CN103132412B - 基于海伦公式的轨道维护基点横向偏差测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及高速铁路运营期维护测绘领域，具体涉及基于海伦公式的轨道维护基点横向偏差测量方法，其特征在于：经过测量获得被测轨道维护基点本身及其与同侧前后各一轨道维护基点连线的偏距；将所述步骤(a)中测得的三个轨道维护基点平面测量数据进行整体平差，以得到这三个轨道维护基点的平面坐标；利用步骤(b)中算得的三个轨道维护基点平面坐标，并通过海伦公式计算，求得所述被测轨道维护基点的横向偏差。本发明的优点是：测量结果精确度高，能够节省人力，提高观测效率，缩短观测时间。

Description

基于海伦公式的轨道维护基点横向偏差测量方法

技术领域

    本发明涉及高速铁路运营期维护测绘领域，具体涉及基于海伦公式的轨道维护基点横向偏差测量方法。

背景技术

高速铁路无砟轨道的稳定，关系到线路的平顺性。利用无砟轨道上的轨道维护基点作为轨道精调和日常养护的基准，能够解决长大桥等轨道控制网点（也称作CPⅢ点）的点位受温度变化影响产生的不确定性等问题、及时准确监测轨道板变化情况优点，线路维护更便捷，其更高的精度满足道岔线形控制要求，也使得线路运维单位能方便精确的检测和修复测量基点。

对轨道维护基点的横向偏差测量采用经纬仪视准线游标卡尺偏距量测法。即由相隔的两个维护基点构成视准线，量测中间维护基点到视准线的垂直距离（以下简称矢距量测法），该方法操作简便，但带来的问题是：由于视准线是两个维护基点构成的虚拟的线，所以其本身精度无法得到保证，而且观测是夜间无行车时，操作时难以通过游标卡尺对准测量。

发明内容

本发明的目的是根据上述现有技术的不足之处，提供基于海伦公式的轨道维护基点横向偏差测量方法，是利用在维护基点平面测量数据产物，通过数据计算的结果，无需增加额外的测量即可完成对轨道维护基点横向偏差的测量。

本发明目的实现由以下技术方案完成：

基于海伦公式的轨道维护基点横向偏差测量方法，所述轨道维护点包括轨道维护基点和轨道控制网点，所述轨道维护基点和轨道控制网点分别沿轨道方向阵列设置，所述轨道维护基点分别位于两轨道板缝间，所述轨道控制网点分别位于所述两轨道外侧，其特征在于：所述测量方法至少包括以下步骤：

(a)  经过测量获得被测轨道维护基点本身及其同侧前后各一轨道维护基点间连线的偏距；

(b)  将所述步骤(a)中测得的三个轨道维护基点平面数据进行整体平差，以得到这三个轨道维护基点的平面坐标；

(c)  利用步骤(b)中算得的三个轨道维护基点平面坐标，并通过海伦公式计算，求得所述被测轨道维护基点的横向偏差。

步骤(c)的具体所述计算步骤为：

通过这三个轨道维护基点的坐标计算两两轨道维护基点之间的距离；

将所述距离代入海伦公式 ，其中p为所述三个轨道维护基点构成的三角形的半周长、a为所述被测轨道维护基点同侧轨道前后各一轨道维护基点之间的连线距离、b和c分别为所述被测轨道维护基点到同侧前后各一轨道维护基点的距离；求得由这三个轨道维护基点构成的三角形的面积；

然后将利用三角形面积公式S=ah/2，其中a为所述被测轨道维护基点同侧轨道前后各一轨道维护基点之间的连线距离，h为所述被测轨道维护基点到所述连线的垂直距离，即为所述被测轨道维护基点的横向偏差，所述横向偏差被看作为三角形的高。

所述步骤(b)中，被测轨道维护基点的横向偏差为0时，所述被测轨道维护基点的坐标处于其同侧前后各一轨道维护基点间的连线上。

所述步骤(a)中的具体观测步骤包括以下步骤：

（1）将观测仪器架设在任一所述轨道维护基点上，将该轨道维护基点作为第一设站点，观测第一设站点沿轨道方向前后各三对轨道控制网点，观测第一设站点本身以及第一设站点对侧轨道前后各一个轨道维护基点、同侧轨道上相隔1个轨道维护基点的前一轨道维护基点；

（2）测量完毕后，将所述观测仪器移至第二设站点再按步骤(1)中步骤进行观测，其中第二设站点位于所述第一设站点的对侧轨道上，且两者之间相隔两对所述轨道控制网点；如此往复，继续下一设站点的定位以及观测。

通过所述步骤（1）和（2），得到第一设站点和其同侧轨道上的前一轨道维护基点，以及第二设站点对侧轨道上的后一轨道维护基点的观测数据，将三点的所述观测数据进行整平以得到这三点的坐标，并通过海伦公式求得所述第二设站点对侧轨道上后一轨道维护基点的横向偏差。

本发明的优点是：测量结果精确度高，能够节省人力，提高观测效率，缩短观测时间。

附图说明

图1是本发明中轨道维护基点观测及横向偏差计算方法示意图；

图2是本发明中第一设站点轨道控制网点观测方法示意图；

图3是本发明中第二设站点轨道控制网点观测方法示意图；

图4是本发明横向偏差计算数据图。

具体实施方式

以下结合附图通过实施例对本发明特征及其它相关特征作进一步详细说明，以便于同行业技术人员的理解：

如图1-4所示，图中标记1-16分别为：第一设站点1、轨道维护基点2、轨道维护基点3、轨道维护基点4、第二设站点5、CPⅢ点6、CPⅢ点7、CPⅢ点8、CPⅢ点9、CPⅢ点10、CPⅢ点11、轨道12、轨道13、轨道维护基点14、轨道维护基点15、轨道维护基点16。

实施例：本实施例的测定方法优选一种观测网型，该观测网型首先能够在满足CPⅢ点（即轨道控制网点）需要多次重复平面观测的过程中，将轨道维护基点一并观测以节省人力，并且提高观测效率；其次，能够通过该观测网型计算出轨道维护基点的横向偏差。

如图1所示，箭头所示方向为沿轨道的观测推进方向，即沿着该轨道的观测推进方向依次对轨道维护基点以及CPⅢ点（轨道控制网点）进行观测。第一设站点1、轨道维护基点2、轨道维护基点3、轨道维护基点4、第二设站点5分别处于轨道12或轨道13的结合板中心处；如图1、2所示，CPⅢ点6、CPⅢ点7、CPⅢ点8、CPⅢ点9、CPⅢ点10、CPⅢ点11分别指的是在轨道12、轨道13两侧但里程相同的一对CPⅢ点。

如图1-3所示，本实施中的观测方法包括以下步骤：

1）基点设站：将观测仪器架设在处于轨道13内的第一设站点1上，即该第一设站点1本身既是轨道维护基点又是观测仪器的设站点。

2）网型观测：如图2所示，通过观测仪器观测第一设站点1前后各三对CPⅢ点，即CPⅢ点6、CPⅢ点7、CPⅢ点8、CPⅢ点9、CPⅢ点10、CPⅢ点11，上述CPⅢ点都为轨道控制网点；如图1所示，观测第一设站点1沿观测推进方向对侧轨道12上前后的各一个轨道维护基点，即轨道维护基点3、轨道维护基点4，以及同侧轨道13上相隔一个轨道维护基点的前一轨道维护基点2，加上第一设站点1本身，总计观测四个轨道维护基点、六对CPⅢ点。此处额外需要阐明的是：网型观测指的是以上述设站点（该设站点本身也为轨道维护基点）与轨道维护观测基点或CPⅢ点（轨道控制网点）之间的相对位置关系为观测方法进行观测的。

3）仪器移位：当步骤2）完成后，将观测仪器从第一设站点1移至第二设站点5，第二设站点本身也是一个轨道维护基点。第二设站点5与第一设站点1之间相隔CPⅢ点9、CPⅢ点10这两对CPⅢ点，且第二设站点5处于第一设站点1的对侧轨道12上。

4）沿观测推进方向并以步骤1）至步骤3）的观测操作步骤进行观测，在进行CPⅢ点平面观测的同时，能够将轨道12以及轨道13上所有的轨道维护基点一并观测，且不存在重复观测。

对所有的轨道维护基点与CPⅢ点观测完之后，对每个轨道维护基点的横向偏差进行计算，此处需要额外阐明的是：上述的观测方法为轨道维护基点横向偏差计算的一种优选观测方法，因为其能够在满足CPⅢ点需要多次重复平面观测的过程中，将轨道维护基点一并观测以节省人力，并且提高观测效率，但本实施例中的轨道维护基点横向偏差计算过程并不止依附于该观测方法，所以其他一些能够观测轨道维护基点的观测网型也适用于本实施例中的横向偏差测定方法。

本实施例中轨道维护基点的横向偏差测定包括以下步骤：

1）如图1所示，将轨道维护基点14作为需要测量其横向偏差的轨道维护基点，轨道维护基点14与位于其同侧轨道两侧的轨道维护基点15、轨道维护基点5这两个点构成一个三角形。对这三个轨道维护基点的观测数据进行整体平差，以换算得到这三个轨道维护基点的坐标。

2）通过上述三个轨道维护基点的坐标计算两两轨道维护基点之间的距离，即轨道维护基点14与轨道维护基点15之间的距离、轨道维护基点14与轨道维护基点5之间的距离、轨道维护基点15与轨道维护基点5之间的距离。

将上述两两轨道维护基点之间的距离代入海伦公式，其中p为上述三个轨道维护基点构成的三角形的半周长、a为轨道维护基点15与轨道维护基点5之间的距离、b和c分别为轨道维护基点14与轨道维护基点15、轨道维护基点5之间的距离，以此计算出轨道维护基点14、轨道维护基点15、轨道维护基点5这三个轨道维护基点构成的三角形的面积。

3）利用三角型面积公式S=ah/2，其中a为轨道维护基点15与轨道维护基点5之间的距离，h为轨道维护基点14到轨道维护基点15与轨道维护基点5之间连线的距离，即为该三角形的高，也为该轨道维护基点14的横向偏差。

如图1所示，当测定轨道维护基点16的横向偏差时，经过计算轨道维护基点16的横向偏差为0，即无横向偏差。此时，轨道维护基点16的坐标位于轨道维护基点1与轨道维护基点2之间的连线上。

如图4所示，采用本实施例的方法对轨道维护基点进行横向偏差测定（图中所示的垂距/偏距），其测得的数据相较采用现有技术，即经纬仪视准线游标卡尺偏距量测法（图中所示的轨道偏距）能够测得更准确的数据，图中所示的差值代表两者的测量数之差。

本实施例在具体实施时：由于观测是沿着沿轨道方向（观测推进方向）依次进行，所以一般任意一侧的第一个轨道维护基点作为第一设站点开始观测，这样使得每个轨道维护基点都能随着观测推进方向依次观测到，且无重复观测；此外通过本实施例的方法，在观测轨道维护基点的同时，CPⅢ点也可以满足两次观测的技术要求。

Claims (5)

1.基于海伦公式的轨道维护基点横向偏差测量方法，所述轨道维护点包括轨道维护基点和轨道控制网点，所述轨道维护基点和轨道控制网点分别沿轨道方向阵列设置，所述轨道维护基点分别位于两轨道板缝间，所述轨道控制网点分别位于所述两轨道外侧，其特征在于：所述测量方法至少包括以下步骤：

（a）经过测量获得被测轨道维护基点本身及其同侧前后各一轨道维护基点间连线的偏距；

（b）将所述步骤(a)中测得的三个轨道维护基点平面数据进行整体平差，以得到这三个轨道维护基点的平面坐标；

（c）利用步骤(b)中算得的三个轨道维护基点平面坐标，并通过海伦公式计算，求得所述被测轨道维护基点的横向偏差。

2.根据权利要求1所述的基于海伦公式的轨道维护基点横向偏差测量方法，其特征在于：步骤(c)的具体所述计算步骤为：

通过这三个轨道维护基点的坐标计算两两轨道维护基点之间的距离；

将所述距离代入海伦公式 ，其中p为所述三个轨道维护基点构成的三角形的半周长、a为所述被测轨道维护基点同侧轨道前后各一轨道维护基点之间的连线距离、b和c分别为所述被测轨道维护基点到同侧前后各一轨道维护基点的距离；求得由这三个轨道维护基点构成的三角形的面积；

然后将利用三角形面积公式S=ah/2，其中a为所述被测轨道维护基点同侧轨道前后各一轨道维护基点之间的连线距离，h为所述被测轨道维护基点到所述连线的垂直距离，即为所述被测轨道维护基点的横向偏差，所述横向偏差被看作为三角形的高。

3.根据权利要求1或2所述的基于海伦公式的轨道维护基点横向偏差测量方法，其特征在于：所述步骤(b)中，被测轨道维护基点的横向偏差为0时，所述被测轨道维护基点的坐标处于其同侧前后各一轨道维护基点间的连线上。

4.根据权利要求1所述的基于海伦公式的轨道维护基点横向偏差测量方法，其特征在于：所述步骤(a)中的具体观测步骤包括以下步骤：

（1）将观测仪器架设在任一所述轨道维护基点上，将该轨道维护基点作为第一设站点，观测第一设站点沿轨道方向前后各三对轨道控制网点，观测第一设站点本身以及第一设站点对侧轨道前后各一个轨道维护基点、同侧轨道上相隔1个轨道维护基点的前一轨道维护基点；

（2）测量完毕后，将所述观测仪器移至第二设站点再按步骤(1)中步骤进行观测，其中第二设站点位于所述第一设站点的对侧轨道上，且两者之间相隔两对所述轨道控制网点；如此往复，继续下一设站点的定位以及观测。

5.根据权利要求4所述的基于海伦公式的轨道维护基点横向偏差测量方法，其特征在于：

通过所述步骤（1）和（2），得到第一设站点和其同侧轨道上的前一轨道维护基点，以及第二设站点对侧轨道上的后一轨道维护基点的观测数据，将三点的所述观测数据进行整平以得到这三点的坐标，并通过海伦公式求得所述第二设站点对侧轨道上后一轨道维护基点的横向偏差。