铁路工程精密控制网测量数据处理系统

铁路工程精密控制网测量数据处理系统Railwayengineeringprecisecontrolsurveydataprocessingsystem中铁第四勘察设计院集团有限公司2010年6月中铁四院主要内容•高速铁路精测网概述•系统研发背景•系统总体框架•系统功能•系统技术特性•系统运行环境•软件推广及应用前景2010年6月中铁四院概述•目前，日、法、德、意、西班牙、比利时等国家建成投入运营的高速铁路已逾5000km，正在建设及已立项准备修建高速铁路的国家和地区有十几个，长度在5000km以上。国内开展高速铁路的研究始于上世纪90年代，在高速铁路基础理论、技术标准、结构设计等方面取得了重大进展。“十一五”期间，我国将大规模建设高速铁路客运专线，并大量采用无砟轨道。与一般铁路相比，无砟轨道工程在结构上具有良好的连续性、平顺性和稳定性的特点，但需要高精度、高难度的测量工作作保证，高精度的测量已经成为制约高速铁路建设的重要保证和成败的关键因素之一。2010年6月中铁四院概述•高速铁路精密测量控制技术作为高速铁路建设成套技术的一个重要组成部分，在高速铁路建设过程中也越来越显示出其重要性。在高速铁路建设中，德国、日本等高速铁路大国都有自己的一套适合高速铁路建设的铁路工程测量成套技术体系。•以德国高速铁路建设的经验，“要成功地建设无砟轨道，就必须有一套完整、高效且非常精确的测量系统，否则必定失败”。2010年6月中铁四院高速铁路精测网概述2010年6月中铁四院高速铁路精测网概述•高速铁路工程测量平面控制网应在框架控制网（CP0）基础上分三级布设，第一级为基础平面控制网（CPⅠ），主要为勘测、施工、运营维护提供坐标基准；第二级为线路平面控制网（CPⅡ），主要为勘测和施工提供控制基准；第三级为为轨道控制网（CPⅢ），主要为轨道铺设和运营维护提供控制基准。•高速铁路工程测量高程控制网分二级布设，第一级线路水准基点控制网，为高速铁路工程勘测设计、施工提供高程基准；第二级轨道控制网（CPⅢ），为高速铁路轨道施工、维护提供高程基准。2010年6月中铁四院高速铁路精测网概述•基础平面控制网（CPⅠ）采用边联结方式构网，形成由三角形或大地四边形组成的带状网，按GPS静态相对定位原理建立，为线路平面控制网提供起闭的基准。CPⅠ控制网应附合到CP0上，并采用固定数据平差。•线路平面控制网（CPⅡ）采用边联结方式构网，形成由三角形或大地四边形组成的带状网，并与CPⅠ联测构成附合网，按GPS测量或导线测量方法施测，为勘测、施工阶段的线路平面控制和轨道控制网提供起闭的基准。CPⅡ控制网应附合到CPⅠ上，并采用固定数据平差。2010年6月中铁四院高速铁路精测网概述•轨道控制网（CPⅢ）采用自由测站边角交会法进行平面控制网的测量，其控制点布设密度为：纵向点间距约为60m，横向点间距不超过结构宽度；采用自由测站边角交会法获得测站至各CPⅢ点的距离观测值和方向观测值；CPⅢ网的上一级控制基准为线路沿线的CPⅠ网和CPⅡ网。CPⅢ网网型、控制基准和观测方法见下图。2010年6月中铁四院系统研发背景铁路工程精密控制网测量数据处理系统根据“客运专线无砟轨道技术再创新工作的指导意见”（铁工管函[2006]1006号），中铁第四勘察设计院集团有限公司立项并开展了“铁路工程精密控制网测量数据处理系统”的研究与开发。在各级领导及有关部门的关心和支持下，经过研发组全体成员的不懈努力，完成了“铁路工程精密控制网测量数据处理系统”的研制。目前，“铁路工程精密控制网测量数据处理系统”已在京沪高铁、哈大客专、石武客专、广深港客专、宁杭客专得到广泛应用，效果显著。2010年6月中铁四院系统研发背景铁路工程精密控制网测量数据处理系统•研发目的：解决和完成我国铁路CPⅠ、CPⅡ控制网、无砟轨道CPⅢ自由测站边角交会控制网、隧道洞内CPⅡ和有砟轨道CPⅢ导线控制网、三角高程网等观测数据检核、构网平差计算以及精度评定的数据处理工作（旨在满足我国铁路建设中精密工程测量数据处理的各项要求）。2010年6月中铁四院系统研发背景铁路工程精密控制网测量数据处理系统工程测量平差数据处理软件(SYADJ)GPS静态后处理软件(SYGPS)坐标转换与换带计算软件(CoordTran)组成部分：铁路工程精密控制网测量数据处理系统工程测量平差数据处理软件GPS静态后处理软件坐标转换软件2010年6月中铁四院•软件开发技术依据：1.《高速铁路工程测量规范》TB10601-2009（铁建设[2009]196号）；2.《国家一、二等水准测量规范》（GB/T12897-2006）；3.《工程测量规范》（GB50026-2007）；4.《精密工程测量规范》（GB/T15314-1994）；5.《全球定位系统（GPS）铁路测量规范》（TB10054-97）6.《全球定位系统GPS测量规范》（GB/T18314-2009）；7.《城市轨道交通工程测量规范》（GB/T50308-2008）；系统研发背景2010年6月中铁四院系统研发背景•软件开发工具：WindowsXP/VISTA系统环境.netFrame2.0框架环境VisualStudio2005开发工具C#语言编译代码COM+组件编程技术及GUI+图形用户界面技术2010年6月中铁四院系统总体框架铁路精密工程测量数据处理系统工程测量平差数据处理软件高程网数据处理平面网数据处理原始数据预处理精度分析成果输出平差处理GPS静态后处理软件GPS数据预处理GPS高程转换辅助工具GPS网平差处理精度分析及平差结果输出成果输出隧道贯通误差影响值计算网图显绘及成果表生成坐标转换与换带计算软件2010年6月中铁四院系统功能——GPS静态后处理软件通用GPS网平差及数据处理软件，主要实现CPⅠ、CPⅡ控制网以及任意GPS控制网的平差计算和数据处理功能。GPS平差项目管理已知控制点文件GPS观测数据文件基线数据文件数据预处理GPS高程转换基线数据检核文件GPS网平差计算及精度分析成果输出成果文件GPS网图软件处理流程2010年6月中铁四院系统功能——GPS静态后处理软件“GPS静态后处理软件”主要用于进行各种GPS网的数据处理，集成了GPS网的各种平差处理方法。首先对GPS基线数据文件进行预处理和数据检核，可进行三维无约束平差、三维约束平差、二维约束平差、一点一方向平差等，在精度评定后以文档、图表等方式输出GPS网平差的成果。2010年6月中铁四院系统功能——GPS静态后处理软件软件可实现任意GPS控制网的平差计算和数据处理GPS基线数据文件导入GPS基线数据预处理GPS网平差处理成果输出、精度分析及网图显绘三维无约束平差三维约束平差二维约束平差一点一方向平差环闭合差计算重复基线较差计算软件功能模型示意图2010年6月中铁四院系统功能——GPS静态后处理软件2010年6月中铁四院通用地面网平差及数据处理软件，主要实现无砟轨道CPⅢ自由测站边角交会控制网、隧道洞内CPⅡ和有砟轨道CPⅢ导线控制网、三角高程网以及任意地面平面控制网和高程控制网的平差计算和数据处理功能。系统功能——工程测量平差数据处理软件工程测量平差项目管理已知控制点文件原始数据文件数据文件数据预处理数据格式转换文件数据观测手簿数据预平差文件数据检核文件平差计算及精度分析成果输出成果文件精度报表高平程面网网软件处理流程2010年6月中铁四院“工程测量平差数据处理软件”是一套通用的地面控制网平差及数据处理软件。软件包括：高程控制网平差处理、平面控制网平差处理、水准仪数据预处理、全站仪数据预处理四个功能模块。高程控制网平差处理能实现往返测高差较差计算、附合路线与闭合路线闭合差计算、常规严密平差、拟稳平差；平面控制网平差处理能实现往返测距离较差计算、附合路线与闭合路线闭合差计算、CPⅢ网第三边较差计算、常规严密平差、附加尺度参数平差、自由网平差；水准仪数据处理能实现对电子水准仪的观测数据进行格式转换，并生成高差文件、平差输入文件和外业观测手薄；全站仪数据处理能实现对全站仪的观测数据进行格式转换，并检查外业观测质量、生成平差输入文件和外业观测手薄。系统功能——工程测量平差数据处理软件2010年6月中铁四院系统功能——工程测量平差数据处理软件软件可实现任意平面控制网、任意高程控制网的平差计算和数据处理导入或转换外业观测数据数据质量检查平差文件生成平差参数设置平差文件二次检核自由网平差约束网平差附加尺度参数平差成果输出、精度分析及网图显绘平面网数据处理高程数据平差处理成果输出及精度分析高程网数据处理软件功能模型示意图2010年6月中铁四院系统功能——工程测量平差数据处理软件2010年6月中铁四院系统功能——工程测量平差数据处理软件软件特色2010年6月中铁四院系统功能——工程测量平差数据处理软件软件特色2010年6月中铁四院系统功能——工程测量平差数据处理软件软件特色2010年6月中铁四院系统功能——工程测量平差数据处理软件2010年6月中铁四院系统功能——坐标转换与换带计算软件坐标转换与换带计算软件用于实现工程中各级坐标系之间的相互转换和任意中央子午线任意高程面的换带计算功能，为铁路工程精密控制网测量数据处理系统的辅助软件。坐标转换换带计算原始坐标文件保存退出换算后坐标文件参数设置软件处理流程2010年6月中铁四院系统功能——坐标转换与换带计算软件2010年6月中铁四院•通用性本系统是一套通用的铁路工程精密控制网测量数据处理系统；能用于我国铁路CPⅠ、CPⅡ控制网、无砟轨道CPⅢ自由设站边角交会控制网、隧道洞内CPⅡ和有砟轨道CPⅢ导线控制网、三角高程网等的数据处理，即可是实现任意平面控制网、任意高程控制网和任意GPS控制网的数据处理；本系统可贯通地使用于铁路建设的勘测、施工、轨道铺设和运营维护整个过程中。系统技术特性2010年6月中铁四院•依从性《高速铁路工程测量规范》TB10601-2009（铁建设[2009]196号）；《国家一、二等水准测量规范》（GB/T12897-2006）；《工程测量规范》（GB50026-2007）《精密工程测量规范》（GB/T15314-1994）《全球定位系统GPS测量规范》（GB/T08314-2001）《全球定位系统（GPS）铁路测量规范》（TB10054-97）《城市轨道交通工程测量规范》（GB/T50308-2008）系统技术特性2010年6月中铁四院•数据计算方法先进分区无定向概略坐标算法准确地计算观测点概略坐标；闭合环余枝搜索法高效准确地计算独立闭合环闭合差；方差分量估计理论，合理确定边角观测值的权比关系；系统技术特性2010年6月中铁四院•平差模型严密“工程测量平差数据处理软件”采用了严密的自由网平差算法、约束网平差算法和附加尺度参数平差算法；“GPS静态后处理软件”采用了严密的椭球面三维约束平差算法、高斯面二维约束平差算法和一点一方向平差算法；系统技术特性2010年6月中铁四院•具有内业数据自检性本处理系统可在内业处理中对外业观测数据进行二次质量检查和统计，通过控制网附合/环闭合差的探测和分析，可进一步探测外业观测数据的超限情况和是否含有粗差。系统技术特性2010年6月中铁四院•自主产权性本系统完全遵照现行的国家规范进行设计和开发，具有独立的自主知识产权，完全国产化。其处理模式和成果输出均符合国家规范和中国习惯。系统技术特性2010年6月中铁四院•软件易使用性软件采用GUI+、COM组件开发技术，实现了友好的人机对话操作界面，界面简洁、模块操作方便，易于学习和使用。系统技术特性2010年6月中铁四院•硬件环境内存≥256MB硬盘≥40GbCPU主频≥1.0GHZ•软件要求本系统在WindowsXP/VISTA操作系统下运行，要求首先安装Microsoft.NetFramework2.0。系统处理后“观测手簿及成果报表生成”要求用户微机上安装MicrosoftofficeExcel2003软件或更高版本的Excel软件，“网形图显示和输