CN111811466B - 一种既有线有砟铁路线路参数及养护的测量方法 - Google Patents

一种既有线有砟铁路线路参数及养护的测量方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种既有线有砟铁路线路参数及养护的测量方法，应用于铁路轨道检测领域，针对现有技术未充分考虑全线的整体线路状况，造成部分线路越拨越偏离原设计位置，道砟越来越高已至于影响行车安全的问题；本发明在《铁路工程测量规范》(TB10101‑2018)的基础上，首先利用少量点的平面坐标及高程信息，形成初步线路参数，利用惯导小车或者静态小车等设备对轨道信息进行快速采集，然后对轨道数据进行拟合，形成与现状更加匹配的线路参数，同时计算出起拨道量，为线路不良提供基础数据，从而解决传统测量铁路线路参数效率低，自动化程度不高，形成一套快速的检测轨道现状的解决方案。

Description

一种既有线有砟铁路线路参数及养护的测量方法
技术领域
本发明属于工程测绘技术领域，特别涉及一种铁路轨道检测技术。
背景技术
众所周知，轨道线型分为平面线型和竖面线型。平面线型主要由直线、缓和曲线与圆曲线三类组成，如图1所示。在平面内，两点之间直线最短，因此线路大部分都是由直线组成。同时，由于受地形、地质、技术条件等的限制和经济发展的需要，铁路线路的方向要不断改变。为了保持线路的圆顺，在改变方向的两相邻直线需用平面曲线连接起来。平面曲线有两种形式，即圆曲线和缓和曲线。当出现坡度变化时，也必须有曲线连接，这种连接不同坡度的曲线称为竖曲线。竖面线型也由直线、圆曲线和缓和曲线三类组成。
既有铁路，特别是2009年之前修建完成的铁路，由于各种原因造成既有资料缺失，并经历多年维修，因此无法收集正确的线路资料。2009年之后，为适应铁路工程建设和运营管理需要，铁路工程勘测、施工、运营维护三个阶段的平面、高程控制网必须采用统一的尺度和起算基准，即“三网合一”。在该理念尚未建立之前，因此大多数既有铁路绝对位置偏差较大，小范围内的相对平顺性较好，能够满足低速运行需要，但对于既有线的运营维护和提速改造带来了很大的影响。
现有的检测轨道现状的方法包括：(1)采用全站仪结合静态轨道检测小车测量线路中线坐标，然后计算线路的与设计位置的偏差，结合实际情况给出拨道量和起落道量。(2)对于轨向不良段落，采用全站仪结合小工具测量左轨或者右轨的坐标，经过优化给出拨道量。(3)采用GNSS采用线路中线坐标，其绝对精度较低，使用较少。(4)对于高低不良段落，采用水准仪测量钢轨顶面高程，经过优化给出起落道量。
目前，针对既有线有砟铁路，特别是低速铁路，通常只是局部范围解决轨向、高低等不良段落，未充分考虑全线的整体线路状况，造成部分线路越拨越偏离原设计位置，道砟越来越高已至于影响行车安全，归根到底，现在缺乏一种争对既有线有砟铁路必要的快速检测轨道现状的解决方案。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提出一种既有线有砟铁路线路参数及养护的测量方法，实现了利用少量点的平面坐标及高程信息，形成初步线路参数。
本发明采用的技术方案为：一种既有线有砟铁路线路参数及养护的测量方法，如图2包括：
S1、根据《铁路工程测量规范》(TB10101-2018)的要求布设并测量CPII、CPIII控制网；
S2、计算线路平面参数与纵坡参数；具体的：
S21、若没有CPIII成果，计算线路平面参数与纵坡参数，包括以下分步骤：
S211、判断是否能收集到平面设计参数，这里的平面设计参数指曲线半径和缓和曲线长度，若能收集到平面设计参数，则执行步骤S212；否则完全收集不到平面设计参数，执行步骤S213；
S212、计算每相邻两条直线的交点坐标，并根据收集的平面设计参数配置初始平面设计参数；然后执行步骤S241；
S213、计算每相邻两条直线的交点坐标，并且在每条圆曲线处每隔第一距离采集至少3个点的平面坐标，根据采集的平面坐标计算出圆曲线半径，根据计算的圆曲线半径配置初始平面设计参数；然后执行步骤S214；
所述第一距离至少为20米；
还包括：缓和曲线长度取值为50米；
S214、判断是若能收集纵坡参数，若是，则利用收集的纵坡参数作为初始的纵坡设计参数；否则，在CPII或CPIII控制网测量系下在线路里程每隔第二距离测量一个轨道高程，作为初始的变坡点高程；然后执行步骤S3；
所述第二距离取值为500米左右；
S22、若有CPIII成果，计算线路平面参数与纵坡参数，包括以下分步骤：
S221、以相邻左右侧CPIII的中线点作为轨道上的测量点，并将计算得到的每相邻两条直线的交点坐标、圆曲线半径，依次作为初始平面设计参数；然后执行步骤S222；
S222、根据CPIII高程得到变坡点的高程，以此作为初始的纵坡设计参数；然后执行步骤S3；
具体的：将CPIII高程减去根据预埋要求CPIII点所高于轨面高程的数据，从而得到变坡点的高程；
S3、根据初始的平面参数与初始的纵坡设计参数，利用惯导小车或者静态小车等进行轨道的外业采集，计算出轨道的实际坐标；
S4、根据测量的实际坐标，拟合出与轨道现状最贴近的平面参数、纵坡参数；
S5、根据拟合的平面、纵坡参数，重新计算轨道的坐标和平面偏差和高程偏差，并给出拨道量以及起落道量。
本发明的有益效果：本发明在《铁路工程测量规范》(TB10101-2018)的基础上，首先利用少量点的平面坐标及高程信息，形成初步线路参数，利用惯导小车对轨道信息进行快速采集，然后对轨道数据进行拟合，形成与现状更加匹配的线路参数，同时计算出起拨道量，为线路不良提供基础数据，从而解决传统测量铁路线路参数效率低，自动化程度不高，形成一套快速的检测轨道现状的解决方案。
附图说明
图1为铁路线路平面线型示意图；
图2为本发明的方法流程图；
图3直线线路上的坐标点；
图4为曲线线路上的坐标点；
图5为某专用线初始平面偏差波形图；
图6为某专用线初始高程偏差波形图；
图7为某专用线拟合后平面偏差波形图；
图8为某专用线拟合后高程偏差波形图；
图9为某隧道平面偏差示意图；
图10为某隧道高程偏差示意图；
图11为某隧道拟合后平面偏差示意图；
图12为某隧道拟合后高程偏差示意图。
具体实施方式
为便于本领域技术人员理解本发明的技术内容，下面结合附图对本发明内容进一步阐释。
第一步：根据《铁路工程测量规范》(TB10101-2018)的要求布设并测量CPII、CPIII控制网。
第二步：本实施例以是否有有CPIII成果，分为两种处理方法，具体如下：
方法一：
A1、若能够收集线路的圆曲线半径及缓和曲线长度等平面参数，在CPII或CPIII控制网测量系下测量每条直线间隔100米左右的任意两点的坐标；直线线路上的坐标点如图3所示；
A2、按照公式(1)计算出每相邻两条直线的交点坐标，根据收集的平面参数配置初始平面设计参数，如表1；
表1：初始平面设计参数
Figure GDA0002967293530000041
Figure GDA0002967293530000042
式中：K12、K34表示直线上点1、2与点3、4的斜率；X1、Y1表示直线上点1的测量坐标；X2、Y2表示直线上点2的测量坐标；X3、Y3表示直线上点3的测量坐标；X4、Y5表示直线上点4的测量坐标；XJD、YJD表示交点的计算坐标。
A3、若完全收集不到平面设计参数，除了在直线段测量2个点外，在每条圆曲线处至少间隔20米采集3个点或者以上的平面坐标，如图4所示，按照公式(2)计算出圆曲线半径，根据计算的圆曲线半径配置初始平面参数，缓和曲线长度可以统一取为50米。
Figure GDA0002967293530000051
式中：X5、Y5表示圆曲线上点5的测量坐标；X6、Y6表示圆曲线上点6的测量坐标；X7、Y7表示圆曲线上点7的测量坐标；XO、YO表示圆心4的计算坐标；R表示计算出的圆曲线半径；XJD、YJD表示交点的计算坐标。
本步骤中间隔20米是根据经验取值，实际应用中取值需要考虑：取值若太小，则距离过短，会影响圆曲线半径的拟合精度；本实施例为保证拟合精度，经过多次实验，取值为间隔20米。
(2)若能收集纵坡参数，利用收集的纵坡参数作为初始的纵坡设计参数；若收集不到纵坡参数，在CPII或CPIII控制网测量系下在线路里程每隔500米左右测量一个轨道高程，作为初始的变坡点高程，形成初始的纵坡设计参数如表2。这里的间隔500米是根据经验取值的；若取值过多则现场收集难度较大；取值过少，测量值跟线路参数计算误差较大，具体看线路实际情况，比如30公里，需测量60个点，则每隔500m左右是比较合适的。
表2：初始纵坡线路参数
里程 变坡点高程 竖曲线半径
0 348.658 0
499.863 349.546 0
1000.125 350.758 0
方法二：
B1、若有CPIII成果，以相邻左右侧CPIII的中线点作为轨道上的测量点，利用公式(1)、(2)计算交点的成果和圆曲线半径，依次作为初始平面设计参数；
B2、根据埋设要求CPIII点一般高于轨顶30-50cm，轨道顶面高程可利用CPIII高程减去30cm作为变坡点的高程，以此作为初始的纵坡设计参数。
第三步：线路平面、纵坡参数是惯导小车测量的前提，若无线路参数，静态小车和惯导小车都无法测量。根据初始的平面参数与初始的纵坡设计参数，利用惯导小车或者静态小车进行轨道的外业采集，计算出轨道的实际坐标。一般来说，惯导小车测量效率是静态小车测量效率的5-10倍，由于天窗时间短，采用惯导小车更有利于提高测量效率。
第四步：根据测量的实际坐标，利用线路拟合软件基于大机养护的既有铁路轨道平顺性检测及优化评估***，拟合出与轨道现状最贴近的平面、纵坡参数。
本步骤中的基于大机养护的既有铁路轨道平顺性检测及优化评估***为现有的已知技术，软件登记号为：2018SR871016。
第五步：根据拟合的平面、纵坡参数，重新计算轨道的坐标和平面偏差和高程偏差，并给出拨道量以及起落道量，为线路整治提供基础数据。
具体的可根据现有技术实现步骤五，所述实现过程均为现有技术；比如采用惯导轨道几何状态动态检测仪(CN209553210U)及具体方法参考《一种轨道平顺性检测分析的方法》(CN109823362A)实现根据线路参数测量并计算轨道的偏差。
例1：
某铁路专用线，线路长度29.5公里，38条曲线，收集了部分设计资料，采用方法1建立初始平面和纵坡设计参数，其轨道平面偏差波形图如图5，高程偏差波形如图6；通过优化后平面偏差如图7，优化后高差偏差如图8。根据本实例可以说明本发明提出的方法一，能利用少量点的平面坐标及高程信息，形成初步线路参数，最终为线路不良提供基础数据。
例2：
某隧道收集不到设计参数，从现场观察属于直线，因此采用方法2的内容建立初始平面和纵坡设计参数。其轨道平面偏差波形图如图9，高程偏差波形如图10；通过优化后平面偏差如图11，优化后高差偏差如图12。根据本实例可以说明本发明提出的方法二，能利用少量点的平面坐标及高程信息，形成初步线路参数，最终为线路不良提供基础数据。
综上，本发明的方法利用少量点的平面坐标及高程信息，形成初步线路参数，利用惯导小车对轨道信息进行快速采集，然后对轨道数据进行拟合，形成与现状更加匹配的线路参数，同时计算出起拨道量，为线路不良提供基础数据，从而解决传统测量铁路线路参数效率低，自动化程度不高的技术难题。
本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。

Claims (7)

1.一种既有线有砟铁路线路参数及养护的测量方法，其特征在于，包括：
S1、根据《铁路工程测量规范》的要求布设并测量CPII、CPIII控制网；
S2、计算线路平面参数与纵坡参数；具体的：
S21、若没有CPIII成果，计算线路平面参数与纵坡参数，包括以下分步骤：
S211、判断是否能收集到平面设计参数，这里的平面设计参数指曲线半径和缓和曲线长度，若能收集到平面设计参数，则执行步骤S212；否则完全收集不到平面设计参数，执行步骤S213；
S212、计算每相邻两条直线的交点坐标，并根据收集的平面设计参数配置初始平面设计参数；然后执行步骤S3；
S213、计算每相邻两条直线的交点坐标，并且在每条圆曲线处每隔第一距离采集至少3个点的平面坐标，根据采集的平面坐标计算出圆曲线半径，根据计算的圆曲线半径配置初始平面设计参数；然后执行步骤S3；
S214、判断是否能收集纵坡参数，若是，则利用收集的纵坡参数作为初始的纵坡设计参数；否则，在CPII或CPIII控制网测量系下在线路里程每隔第二距离测量一个轨道高程，作为初始的变坡点高程；然后执行步骤S3；
S22、若有CPIII成果，计算线路平面参数与纵坡参数，包括以下分步骤：
S221、以相邻左右侧CPIII的中线点作为轨道上的测量点，并将计算得到的每相邻两条直线的交点坐标、圆曲线半径，依次作为初始平面设计参数；然后执行步骤S222；
S222、根据CPIII高程得到变坡点的高程，以此作为初始的纵坡设计参数；然后执行步骤S3；
S3、根据初始的平面参数与初始的纵坡设计参数，利用惯导小车或者静态小车进行轨道的外业采集，计算出轨道的实际坐标；
S4、根据测量的实际坐标，拟合出与轨道现状最贴近的平面参数、纵坡参数；
S5、根据拟合的平面、纵坡参数，重新计算轨道的坐标和平面偏差和高程偏差，并给出拨道量以及起落道量。
2.根据权利要求1所述的一种既有线有砟铁路线路参数及养护的测量方法，其特征在于，计算每相邻两条直线的交点坐标公式为：
Figure FDA0003013397870000021
记相邻两条直线为第一直线与第二直线，则K12表示第一直线上点1与点2连线的斜率，K34表示第二直线上点3与点4连线的斜率；X1表示第一直线上点1的测量北坐标，Y1表示直线上点1的测量东坐标；X2表示第一直线上点2的测量北坐标，Y2表示第一直线上点2的测量东坐标；X3表示第二直线上点3的测量北坐标，Y3表示第二直线上点3的测量东坐标；X4表示第二直线上点4的测量北坐标，Y4表示第二直线上点4的测量东坐标；XJD表示第一直线与第二直线交点的计算北坐标，YJD表示第一直线与第二直线交点的计算东坐标。
3.根据权利要求1所述的一种既有线有砟铁路线路参数及养护的测量方法，其特征在于，计算圆曲线半径公式为：
Figure FDA0003013397870000022
式中：X5表示圆曲线上点5的测量北坐标，Y5表示圆曲线上点5的测量东坐标；X6圆曲线上点6的测量北坐标，Y6表示圆曲线上点6的测量东坐标；X7表示圆曲线上点7的测量北坐标，Y7表示圆曲线上点7的测量东坐标；XO表示圆心4的计算北坐标，YO表示圆心4的计算东坐标；R表示计算出的圆曲线半径。
4.根据权利要求2或3所述的一种既有线有砟铁路线路参数及养护的测量方法，其特征在于，步骤S213所述第一距离至少为20米。
5.根据权利要求4所述的一种既有线有砟铁路线路参数及养护的测量方法，其特征在于，步骤S211还包括：缓和曲线长度取值为50米。
6.根据权利要求5所述的一种既有线有砟铁路线路参数及养护的测量方法，其特征在于，步骤S214所述第二距离取值为500米。
7.根据权利要求6所述的一种既有线有砟铁路线路参数及养护的测量方法，其特征在于，步骤S222所述根据CPIII高程得到变坡点的高程，具体为：将CPIII高程减去根据预埋要求CPIII点高于轨顶的数据，从而得到变坡点的高程。
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