铁路工程精密控制网测量数据处理系统概述

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企业铁路工程精密控制网测量数据处理系统概述第1页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效系统技术特征系统运行环境软件推广及应用前景铁路工程精密控制网测量数据处理系统概述第2页概述当前，日、法、德、意、西班牙、比利时等国家建成投入运行高速铁路已逾5000km，正在建设及已立项准备修建高速铁路国家和地域有十几个，长度在5000km以上。国内开展高速铁路研究始于上世纪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，并大量采取无砟轨道。与普通铁路相比，无砟轨道工程在结构上含有良好连续性、平顺性和稳定性特点，但需要高精度、高难度测量工作作确保，高精度测量已经成为制约高速铁路建设主要确保和成败关键原因之一。铁路工程精密控制网测量数据处理系统概述第3页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一个主要组成部分，在高速铁路建设过程中也越来越显示出其主要性。在高速铁路建设中，德国、日本等高速铁路大国都有自己一套适合高速铁路建设铁路工程测量成套技术体系。以德国高速铁路建设经验，“要成功地建设无砟轨道，就必须有一套完整、高效且非常准确测量系统，不然必定失败”。

铁路工程精密控制网测量数据处理系统概述第4页高速铁路精测网概述铁路工程精密控制网测量数据处理系统概述第5页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、运行维护提供坐标基准；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行维护提供控制基准。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。铁路工程精密控制网测量数据处理系统概述第6页高速铁路精测网概述基础平面控制网（CPⅠ）采取边联结方式构网，形成由三角形或大地四边形组成带状网，按GPS静态相对定位原理建立，为线路平面控制网提供起闭基准。CPⅠ控制网应附合到CP0上，并采取固定数据平差。线路平面控制网（CPⅡ）采取边联结方式构网，形成由三角形或大地四边形组成带状网，并与CPⅠ联测组成附合网，按GPS测量或导线测量方法施测，为勘测、施工阶段线路平面控制和轨道控制网提供起闭基准。CPⅡ控制网应附合到CPⅠ上，并采取固定数据平差。铁路工程精密控制网测量数据处理系统概述第7页高速铁路精测网概述轨道控制网（CPⅢ）采取自由测站边角交会法进行平面控制网测量，其控制点布设密度为：纵向点间距约为60m，横向点间距不超出结构宽度；采取自由测站边角交会法取得测站至各CPⅢ点距离观察值和方向观察值；CPⅢ网上一级控制基准为线路沿线CPⅠ网和CPⅡ网。CPⅢ网网型、控制基准和观察方法见下列图。铁路工程精密控制网测量数据处理系统概述第8页系统研发背景铁路工程精密控制网测量数据处理系统依据“客运专线无砟轨道技术再创新工作指导意见”（铁工管函[]1006号），中铁第四勘察设计院集团有限企业立项并开展了“铁路工程精密控制网测量数据处理系统”研究与开发。在各级领导及相关部门关心和支持下，经过研发组全体组员不懈努力，完成了“铁路工程精密控制网测量数据处理系统”研制。当前，“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。

铁路工程精密控制网测量数据处理系统概述第9页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标：处理和完成我国铁路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、三角高程网等观察数据检核、构网平差计算以及精度评定数据处理工作（意在满足我国铁路建设中精密工程测量数据处理各项要求）。

铁路工程精密控制网测量数据处理系统概述第10页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概述第11页软件开发技术依据：1.《高速铁路工程测量规范》TB10601-（铁建设[]196号）；2.《国家一、二等水准测量规范》（GB/T12897-）；3.《工程测量规范》（GB50026-）；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-）；7.《城市轨道交通工程测量规范》（GB/T50308-）；系统研发背景铁路工程精密控制网测量数据处理系统概述第12页系统研发背景软件开发工具：

WindowsXP/VISTA系统环境.netFrame2.0框架环境VisualStudio开发工具C#语言编译代码COM+组件编程技术及GUI+图形用户界面技术铁路工程精密控制网测量数据处理系统概述第13页系统总体框架铁路工程精密控制网测量数据处理系统概述第14页高速铁路精测网技术要求控制网测量方法测量等级点间距相邻点相对中误差（mm）CP0GPS－－50km20CPⅠGPS二等≤4km10一对点CPⅡGPS三等600～800m8导线三等400～800m8CPⅢ自由测站边角交会－－50～70m1一对点各级平面控制网设计主要技术要求

铁路工程精密控制网测量数据处理系统概述第15页高速铁路精测网技术要求控制网基线边方向中误差最弱边相对中误差CP0－－1/2000000CPⅠ≤1.3″1/180000CPⅡ≤1.7″1/100000CP0、CPⅠ、CPⅡ控制网GPS测量精度指标

控制网名称测量方法方向观察中误差距离观察中误差相邻点相对中误差CPⅢ平面网自由测站边角交会±1.8″±1.0mm±1.0mmCPⅢ平面网主要技术要求

铁路工程精密控制网测量数据处理系统概述第16页高速铁路精测网技术要求等固定误差a百分比误差系数b（mm/km）基线方位角约束点间约束平差后级（mm）中误差（″）边长相对中误差最弱边边长相对中误差一等510.91/5000001/250000二等511.31/2500001/180000三等511.71/1800001/100000四等5221/1000001/70000五等10231/700001/40000各等级GPS控制网测量主要技术要求

铁路工程精密控制网测量数据处理系统概述第17页高速铁路精测网技术要求等级一等二等三等四等五等项目静卫星截止高度角（°）≥15≥15≥15≥15≥15态同时观察有效卫星数≥4≥4≥4≥4≥4测有效时段长度（min）≥120≥90≥60≥45≥40量观察时段数≥2≥21～21～21

数据采样间隔（s）15～6015～6015～6010～3010～30

接收机类型双频双频双频单/双频单/双频

PDOP或GDOP≤6≤6≤8≤10≤10各等级GPS测量作业基本技术要求

铁路工程精密控制网测量数据处理系统概述第18页CPⅠ数据处理CPⅠ基线向量解算应符合以下要求：1）同一时段观察值数据剔除率宜小于10%；2）同一基线不一样时段重复观察基线较差应满足下式σ—基线弦长标准差（mm），按对应等级计算由若干条独立基线边组成独立环或附合路线各坐标分量（Wx、Wy、Wz）及全长Ws闭合差应满足下式要求：

n—闭合环边数铁路工程精密控制网测量数据处理系统概述第19页CPⅠ数据处理CPⅠ控制网平差及坐标转换应符合以下要求：1）无约束平差中基线向量各分量更正数绝对值应满足下式要求，并提供无约束平差WGS-84坐标系中空间直角坐标，基线矢量及其更正数和其精度信息；σ—基线弦长标准差（mm），按对应等级计算铁路工程精密控制网测量数据处理系统概述第20页CPⅠ数据处理2）约束平差中基线向量各分量更正数与无约束平差同一基线更正数较差绝对值应满足下式要求，并提供约束平差后对应坐标系空间直角坐标，基线矢量及其更正数和其精度信息；σ—基线弦长标准差（mm），按对应等级计算3）依据独立坐标系投影带划分，将CPⅠ控制网空间直角坐标分别投影到对应平面坐标投影带中，计算CPⅠ控制点工程独立坐标；铁路工程精密控制网测量数据处理系统概述第21页CPⅡ数据处理CPⅡ基线向量解算应符合以下要求：1）同一时段观察值数据剔除率宜小于10%；2）同一基线不一样时段重复观察基线较差应满足下式σ—基线弦长标准差（mm），按对应等级计算由若干条独立基线边组成独立环或附合路线各坐标分量（Wx、Wy、Wz）及全长Ws闭合差应满足下式要求：

n—闭合环边数铁路工程精密控制网测量数据处理系统概述第22页CPⅡ数据处理CPⅡ控制网平差及坐标转换应符合以下要求：1）无约束平差中基线向量各分量更正数绝对值应满足下式要求，并提供无约束平差WGS-84坐标系中空间直角坐标，基线矢量及其更正数和其精度信息；σ—基线弦长标准差（mm），按对应等级计算铁路工程精密控制网测量数据处理系统概述第23页CPⅡ数据处理

CPⅡ网坐标转换应在GPS基线网三维无约束平差基础上，以联测CPⅠ控制点作为约束点进行平差，计算CPⅡ控制点工程独立坐标。需提供约束平差后对应坐标系空间直角坐标、二维平面直角坐标、基线向量及其更正数和其精度信息。铁路工程精密控制网测量数据处理系统概述第24页CPⅠ、CPⅡ复测结果与原测结果比较控制点类型坐标较差限差CPⅠ20CPⅡ15CPI、CPII控制点复测坐标较差限差要求单位：mm

注：表中坐标较差限差指X、Y坐标分量较差。铁路工程精密控制网测量数据处理系统概述第25页CPⅠ、CPⅡ复测结果与原测结果比较控制网等级相邻点间坐标差之差相对精度限差CPⅠ1/130000CPⅡ1/80000注：表中相邻点间坐标差之差相对精度按下式计算GPS复测相邻点间坐标差之差相对精度限差

式中：s—相邻点间二维平面距离或三维空间距离；—相邻点i与j间二维坐标差之差（m）；—相邻点i与j间Z方向坐标差之差，当只统计二维坐标差之差相对精度时该值为零（m）。铁路工程精密控制网测量数据处理系统概述第26页系统功效——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控制网平差计算和数据处理功效。

软件处理流程铁路工程精密控制网测量数据处理系统概述第27页系统功效——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网数据处理，集成了GPS网各种平差处理方法。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网平差结果。铁路工程精密控制网测量数据处理系统概述第28页系统功效——GPS静态后处理软件软件可实现任意GPS控制网平差计算和数据处理软件功效模型示意图铁路工程精密控制网测量数据处理系统概述第29页系统功效——GPS静态后处理软件铁路工程精密控制网测量数据处理系统概述第30页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平差计算和数据处理功效。

系统功效——工程测量平差数据处理软件软件处理流程铁路工程精密控制网测量数据处理系统概述第31页“工程测量平差数据处理软件”是一套通用地面控制网平差及数据处理软件。软件包含：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效模块。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观察数据进行格式转换，并生成高差文件、平差输入文件和外业观察手薄；全站仪数据处理能实现对全站仪观察数据进行格式转换，并检验外业观察质量、生成平差输入文件和外业观察手薄。系统功效——工程测量平差数据处理软件铁路工程精密控制网测量数据处理系统概述第32页系统功效——工程测量平差数据处理软件软件可实现任意平面控制网、任意高程控制网平差计算和数据处理软件功效模型示意图铁路工程精密控制网测量数据处理系统概述第33页系统功效——工程测量平差数据处理软件铁路工程精密控制网测量数据处理系统概述第34页系统功效——工程测量平差数据处理软件软件特色铁路工程精密控制网测量数据处理系统概述第35页系统功效——工程测量平差数据处理软件软件特色铁路工程精密控制网测量数据处理系统概述第36页系统功效——工程测量平差数据处理软件软件特色铁路工程精密控制网测量数据处理系统概述第37页系统功效——工程测量平差数据处理软件铁路工程精密控制网测量数据处理系统概述第38页系统功效——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相互转换和任意中央子午线任意高程面换带计算功效，为铁路工程精密控制网测量数据处理系统辅助软件。软件处理流程铁路工程精密控制网测量数据处理系统概述第39页系统功效——坐标转换与换带计算软件铁路工程精密控制网测量数据处理系统概述第40页

通用性本系统是一套通用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控制网数据处理；本系统可贯通地使用于铁路建设勘测、施工、轨道铺设和运行维护整个过程中。系统技术特征铁路工程精密控制网测量数据处理系统概述第41页依从性《高速铁路工程测量规范》TB10601-（铁建设[]196号）；《国家一、二等水准测量规范》（GB/T12897-）；《工程测量规范》（GB50026-）《精密工程测量规范》（GB/T15314-1994）《全球定位系统GPS测量规范》（GB/T08314-）《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-）系统技术特征铁路工程精密控制网测量数据处理系统概述第42页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察点概略坐标；闭合环余枝搜索法高效准确地计算独立闭合环闭合差；方差分量预计理论，合理确定边角观察值权比关系；系统技术特征铁路工程精密控制网测量数据处理系统概述第43页平差模型严密“工程测量平差数据处理软件”采取了严密自由网平差算法、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”采取了严密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；系统技术特征铁路工程精密控制网测量数据处理系统概述第44页含有内业数据自检性本处理系统可在内业处理中对外业观察数据进行二次质量检验和统计，经过控制网附合/环闭合差探测和分析，可深入探测外业观察数据超限情况和是否含有粗差。系统技术特征铁路工程精密控制网测量数据处理系统概述第45页自主产权性

本系统完全遵照现行国家规范进行设计和开发，含有独立自主知识产权，完全国产化。其处理模式和结果输出均符合国家规范和中国习惯。系统技术特征铁路工程精密控制网测量数据处理系统概述第46页软件易使用性软件采取GUI+、COM组件开发技术，实现了友好人机对话操作界面，界面简练、模块操作方便，易于学习和使用。系统技术特征铁路工程精密控制网测量数据处理系统概述第47