CN104032630A - 一种基于角度传递的轨道沉降连续测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于角度传递的轨道沉降连续测量方法，步骤1：准备步骤：选取一个起始点D₀作为基准点，并确定该基准点的高程在测点D_j与测点D_j+1之间设置多个传递点C_j，m；步骤2：首次测量以确定各测点的初始高程；测量每一条传递线长度及其与水平面的夹角；步骤3：第i次测量；i依次取1，2，3，…；确定各测点更新后的高程步骤4：计算出第i次测量后各测点的沉降值；各测点的当期沉降量的计算公式为：轨道各测点的累计沉降量的计算公式为：i＝1，2，3，…。本发明理论依据充分，计算简单，操作方便，实现了连续测量，较传统水准测量方法，能有效克服隧道内测量时光线不足，劳动强度大等缺点。

Description

一种基于角度传递的轨道沉降连续测量方法

技术领域

本发明涉及一种基于角度传递的轨道沉降连续测量方法。

背景技术

现有技术中，轨道沉降监测仍大多采用传统的水准仪接触测量、全站仪非接触测量等直接测量方法，上述方法理论依据充分、仪器设备成熟，但劳动强度大、测试速度慢，对施工作业或线路运营干扰大，特别是在隧道等类似的封闭性地下空间内，因光照不足，测试精度难以保证。近年来，随着电子技术的迅速发展，广大科技工作者也针对上述缺陷研发了多种间接测量产品，如单点沉降计、静力水准仪等，但这些产品仍然存在较大的局限性，一方面，其理论本身尚不完善，测试得到的结果往往是相对某一理想状态下不动点的沉降值，实际上，这一理想状态下的不动点在实际工程中是难以有效捕捉的，故很大程度上影响了其测试结果；另一方面，该类产品价格昂贵、测点布置要求高、数据传输受环境干扰大、使用寿命难以保证，这使得该类产品仅仅是在某些十分复杂或重要的局部位置作为科研手段应用，难以大范围推广使用。

轨道沉降变形直接反映了结构的稳定状态以及线路正常运营的安全状况，而我国轨道交通正处于快速发展阶段，因此，有必要设计研发一种全新的轨道沉降测量方法，弥补当前方法的不足。

发明内容

本发明所需要解决的技术问题为克服当前直接测试方法中劳动强度大、测试速度慢，对施工作业或线路运营干扰大，测试精度难以保证以及间接测试方法中价格昂贵、测点布置要求高、数据传输受环境干扰大、使用寿命难以保证的缺陷，研究提供一种全新的轨道沉降连续测量方法。

发明的技术解决方案如下：

一种基于角度传递的轨道沉降连续测量方法，包括以下步骤：

步骤1：准备步骤：

选取一个起始点D₀作为基准点，并确定该基准点的高程

在测点或起始点D_j与测点D_j+1之间设置多个传递点C_j，m，j表示设定的第j个测点，j＝0，1，2，…；m表示j个测点和第j+1个测点之间的第m个传递点，m＝1，2，3，…k_j，k_j表示第j个测点和第j+1个测点之间设定的传递点数；

定义传递线为相邻传递点之间的连线，或测点与与该测点相邻的传递点之间的连线；

定义传递线与水平面的夹角取锐角，传递线沿着传递方向相对与水平面向上延伸时，该夹角取负值，若相对与水平面向下延伸，则该夹角取正值；【也可以解释为：假定传递线总体上从右向左方向延伸，如图1所示，以传递线的起始点为顶点，当传递线到过顶点的水平线为顺时针时，取正值；逆时针时，取负值，i为测量次数】

步骤2：首次测量以确定各测点的初始高程；

测量每一条传递线长度及其与水平面的夹角

则任意传递线起点与终点的高程差的计算公式为：

j＝1，2，…，m＝1，2，…，k_j；

则任一待测点D_j(j＝1，2，…)的初始高程值

$H_j^{\left(0\right)}=H_{j-1}^{\left(0\right)}-\underset{m=1}{\overset{k_j}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\δ}}_{j,m}^{\left(0\right)},$ j＝1，2，…；

步骤3：第i次测量；i依次取1，2，3，…；确定各测点更新后的高程；

测量每一条传递线长度及其与水平面的夹角

所有传递线起点与终点的高程差的计算公式为

i＝1，2，…，j＝1，2，…，m＝1，2，…，k_j；

则任一待测点D_j(j＝1，2，…)的本次高程值

$H_j^{\left(i\right)}=H_{j-1}^{\left(i\right)}-\underset{m=1}{\overset{k_j}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\δ}}_{j,m}^{\left(i\right)},$ j＝1，2，…；

步骤4：计算出第i次测量后各测点的沉降值；

轨道各测点的当期沉降量的计算公式为：i＝1，2，…，j＝1，2，…；

轨道各测点的累计沉降量的计算公式为：i＝1，2，…，j＝1，2，…。

5.根据权利要求1所述的基于角度传递的轨道沉降连续测量方法，其特征在于，要求其中为第j条传递线的长度；L为预设的长度值【又称为标准杆长度】，L取值为3～10m。

6.根据权利要求1所述的基于角度传递的轨道沉降连续测量方法，其特征在于，L取值为6m。

7.根据权利要求1所述的基于角度传递的轨道沉降连续测量方法，其特征在于，任意一次测量前，通过水准测量确定基准点的高程坐标；采用绝对高程或相对高程坐标系统，若采用绝对高程系统或具有第三方稳定参照系统时，则基准点可任意选取；若采用相对高程系统，则需将初始状态时的基准点作为后续测量的基准点。

5.根据权利要求1-4所述的基于角度传递的轨道沉降连续测量方法，其特征在于，所述的测点为沿着轨道设置的测点。

有益效果：

本发明的基于角度传递的轨道沉降连续测量方法，与当前其他方法相比，具有如下有益效果：

(1)本发明巧妙的利用了现有的轨道这一前提和基础，并基于此基础创造性地提出了一种独特的方案，虽然其实现方法本身是简单的，但理论依据充分、成本低廉、易于实施、劳动强低、且精度极高【因为理论上的精度应该是绝对精确，但具体运用的精度，则依赖于具体的仪器的性能和精度】。

(2)本发明只需一个参考基点和若干个里程校核点(当监测范围较长时)，无需埋设其它测点，量测时将本发明中的标准杆沿被测轨道行走通过即可完成量测数据采集，沿线被测点数不限，沿线被测点间距不限。

(3)本发明能应用于轨道(如高铁、准轨、城铁、地铁等的路堤、桥梁)的沉降测量，特别是隧道等封闭性空间内轨道沉降测量，亦可在在建已铺轨道的路堤、桥梁及隧道沉降量测、操作方便、测试速度快、对线路通行影响小，适应性强。最大的优点是不需破坏路堤(路基)埋设沉降观测点，不受气象条件的影响等。

(4)另外，本发明计算简单，操作方便，实现了连续测量，较传统水准测量方法，能有效克服隧道内测量时，光线不足，劳动强度大等缺点。

附图说明

图1为本发明的计算原理图。

具体实施方式

以下将结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明：

实施例1：

(1)在待测轨道区域附近选取一点(起始点)作为基准点D₀【首先起始点不宜是待测区域内，理由为，在工程监测领域，通常选定的基准点应该是待测区域以外，因此此处还是用待测区域附近较为合适；通常可取距离待测轨道3-10m范围。】采用水准测量的方法确定该基准点的高程基准点的高程可采用绝对高程系统或相对高程系统，若采用绝对高程系统或具有第三方稳定参照系统时，则基准点可任意选取；若采用相对高程系统，则需将初始状态时的基准点作为后续测量的基准点。

(2)将该基准点D₀作为标准杆的起始点，在标准杆长度L范围之内，离起始点某一距离位置的任意一点作为传递点直线连接起始点和传递点，即为传递线，且该传递线的长度均不大于标准杆长度(即预设的长度值)，即

(3)测取传递线的长度以及传递线与水平面的夹角其中，传递线与水平面的夹角取锐角，以起始点为顶点，假定传递线总体上从右向左方向延伸，如图1所示，以传递线的起始点为顶点，当传递线到过顶点的水平线为顺时针时，取正值；逆时针时，取负值；于是，可得到传递点与起始点D₀的高程差：

${\mathrm{\δ}}_{\mathrm{1,1}}^{\left(0\right)}=l_{\mathrm{1,1}}^{\left(0\right)}\sin \left({\mathrm{\α}}_{\mathrm{1,1}}^{\left(0\right)}\right).$

进一步地，任意一传递线起点与终点的高程差的计算公式为：

i＝0，1，…，j＝1，2，…，m＝1，2，…，k_j。

其中，i表示轨道状态的第i次测量；j表示轨道上的设定的第j个测点；k_j表示轨道上的设定的第j个测点和第j+1个测点之间划分的传递点数；m表示第j个测点和第j+1个测点之间的第m个传递点。

更进一步地，结合基准点的高程即可计算得到传递点的实际高程

$H_{C_{\mathrm{1,1}}}^{\left(0\right)}=H_0^{\left(0\right)}-{\mathrm{\δ}}_{\mathrm{1,1}}^{\left(0\right)}=H_0^{\left(0\right)}-l_{\mathrm{1,1}}^{\left(0\right)}\sin \left({\mathrm{\α}}_{\mathrm{1,1}}^{\left(0\right)}\right).$

(4)将已测取高程的传递点作为标准杆的下一次测量的起始点，依次测量下一传递点直至到下一待测点D₁，便可累加计算得到该待测点的实际高程进一步地，可得到轨道上所有待测点D_j(j＝1，2，…)的高

(5)根据测试频率，重复上述步骤(1)～(4)逐次测取轨道的实际状态

$H_j^{\left(i\right)}=H_{j-1}^{\left(i\right)}-\underset{m=1}{\overset{k_j}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\δ}}_{j,m}^{\left(i\right)},$ i＝0，1，…，j＝1，2，…。

(6)当前状态与前次状态比较，即可得到轨道的当期沉降量当前状态与初始状态比较，即可得到轨道的累计沉降量

轨道各测点的当期沉降量计算公式为：

轨道各测点的累计沉降量计算公式为：

该方法的前提的是必须有一固定的行走轨迹，若用于通用的地质沉降监测，需要在测试前预埋一条测试轨迹，然后再实施本发明的测试过程。

Claims (5)

1.一种基于角度传递的轨道沉降连续测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：准备步骤：

选取一个起始点D₀作为基准点，并确定该基准点的高程

在测点或起始点D_j与测点D_j+1之间设置多个传递点C_j，m，j表示设定的第j个测点，j＝0，1，2，…；m表示j个测点和第j+1个测点之间的第m个传递点，m＝1，2，3，…k_j，k_j表示第j个测点和第j+1个测点之间设定的传递点数；

定义传递线为相邻传递点之间的连线，或测点与与该测点相邻的传递点之间的连线；

定义传递线与水平面的夹角取锐角，传递线沿着传递方向相对与水平面向上延伸时，该夹角取负值，若相对与水平面向下延伸，则该夹角取正值；

步骤2：首次测量以确定各测点的初始高程；

测量每一条传递线长度及其与水平面的夹角

则任意传递线起点与终点的高程差的计算公式为：

j＝1，2，…，m＝1，2，…，k_j；

则任一待测点D_j(j＝1，2，…)的初始高程值

$H_j^{\left(0\right)}=H_{j-1}^{\left(0\right)}-\underset{m=1}{\overset{k_j}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\δ}}_{j,m}^{\left(0\right)},$ j＝1，2，…；

步骤3：第i次测量；i依次取1，2，3，…；确定各测点更新后的高程；

测量每一条传递线长度及其与水平面的夹角

所有传递线起点与终点的高程差的计算公式为

i＝1，2，…，j＝1，2，…，m＝1，2，…，k_j；

则任一待测点D_j(j＝1，2，…)的本次高程值

$H_j^{\left(i\right)}=H_{j-1}^{\left(i\right)}-\underset{m=1}{\overset{k_j}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\δ}}_{j,m}^{\left(i\right)},$ j＝1，2，…；

步骤4：计算出第i次测量后各测点的沉降值；

轨道各测点的当期沉降量的计算公式为：i＝1，2，…，j＝1，2，…；

轨道各测点的累计沉降量的计算公式为：i＝1，2，…，j＝1，2，…。

2.根据权利要求1所述的基于角度传递的轨道沉降连续测量方法，其特征在于，要求其中为第j条传递线的长度；L为预设的长度值，L取值为3～10m。

3.根据权利要求1所述的基于角度传递的轨道沉降连续测量方法，其特征在于，L取值为6m。

4.根据权利要求1所述的基于角度传递的轨道沉降连续测量方法，其特征在于，任意一次测量前，通过水准测量确定基准点的高程坐标；采用绝对高程或相对高程坐标系统，若采用绝对高程系统或具有第三方稳定参照系统时，则基准点可任意选取；若采用相对高程系统，则需将初始状态时的基准点作为后续测量的基准点。

5.根据权利要求1-4所述的基于角度传递的轨道沉降连续测量方法，其特征在于，所述的测点为沿着轨道设置的测点。