采用绝对测量小车按间隔(30米/点)测量轨道绝本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于全站仪免置平设站的轨道定位坐标计算方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：将全站仪固结于轨检仪上，所述轨检仪静置于轨道上之后，通过轨检仪测量得到当前里程值、当前水平角和当前轨距值，并测量得到各个CPIII控制点在全站仪坐标系下的三维坐标值，通过免置平设站算法计算得到全站仪站点坐标；根据所述当前里程值确定得到距离当前轨道位置最近的轨道第一设计中线点以及轨道第二设计中线点，根据所述轨道第一设计中线点以及所述轨道第二设计中线点的三维坐标计算得到轨道方向角以及坡度角；根据所述轨道方向角、所述当前水平角、所述当前轨距值以及所述坡度角，计算得到大地坐标系下的轨道中线坐标。

【技术特征摘要】
1.一种基于全站仪免置平设站的轨道定位坐标计算方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：将全站仪固结于轨检仪上，所述轨检仪静置于轨道上之后，通过轨检仪测量得到当前里程值、当前水平角和当前轨距值，并测量得到各个CPIII控制点在全站仪坐标系下的三维坐标值，通过免置平设站算法计算得到全站仪站点坐标；根据所述当前里程值确定得到距离当前轨道位置最近的轨道第一设计中线点以及轨道第二设计中线点，根据所述轨道第一设计中线点以及所述轨道第二设计中线点的三维坐标计算得到轨道方向角以及坡度角；根据所述轨道方向角、所述当前水平角、所述当前轨距值以及所述坡度角，计算得到大地坐标系下的轨道中线坐标。2.根据权利要求1所述的基于全站仪免置平设站的轨道定位坐标计算方法，其特征在于，根据所述当前里程值确定得到距离当前轨道位置最近的轨道第一设计中线点以及轨道第二设计中线点的方法包括如下步骤：以|l-li|的最小值作为目标值，在预设线性数据库中查找确定距离当前轨道位置最近的轨道第一设计中线点Ai以及轨道第二设计中线点Ai+1，其中轨道第一设计中线点Ai的三维坐标为(xi,yi,zi)，轨道第二设计中线点Ai+1的三维坐标为(xi+1,yi+1,zi+1)，l为所述当前里程值，li以及li+1分别为所述轨道第一设计中线点以及所述轨道第二设计中线点的里程值，xi以及xi+1为北坐标，yi以及yi+1为东坐标，zi以及zi+1为高程。3.根据权利要求2所述的基于全站仪免置平设站的轨道定位坐标计算方法，其特征在于，根据所述轨道第一设计中线点以及所述轨道第二设计中线点的三维坐标计算得到轨道方向角以及坡度角的方法包括如下步骤：其中所述坡度角a的计算公式为：。4.根据权利要求3所述的基于全站仪免置平设站的轨道定位坐标计算方法，其特征在于，所述轨道方向角θ的计算公式为：。5.根据权利要求2所述的基于全站仪免置平设站的轨道定位坐标计算方法，其特征在于，所述根据所述轨道方向角、所述当前水平...

【专利技术属性】
技术研发人员：陶捷，朱洪涛，吴维军，
申请(专利权)人：江西日月明测控科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：江西,36