CN111895980A - 基于北斗gnss的铁路控制测量控制点装置及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及基于北斗GNSS的铁路控制测量控制点装置及控制方法，装置包括混凝土底座和其上方竖直的主墩，主墩底部设置有底板并通过膨胀螺栓与混凝土底座形成可拆卸的连接；主墩顶部设置有强制对中基座，强制对中基座顶面设置有用于安装棱镜、GNSS天线或全站仪的连接件。本发明在铁路既有线的带状线性区域建立基于北斗/GNSS带状稀疏连续观测控制网，提供高效高精度的精准定位服务；该新型控制点装置为一体化设备，有效解决以往控制点安装流程复杂问题，可以快速安装，按照铁路测量规范布设要求和测量精度布设该新型控制点，即可替代于相应等级铁路控制点，接口丰富，适用性广，大大方便了控制测量作业。

Description

基于北斗GNSS的铁路控制测量控制点装置及控制方法

技术领域

本发明涉及一种铁路精密控制测量控制点装置，具体涉及一种基于北斗GNSS的铁路控制测量控制点装置及控制方法。

背景技术

对于既有铁路线路而言，封闭的作业区域内可作业天窗时间越来越有限。而当前带状测量控制网的大多采用传统的分级控制网布设、逐级控制的方式，铁路控制网一般由框架网CP0、基础控制网CPI、线路控制网CPII和轨道控制网CPIII组成。这类测量控制网大多存在布设成本高、施测难度大、需要定期组织复测、以及自动化程度低等缺陷，大大降低了作业效率。为此，需要一种可用快速建设，自动化观测且动态更新，使用时可以快速安装和装配的新型北斗/GNSS控制点装置。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于北斗GNSS的铁路控制测量控制点装置及控制方法，可用于铁路北斗/GNSS卫星导航定位控制点的测设和安装，预留接口丰富，适用性广，在铁路既有线的带状线性区域，通过建立控制网，提供高效高精度的精准定位服务。

本发明所采用的技术方案为：

基于北斗GNSS的铁路控制测量控制点装置，其特征在于：

所述装置包括混凝土底座和其上方竖直的主墩，主墩底部设置有底板并通过膨胀螺栓与混凝土底座形成可拆卸的连接；

主墩顶部设置有强制对中基座，强制对中基座顶面设置有用于安装棱镜、GNSS天线或全站仪的连接件。

混凝土底座表面设置有水准控制点。

主墩外设置有太阳能电池板和蓄电池箱，太阳能电池板接入蓄电池箱，为GNSS天线或全站仪提供电能。

主墩为中空墩，内部空间配置有：

用于配备唯一设备标识符的RFID设备，当GNSS接收机连接时，将唯一设备标识符发送至服务器；

用于与服务器之间传递数据的通讯设备；

用于获得观测数据的GNSS接收机，通过其通讯模块向CORS数据处理中心发送实时GNSS观测值。

所述设备预设有太阳能电池板接口、通讯模块接口、深层位移传感器接口、雨量计接口、视觉传感器接口、气压计接口以及温度计接口；

各接口位于GNSS接收机，并预留RS485接口2个。

所述的基于北斗GNSS的铁路控制测量控制点装置的控制方法，其特征在于：

在铁路既有线的带状线性区域，建立基于北斗/GNSS带状稀疏连续观测控制网，基于一体化的铁路控制测量控制点装置控制测量作业。

铁路控制测量控制点装置配置棱镜或者全站仪时，该装置作为平面控制基准；在利用棱镜作为反射物进行测距时，棱镜接收全站仪发出的光信号，并将其反射回去；全站仪发出光信号，并接收从棱镜反射回来的光信号，计算光信号的相位移，从而间接求得光通过的时间，最后测出全站仪到反射棱镜的距离。

铁路控制测量控制点装置作为高程基准使用，通过混凝土底座上的水准控制点完成控制测量，水准控制点的高程信息在解算后，结合现场量测天线高和天线相位中心相对参考点模型即可改正得到水准控制点的位置，再通过似大地水准面精化模型得到正常高即可作为水准测量参考点。

雨量计通过雨量计接口接入铁路控制测量控制点装置，雨量计经线缆将雨量计数据汇总后由GNSS接收机统一接收、处理和转发，通过容栅位移传感器检测降雨量，把降雨量转变成数字电信号在经过数据处理器，按相应时间存储降雨量。

视觉传感器通过视觉传感器接入铁路控制测量控制点装置，用于现场视觉数据的采集。

本发明具有以下优点：

本发明为有效解决以往控制点安装流程复杂，成本高昂的问题，采用专有的定制化安装墩和机箱，易上手并且可以快速安装，按照铁路测量规范布设要求和测量精度布设该新型控制点，即可替代于相应等级铁路控制点；

该控制点配备高程控制点和强制对中底座，即可作为铁路水平基准点，也可以作为铁路高程控制点。可将该控制点测量时的天线替换为基座、棱镜或者基座和全站仪，用作平面控制基准。底座带有高程控制点，高程信息在解算后，结合现场量测天线高和天线相位中心相对参考点模型即可改正得到高程基准位置，再通过似大地水准面精化模型得到正常高即可作为水准测量参考点；

该控制点预留深层位移传感器接口，可在附近选择适当位置连接深层位移传感器，通过线管将线缆连接至控制点设备内部空间，安装简单、经济，可进行实时、连续、全自动、高可靠性检测技术，测量精度高、稳定性好、量程可达3m以上；

该控制点带有雨量计接口，可快速接入雨量计，通过容栅位移传感器检测降雨量，把降雨量转变成数字电信号在经过数据处理器，可按相应时间存储降雨量，加GPRS数据传输模块，可远程在线观测降雨情况。接入新型控制点后最大降雨强度测量可达9mm/min，误差小于±2%，大幅优于国家标准，可作为真实降雨记录和历史依据的测量设备；

该控制点还预设视觉传感器接口，传感器在使用时通过对设备现场的长时间观察，低频的采样可以估计出目标物体的大致位移，也可作为变形体的监视使用。摄像头同时可作为施工现场监管使用，无需额外电缆、支架，即插即用，实时回传，非常便捷；

此外该控制点还有气压计、温度计等传感器接口，都可作为其他辅助手段，为监测提供更精准的信息。各类传感器数据在设备箱汇总后由新型GNSS接收机统一负责接收、处理和转发数据，是一种用于进行铁路控制测量的新型控制点装置。

附图说明

图1是控制点装置的结构示意图。

图2是连接件与控制点连接示意图。

图3是雨量计与控制点连接示意图。

图4是视觉传感器与控制点连接示意图。

图中标识为：

1-混凝土底座；2-水准控制点；3-主墩；4-保护罩；5-膨胀螺栓；6-太阳能电池板；7-蓄电池箱； 8-棱镜；9-GNSS天线；10-全站仪；11-连接件；12-强制对中基座；13-雨量计；14-雨量计线缆；15-线缆；16-视觉传感器。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明进行详细的说明。

本发明涉及一种基于北斗GNSS的铁路控制测量控制点装置，所述装置包括混凝土底座1和其上方竖直的主墩3，主墩3底部设置有底板并通过膨胀螺栓5与混凝土底座1形成可拆卸的连接；主墩3顶部设置有强制对中基座12，强制对中基座12顶面设置有用于安装棱镜8、GNSS天线9或全站仪10的连接件11。混凝土底座1表面设置有水准控制点2。

主墩3外设置有太阳能电池板6和蓄电池箱7，太阳能电池板6接入蓄电池箱7。蓄电池箱7内部配备有充放电控制器，与蓄电池、GNSS接收机电源和太阳能电池板连接，为用电设备提供电能。蓄电池箱内部供电系统连接顺序为：

先连接蓄电池到充放电控制器，连接成功后控制器会显示出当前蓄电池的电压值；

再连接GNSS接收机电源到充放电控制器，正确接线后，服务器会收到观测数据；

最后连接太阳能电池板到充放电控制器，连接成功后，控制器的显示屏会显示出充电图标。

主墩3为中空墩，内部空间配置有：

用于配备唯一设备标识符的RFID设备，当GNSS接收机连接时，可将唯一设备标识符发送至服务器；

用于与服务器之间传递数据的通讯设备；

用于获得观测数据的GNSS接收机，可通过通讯模块向CORS数据处理中心发送实时GNSS观测值。

所述设备预设有太阳能电池板接口、通讯模块接口、深层位移传感器接口、雨量计接口、视觉传感器接口、气压计接口以及温度计接口，这些接口位于GNSS接收机上，预留RS485接口2个，有多传感器需要时可进行扩展。

铁路控制测量控制点装置配置棱镜或者全站仪时，该装置作为平面控制基准；在利用棱镜作为反射物进行测距时，棱镜接收全站仪发出的光信号，并将其反射回去；全站仪发出光信号，并接收从棱镜反射回来的光信号，计算光信号的相位移，从而间接求得光通过的时间，最后测出全站仪到反射棱镜的距离。

铁路控制测量控制点装置作为高程基准使用，通过混凝土底座上的水准控制点完成控制测量，水准控制点的高程信息在解算后，结合现场量测天线高和天线相位中心相对参考点模型即可改正得到水准控制点的位置，再通过似大地水准面精化模型得到正常高即可作为水准测量参考点。

雨量计通过雨量计接口接入铁路控制测量控制点装置，雨量计经线缆将雨量计数据汇总后由GNSS接收机统一接收、处理和转发，通过容栅位移传感器检测降雨量，把降雨量转变成数字电信号在经过数据处理器，按相应时间存储降雨量。

视觉传感器通过视觉传感器接入铁路控制测量控制点装置，用于现场视觉数据的采集。

如图1所示，本发明提供的一种新型的控制点装置，该控制点装置具有一体化铁路观测墩结构设计，装置主体部分包括地下预埋水泥墩、地上安装墩、配套连接件构成。以下将结合附图和实例对本发明的技术方案做进一步清楚、详细、完整的描述。

该控制点装置包括混凝土底座1上固定的设备主墩3，新型装备主墩3内有内部空间，装有RFID设备等，可放置GNSS接收机、通讯设备，可连接太阳能电池板6，可以实现野外工作24小时可靠供电并且可根据具体需求定制。

所述墩子顶端固定有强制对中基座12，该基座通过焊接与连接杆固定在主墩3上，顶端有螺栓可连接配套连接件，多规格配套连接件用于连接强制安装底座和不同型号的测量设备，通过强制对中基座12中心的螺纹连接，可以适配各种型号测量设备，如棱镜、全站仪、GNSS天线等一整套连接件，外部有保护罩保护。

本发明中设备主墩3可拆卸的固定于混凝土底座1上，水泥墩上设有水准参考点2；安装墩经放腐蚀处理，可满足长时间野外环境工作要求，例如：可以通过膨胀螺钉将墩子固定于混凝土基座上，实现观测墩的稳定安装，达到野外防雨、防止破坏设计。

如图2所示，可以将保护罩4摘下，将其中多规格连接套件上将测量时的天线替换为棱镜8或者全站仪10，此时该装置作为平面控制基准。在利用反射棱镜(或者反射片)作为反射物进行测距时，反射棱镜接收全站仪发出的光信号，并将其反射回去。全站仪发出光信号，并接收从反射棱镜反射回来的光信号，计算光信号的相位移等，从而间接求得光通过的时间，最后测出全站仪到反射棱镜的距离。

作为高程基准使用时，则通过所述混凝土底座1上的高程控制点完成控制测量，而高程基准点的高程信息在解算后，结合现场量测天线高和天线相位中心相对参考点模型即可改正得到高程基准的位置，再通过似大地水准面精化模型得到正常高即可作为水准测量参考点。根据规范要求数据通过接收机内部自带通信模块包括5G/4G/3G/2G、蓝牙、无线电、微波等发送到服务器端实时处理解算或者存储在板载储存上事后解算即可得到三维控制结果。

如图3所示，该设备可增加雨量计13作为监测的辅助手段，为监测提供更精准的信息。一体式雨量自动监测站配置包括：雨量传感器、数据处理存储模块、供电设备、无线传输设备或串口数据线、雨量采集软件。通过线缆14将雨量计数据在设备箱汇总后由新型GNSS接收机统一负责接收、处理和转发数据，通过容栅位移传感器检测降雨量，把降雨量转变成数字电信号在经过数据处理器，可按相应时间存储降雨量，加GPRS数据传输模块，可远程在线观测降雨情况。雨量计内有时钟电路（自带供电电池），可将每日内24小时的降雨量分别进行记录，并统计每日的降雨量，分辨率可达0.01毫米。雨量计的内存可记录400天的降雨量。

如图4所示，该设备可连接视觉传感器16，在使用时通过对设备现场的长时间观察，低频的采样可以估计出目标物体的大致位移，也可作为变形体的监视使用。摄像头同时可作为施工现场监管使用，无需额外电缆、支架，即插即用，实时回传，非常便捷。视觉传感器通过连接器安装在强制对中基座两侧或者在设备墩子上，摄像头在安装时根据需要拍着的目标物体或者场景调整方位安装，以保证视野范围内有效物体足够充足。摄像头通过线缆与设备内部空间中的GNSS接收机相连。

此外，该设备可增加气压计、温度计等作为监测的辅助手段，可以连接Lidar标靶做Lidar解算，为监测提供更精准的信息。

综上所述，本发明是一种用于进行线路控制网控制测量的新型控制点装置，在铁路既有线的带状线性区域，通过建立控制网，提供高效高精度的精准定位服务。该新型控制点，接口丰富，可以连接多种外部传感器，具有多功能用途。且大大减小了的人力、物力成本。是一种可以用快速建设，使用时可以快速安装和装配的新型控制点装置。具体具有以下特点：

1、一体化设备：采用专有的定制化安装墩和机箱，易上手并且使用时可以快速安装，有效解决以往控制点安装流程复杂，成本高昂的问题；按照铁路测量规范布设要求和测量精度布设该新型控制点，可替代相应等级铁路控制；接口丰富，适用性广，传感器易接入，包括北斗/GNSS卫星导航接收机、深层位移传感器、雨量计、气压计、温度计、全站仪、棱镜、视觉传感器等，大大方便了控制测量作业。可以快速安装和拆卸测量设备，在测量作业中需要安装的棱镜、全站仪等设备可以即插即用，无需额外设置三脚架、基站坐标等其他基本步骤，有效提高作业效率并节省成本；接口丰富，可以外接深层位移传感器、视觉传感器、雨量计、气压计、温度计等传感器，作为替代现行铁路测量规范中相应等级的控制点的测量标志。

2、该控制点配备高程控制点和强制对中底座，即可作为铁路水平基准点，也可以作为铁路高程控制点。可将该控制点测量时的天线替换为基座、棱镜或者基座和全站仪，用作平面控制基准。底座带有高程控制点，可为水准测量提供参考。

3、可接入北斗/GNSS接收机。控制点内部预留空间，接入北斗/GNSS接收机，可以实现多星座、多频次卫星信号的全自动采集，包括北斗/GPS/GLONASS/GALILEO/QZSS等，同时实现全多种方式的自动的信号传输。

4、该控制点预留深层位移传感器接口，可在附近选择适当位置连接深层位移传感器，通过线管将线缆连接至控制点设备内部空间，安装简单、经济，可进行实时、连续、全自动、高可靠性检测技术，测量精度高、稳定性好。

5、该控制点带有雨量计接口，可快速接入雨量计，通过容栅位移传感器检测降雨量，把降雨量转变成数字电信号在经过数据处理器，可按相应时间存储降雨量，可作为真实降雨记录和历史依据的测量设备。

6、该控制点预设视觉传感器接口，传感器在使用时通过对设备现场的长时间观察，低频的采样可以估计出目标物体的大致位移，也可作为变形体的监视使用。摄像头同时可作为施工现场监管使用，无需额外电缆、支架，即插即用，实时回传，便捷高效。

7、此外该控制点还有气压计、温度计等传感器接口，都可作为其他辅助手段，是一种用于进行铁路控制测量的新型控制点装置。

本发明的内容不限于实施例所列举，本领域普通技术人员通过阅读本发明说明书而对本发明技术方案采取的任何等效的变换，均为本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.基于北斗GNSS的铁路控制测量控制点装置，其特征在于：

所述装置包括混凝土底座（1）和其上方竖直的主墩（3），主墩（3）底部设置有底板并通过膨胀螺栓（5）与混凝土底座（1）形成可拆卸的连接；

主墩（3）顶部设置有强制对中基座（12），强制对中基座（12）顶面设置有用于安装棱镜（8）、GNSS天线（9）或全站仪（10）的连接件（11）。

2.根据权利要求1所述的基于北斗GNSS的铁路控制测量控制点装置，其特征在于：

混凝土底座（1）表面设置有水准控制点（2）。

3.根据权利要求2所述的基于北斗GNSS的铁路控制测量控制点装置，其特征在于：

主墩（3）外设置有太阳能电池板（6）和蓄电池箱（7），太阳能电池板（6）接入蓄电池箱（7），为GNSS天线（9）或全站仪（10）提供电能。

4.根据权利要求3所述的基于北斗GNSS的铁路控制测量控制点装置，其特征在于：

主墩（3）为中空墩，内部空间配置有：

用于配备唯一设备标识符的RFID设备，当GNSS接收机连接时，将唯一设备标识符发送至服务器；

用于与服务器之间传递数据的通讯设备；

用于获得观测数据的GNSS接收机，通过其通讯模块向CORS数据处理中心发送实时GNSS观测值。

5.根据权利要求4所述的基于北斗GNSS的铁路控制测量控制点装置，其特征在于：

所述设备预设有太阳能电池板接口、通讯模块接口、深层位移传感器接口、雨量计接口、视觉传感器接口、气压计接口以及温度计接口；

各接口位于GNSS接收机，并预留RS485接口2个。

6.根据权利要求5所述的基于北斗GNSS的铁路控制测量控制点装置的控制方法，其特征在于：

在铁路既有线的带状线性区域，建立基于北斗/GNSS带状稀疏连续观测控制网，基于一体化的铁路控制测量控制点装置控制测量作业。

7.根据权利要求6所述的基于北斗GNSS的铁路控制测量控制点装置的控制方法，其特征在于：

铁路控制测量控制点装置配置棱镜或者全站仪时，该装置作为平面控制基准；在利用棱镜作为反射物进行测距时，棱镜接收全站仪发出的光信号，并将其反射回去；全站仪发出光信号，并接收从棱镜反射回来的光信号，计算光信号的相位移，从而间接求得光通过的时间，最后测出全站仪到反射棱镜的距离。

8.根据权利要求6所述的基于北斗GNSS的铁路控制测量控制点装置的控制方法，其特征在于：

铁路控制测量控制点装置作为高程基准使用，通过混凝土底座上的水准控制点完成控制测量，水准控制点的高程信息在解算后，结合现场量测天线高和天线相位中心相对参考点模型即可改正得到水准控制点的位置，再通过似大地水准面精化模型得到正常高即可作为水准测量参考点。

9.根据权利要求6所述的基于北斗GNSS的铁路控制测量控制点装置的控制方法，其特征在于：

雨量计通过雨量计接口接入铁路控制测量控制点装置，雨量计经线缆将雨量计数据汇总后由GNSS接收机统一接收、处理和转发，通过容栅位移传感器检测降雨量，把降雨量转变成数字电信号在经过数据处理器，按相应时间存储降雨量。

10.根据权利要求6所述的基于北斗GNSS的铁路控制测量控制点装置的控制方法，其特征在于：

视觉传感器通过视觉传感器接入铁路控制测量控制点装置，用于现场视觉数据的采集。

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