800T型慣導(dǎo)軌道測(cè)量?jī)x外幾何測(cè)量精度與設(shè)站距離影響分析

周浩

摘? 要：傳統(tǒng)軌道幾何狀態(tài)測(cè)量?jī)x在我國(guó)高速鐵路建設(shè)及維護(hù)中廣泛使用，采用停停走走測(cè)量模式，其工法成熟、測(cè)量精度高，能夠根據(jù)軌道幾何狀態(tài)給出相應(yīng)的調(diào)整/動(dòng)道方案，以便指導(dǎo)軌道調(diào)整與維護(hù)。全站儀與慣導(dǎo)組合型軌道幾何狀態(tài)測(cè)量?jī)x采用連續(xù)移動(dòng)式測(cè)量模式，測(cè)量效率約為傳統(tǒng)軌道幾何狀態(tài)測(cè)量?jī)x的15倍。文章主要分析同一設(shè)備在相同測(cè)量環(huán)境下，其由慣導(dǎo)零偏決定的，測(cè)量精度與設(shè)站距離之間的關(guān)系。探索不同階段軌道精測(cè)應(yīng)用場(chǎng)景下功效分析，在滿足施工需求的前提下，為形成更加精準(zhǔn)高效的施工方案提供實(shí)測(cè)分析支撐。

關(guān)鍵詞：慣導(dǎo)軌道測(cè)量?jī)x;常規(guī)軌道測(cè)量?jī)x;慣性導(dǎo)航儀;軌道控制網(wǎng)（CPⅢ）;設(shè)站距離;平面偏差;高程偏差;軌距偏差;超高偏差

中圖分類號(hào)：U216.3? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號(hào)：2095-2945（2020）21-0001-4

Abstract： The traditional track geometry measuring instrument is widely used in the construction and maintenance of high-speed railway in our country. The stop-and-go measurement mode is adopted， which has mature construction method and high measurement accuracy， and can give the corresponding adjustment/moving track scheme according to the track geometry state， so as to guide track adjustment and maintenance. The combined total station and inertial navigation track geometry measuring instrument adopts the continuous mobile measurement mode， and the measuring efficiency is about 15 times higher than that of the traditional track geometry measuring instrument. This paper mainly analyzes the relationship between the measurement accuracy and the distance of the station， which is determined by the zero deviation of inertial navigation of the same equipment in the same measurement environment. The purpose of this paper is to explore the efficacy analysis under the application scenarios of track precision measurement in different stages， and to provide practical analysis support for the formation of a more accurate and efficient construction scheme on the premise of meeting the construction requirements.

Keywords： inertial navigation orbit measuring instrument; conventional orbit measuring instrument; inertial navigator; orbit control network （CPIII）; distance of setting station; plane deviation; elevation deviation; rail gauge deviation; superelevation deviation

1 背景

我國(guó)高速鐵路工程測(cè)量平面控制網(wǎng)在框架控制網(wǎng)（CP0）基礎(chǔ)上分三級(jí)布設(shè)，其中第三級(jí)為軌道控制網(wǎng)（CPⅢ），主要為軌道鋪設(shè)和運(yùn)營(yíng)維護(hù)提供控制基準(zhǔn)。

傳統(tǒng)軌道幾何狀態(tài)測(cè)量?jī)x（以下簡(jiǎn)稱“軌道測(cè)量?jī)x”）以軌道控制網(wǎng)（CPⅢ）為基準(zhǔn)，全站儀架設(shè)在軌道中線附近且離測(cè)量小車60m，整平，采用附近8個(gè)軌道控制網(wǎng)（CPⅢ）后方交會(huì)自由設(shè)站，測(cè)量步長(zhǎng)以軌枕為基準(zhǔn)，測(cè)量效率約為：120米/小時(shí)。

新型的全站儀慣導(dǎo)型軌道幾何狀態(tài)測(cè)量?jī)x（以下簡(jiǎn)稱“慣導(dǎo)軌道測(cè)量?jī)x”），全站儀放置在測(cè)量小車上，以快速連續(xù)移動(dòng)的方式進(jìn)行軌道幾何參數(shù)測(cè)量。每隔一定距離首尾使用全站儀測(cè)量8個(gè)軌道控制網(wǎng)（CPⅢ），進(jìn)行非整平后方交會(huì)自由設(shè)站，可以輸出任意里程軌道實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，測(cè)量效率2～3km/h。

慣導(dǎo)軌道測(cè)量?jī)x在相同測(cè)量環(huán)境下，其“絕對(duì)”測(cè)量精度與設(shè)站距離有著直接關(guān)系。既有線路普查性監(jiān)測(cè)應(yīng)用中，“絕對(duì)”測(cè)量精度是首要關(guān)注點(diǎn)，同時(shí)測(cè)量效率越高，對(duì)應(yīng)的生產(chǎn)成本就越低;新建線路軌道鋪設(shè)中，前期軌道精測(cè)中測(cè)量效率是首要關(guān)注點(diǎn)，對(duì)“絕對(duì)”測(cè)量精度的要求相對(duì)較低（軌道粗鋪與設(shè)計(jì)偏差大，需要逐步調(diào)整到位，一般從粗鋪到合格，需要6遍左右）。

本文參考相關(guān)《標(biāo)準(zhǔn)》的實(shí)驗(yàn)方法，選取一段高鐵無砟軌道試驗(yàn)線路，分析慣導(dǎo)軌道測(cè)量?jī)x測(cè)量精度與設(shè)站距離之間的關(guān)系，形成更加精準(zhǔn)高效的施工方案，用于不同工況下軌道精測(cè)作業(yè)。

2 試驗(yàn)場(chǎng)地選取及數(shù)據(jù)采集

現(xiàn)場(chǎng)條件：實(shí)驗(yàn)線路為成浦城際鐵路，全程為雙塊式無砟既有線路。試驗(yàn)時(shí)間2019年12月12日天窗，天窗期：210分鐘。里程K9+020～K13+192段，實(shí)驗(yàn)線路長(zhǎng)度4172m，線路平曲線為直線段，線路豎曲線包含：半徑15000m，坡率2.5‰，整條實(shí)驗(yàn)區(qū)段在橋梁上。

實(shí)驗(yàn)方法：使用慣導(dǎo)軌道測(cè)量?jī)x多點(diǎn)控制模式，每60m（約一對(duì)CPIII間距，實(shí)際以CPIII間距為準(zhǔn)）間距進(jìn)行非整平后方交會(huì)自由設(shè)站，推行速度以3～5km/h為宜。作業(yè)前儀器設(shè)備按照使用標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行標(biāo)定，軌道控制網(wǎng)（CPⅢ）棱鏡必須擺放到位，設(shè)站精度執(zhí)行規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)。

實(shí)驗(yàn)設(shè)備：全站儀慣導(dǎo)型軌道幾何狀態(tài)測(cè)量?jī)x，型號(hào)：SGJ-T-DT-2，編號(hào)：D19010100020。整套設(shè)備包含：徠卡TS16全站儀一臺(tái)，慣導(dǎo)軌道測(cè)量小車一套（集成慣性導(dǎo)航儀、軌距測(cè)量系統(tǒng)、里程測(cè)量系統(tǒng)、供電系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、推桿等），軍用級(jí)筆記本電腦（CF-19，數(shù)據(jù)采集分析軟件運(yùn)行平臺(tái)）。

2.1 測(cè)試依據(jù)的規(guī)范及標(biāo)準(zhǔn)

《鐵路工程測(cè)量規(guī)范》TB10101-2018

《鐵路軌道檢查儀》TB/T3147-2012

《客運(yùn)專線軌道幾何狀態(tài)測(cè)量?jī)x暫行技術(shù)條件》科技基[2008]86號(hào)

2.2 數(shù)據(jù)分析策略

為了排除測(cè)量誤差、CPIII誤差等諸多因素影響，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析時(shí)，采用同一組數(shù)據(jù)分別使用60m設(shè)站、120m設(shè)站、180m設(shè)站、240m設(shè)站、300m設(shè)站參與慣導(dǎo)數(shù)據(jù)絕對(duì)控制，得到軌道平面/高程絕對(duì)偏差量，用于本文的對(duì)比分析。數(shù)據(jù)分析以圖形形式展示，圖中以軌枕間距為樣本（約0.625m），以里程為橫軸，偏差量為豎軸，考察同一里程位置的數(shù)據(jù)一致性。

2.3 60m/120m測(cè)站數(shù)據(jù)對(duì)比分析

數(shù)據(jù)采集時(shí)，按照60m一測(cè)站采集數(shù)據(jù);數(shù)據(jù)解算時(shí)，先按照60m測(cè)站解算數(shù)據(jù)，得到60m設(shè)站條件下軌道平面/高程絕對(duì)偏差量;再按照120m（將測(cè)站抽?。y(cè)站解算數(shù)據(jù)，得到120m設(shè)站條件下軌道平面/高程偏差量;最后將兩者數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比。

如圖1，AIS800T軌道平面絕對(duì)偏差一致性很好，部分相對(duì)差異較大地段，最大偏差1mm。

如圖2，AIS800T高程偏差一致性很好，部分相對(duì)差異較大地段，最大偏差0.5mm。

2.4 60m/120m/180m測(cè)站數(shù)據(jù)對(duì)比分析

按照180m測(cè)站解算數(shù)據(jù)，得到180m設(shè)站條件下軌道平面/高程絕對(duì)偏差量;將60m/120m/180m三者數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析。

如圖3，AIS800T軌道平面絕對(duì)偏差量 60m/120m/180m一致性很好，部分相對(duì)差異較大地段，最大偏差1.5mm。

如圖4，AIS800T軌道高程絕對(duì)偏差量 60m/120m/180m一致性很好，部分相對(duì)差異較大地段，最大偏差<1mm。

2.5 60m/120m/180m/240m測(cè)站數(shù)據(jù)對(duì)比分析

按照240m測(cè)站解算數(shù)據(jù)，得到240m設(shè)站條件下軌道平面/高程絕對(duì)偏差量;將60m/120m/180m/240m四者數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析。

如圖5，AIS800T軌道平面絕對(duì)偏差量 60m/120m/180m/240m一致性很好，部分相對(duì)差異較大地段，最大偏差<2mm。

如圖6，AIS800T軌道高程絕對(duì)偏差量 60m/120m/180m/240m一致性很好，部分相對(duì)差異較大地段，最大偏差<1.5mm。

2.6 60m/120m/180m/240m/300m測(cè)站數(shù)據(jù)對(duì)比分析

按照300m測(cè)站解算數(shù)據(jù)，得到300m設(shè)站條件下軌道平面/高程絕對(duì)偏差量;將60m/120m/180m/240m/300m五者數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析。

如圖7，AIS800T軌道平面絕對(duì)偏差量60m/120m/180m/240m軌道變化趨勢(shì)一致，最大偏差達(dá)到了3.5mm。

如圖8，AIS800T軌道高程絕對(duì)偏差量 60m/120m/180m/240m/300m一致性很好，部分相對(duì)差異較大地段，最大偏差<1.5mm。

3 實(shí)驗(yàn)分析結(jié)論

通過AIS800T軌道平面/高程絕對(duì)偏差60m/120m/180m/240m/300m測(cè)站數(shù)據(jù)對(duì)比分析可以得到如下結(jié)論：（1）AIS800T在不考慮CPIII誤差與測(cè)量誤差的情況下，設(shè)站距離會(huì)對(duì)測(cè)量精度造成一定的影響，距離越長(zhǎng)影響越大;（2）設(shè)站距離≯240m（實(shí)際距離超過260m）時(shí)，軌道平面絕對(duì)偏差<2mm，軌道高程絕對(duì)偏差<1.5mm;（3）設(shè)站距離≯180m（實(shí)際距離超過195m）時(shí)，軌道平面絕對(duì)偏差<1.5mm，軌道高程絕對(duì)偏差<1mm;（4）設(shè)站距離≯120m（實(shí)際距離超過130m）時(shí)，軌道平面/高程絕對(duì)偏差<1mm;（5）設(shè)站距離>300m（實(shí)際距離超過325m）時(shí)，軌道平面絕對(duì)偏差<3.5mm;軌道高程絕對(duì)偏差<1.5mm。

建議實(shí)際使用過程中，設(shè)站間距以120m最為合適，最大不宜超過180m，設(shè)站距離過近，對(duì)精度提升不明顯且影響測(cè)量效率。如果在軌道粗調(diào)過程中可以適當(dāng)放寬設(shè)站距離，從而取得更高的測(cè)量效率。

參考文獻(xiàn)：

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[3]國(guó)家鐵路局.鐵路工程測(cè)量規(guī)范，TP10101-2018，J961-2018[S].北京：中國(guó)鐵路出版社，2018.