CN112763975B

CN112763975B - 顾及铁路带状特征的铁路框架基准网区块间拼接方法

Info

Publication number: CN112763975B
Application number: CN202011609371.1A
Authority: CN
Inventors: 张云龙; 赵海; 匡团结; 邓继伟
Original assignee: China Railway Design Corp; China State Railway Group Co Ltd
Current assignee: China Railway Design Corp; China State Railway Group Co Ltd
Priority date: 2020-12-30
Filing date: 2020-12-30
Publication date: 2023-03-17
Anticipated expiration: 2040-12-30
Also published as: CN112763975A

Abstract

本申请提供了一种顾及铁路带状特征的铁路框架基准网区块间拼接方法。将三级控制网：一级网，全国铁路框架基准网；二级网，线下基准网和三级网，线上北斗精测网，逐级进行基线解算和网平差计算，实现坐标系统的统一，完成区块间拼接；获得高精度坐标，实现铁路框架基准网区块间的拼接。在高精度解算坐标的同时实现了自动化作业，有利于实施全国铁路一张图的建设，并可为轨道精密检测和用户RTK作业提供服务。

Description

顾及铁路带状特征的铁路框架基准网区块间拼接方法

技术领域

本发明涉及运营铁路测量技术领域，具体涉及一种顾及铁路带状特征的铁路框架基准网区块间拼接方法。

背景技术

带状测量控制网大多采用传统的分级控制网布设、逐级控制的方式，目前我国铁路建设中已建成了基于单条线路的CP0、CPI、CPII、CPIII等各级控制网，但由于中国幅员辽阔，不同铁路坐标基准不统一，已经建成及正在建设的铁路项目的控制网，路网之间实际没有统一的测绘基准，坐标系统兼容性较差，严重影响了我国高速铁路一张图系统的构建。随着社会信息化的发展，原有铁路框架基准网已然不能满足铁路智能化发展的需要，亟需建立一套全网基准统一的全国铁路框架基准网，以满足全国铁路智能化及一张图的服务需求。

发明内容

针对各地铁路工程坐标基准不一致的问题，通过使用既有资料，本发明提出一种顾及铁路带状特征的铁路框架基准网区块间拼接方法，可以实现全国铁路框架基准网的坐标基准的统一。

本发明提供一种顾及铁路带状特征的铁路框架基准网区块间拼接方法，将三级控制网逐级进行基线解算和网平差计算，实现坐标系统的统一，完成区块间拼接；所述三级控制网包括：一级网，全国铁路框架基准网；二级网，线下基准网和三级网，线上北斗精测网；

优选的，对一级网全国铁路框架基准网进行基线解算和网平差计算包括以下步骤：

接收一级网和若干国家基准站的观测数据，结合国家基准站的CGCS2000坐标，通过全球导航卫星系统基线解算和网平差，获得高精度的铁路框架基准网各基准点的CGCS2000坐标。

优选的，对二级网线下基准网进行基线解算和网平差计算包括以下步骤：

以高精度的铁路框架基准网各基准点的CGCS2000坐标作为起算点；

结合铁路工程临近若干一级网点的观测数据和CGCS2000坐标，对二级网进行基线解算和网平差，获得铁路CORS站的CGCS2000坐标。

优选的，对三级网线上北斗精测网进行基线解算和网平差计算包括以下步骤：

以铁路CORS站的CGCS2000坐标作为起算点；

结合铁路工程临近若干二级网点的观测数据和CGCS2000坐标，在数据处理中心对三级网进行基线解算和网平差，获得线上北斗精测网的CGCS2000坐标。

优选的，所述一级网沿铁路各个枢纽进行布设；且相邻站点布设间距为300-500km，并与CGCS2000国家框架网加密联测。

优选的，所述二级网采用的线下基准网是沿铁路路线均匀分布的CORS站；且相邻站点布设间距为10-50km。

优选的，所述三级网采用的线下上北斗精测网是沿铁路线路线路两侧路基路肩或桥梁防撞墙上旁均匀布设分布的；且相邻站点布设间距为1-5km。

优选的，一级网为全国铁路框架基准网，由卫星导航定位连续运行参考站系统(CORS)的参考站组成，利用计算机、数据通信和互联网络技术将各个参考站与数据中心组成网络，用于提供定位、导航、位置服务。

优选的，二级网为线下基准网，由卫星导航定位连续运行参考站（CORS）系统组成，利用计算机、数据通信和互联网络技术将各个参考站与数据中心组成网络，用于提供定位、导航、位置服务。

优选的，所述三级网的线上北斗精测网数据采用GNSS观测设备测量而得，所述GNSS观测设备布设于铁路线路两侧的路基路肩或桥梁防撞墙外侧。

本申请实施例提供的一种顾及铁路带状特征的铁路框架基准网区块间拼接方法，相比于现有技术，至少具有以下优点：

本申请提供的拼接方法，实现了铁路工程之间坐标框架的统一；采用三级网的布设方式，覆盖范围广，统一基准后的坐标网络可为用户提供更全面的服务；起算基准为国家基准站点，是CGCS2000坐标，可靠且符合现代测绘使用需求；现场全部采用卫星导航定位连续运行参考站或安装全球卫星导航定位接收机的观测站，供后台数据处理中心基线解算和网平差，实现了自动化处理，可节省人工和时间成本。

附图说明

图1所示为本申请一实施例提供的一种顾及铁路带状特征的铁路框架基准网区块间拼接方法的流程图。

图2所示为本申请一实施例提供的拼接方法中一级网布设点位示意图。

图3所示为本申请另一实施例提供的拼接方法中某段路线各级网布设点位示意图。

附图标记：1. 铁路线路；2. 一级控制点；3. 二级控制点；4. 三级控制点。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

此外，在示例性实施例中，因为相同的参考标记表示具有相同结构的相同部件或相同方法的相同步骤，如果示例性地描述了一实施例，则在其他示例性实施例中仅描述与已描述实施例不同的结构或方法。

在整个说明书及权利要求书中，当一个部件描述为“连接”到另一部件，该一个部件可以“直接连接”到另一部件，或者通过第三部件“电连接”到另一部件。此外，除非明确地进行相反的描述，术语“包括”及其相应术语应仅理解为包括所述部件，而不应该理解为排除任何其他部件。

本申请实施例中提出了一种顾及铁路带状特征的铁路框架基准网区块间拼接方法。针对各铁路工程坐标基准不统一问题，实施时结合两条以上铁路工程的坐标框架，采用既有资料进行处理。拼接内容分三级控制网，一级网为全国铁路框架基准网，布设于各个铁路重大枢纽，由卫星导航定位连续运行参考站系统(Continuously Operating ReferenceSystem，CORS)组成；二级网为线下基准网，由各个铁路布设的CORS站组成；三级网为线上北斗精测网，由安装了全球导航卫星系统接收机的固定观测站组成。

如图1所示，具体拼接方法包括以下步骤：

S1、首先以国家基准站点为起算基准，与铁路框架基准网进行联测，根据国家基准点的CGCS2000坐标，可通过基线解算和网平差得到铁路框架基准网点的CGCS2000坐标；

S2、以铁路框架基准网点的CGCS2000坐标为起算基准，与铁路系统CORS站联测，可得到铁路系统CORS站的CGCS2000坐标；

S3、以铁路系统CORS站的CGCS2000坐标为基准，与线上北斗精测网联测，可得到线上北斗精测网的CGCS2000坐标。以上均于后台数据处理中心自动化完成，通过这个过程完成全国铁路框架基准网区块间的拼接。

所述各铁路工程不统一的坐标基准，是因为铁路建设发展历史长，由于生产实际的需要，一般都需要建立适合当地的独立坐标系，许多老测绘成果都是在这种坐标系下得出的。

所述既有资料包括全国铁路框架基准网、铁路CORS站、北斗精测网和国家基准站及其已知CGCS2000坐标。

所述一级网为全国铁路框架基准网，由卫星导航定位连续运行参考站组成。

所述二级网为线下的基准网，由铁路系统布设的卫星导航定位连续运行参考站组成。

所述卫星导航定位连续运行参考站系统具备长期连续跟踪和记录卫星信号的GNSS接收机，利用计算机、数据通信和互联网络技术将各个参考站与数据中心组成网络，用于提供定位、导航、位置服务。

所述三级网为线上的北斗精测网，由安装了全球导航卫星系统接收机的固定观测站组成。

所述全球导航卫星系统接收机用于实时接收、存储及传输全球导航卫星系统观测值，包括天线、GNSS模块、电池、通讯系统及连接设备。

如图2所示，一级网是全国铁路框架基准网，布设于105个城市交通枢纽及西藏、新疆区域5个加密站点，共110个站点，基线长度不超过500km，图中2为一级控制点。

二级网根据铁路带状特征，结合实际应用需求，由沿铁路路线的铁路CORS站以10-50km的间距均匀布设。

三级网根据轨道精密检测需求，由固定安装的全球导航卫星系统接收机以1-5km的间距精细化布设。

所述国家基准站均匀分布于我国领土，是为满足社会发展、经济建设、自然条件、定位服务和国家地心坐标框架的建设和维持而建设的基准站。以具有CGCS2000坐标的国家基准站作为联测和起算点，可保证测绘成果和国家基准保持一致。

所述数据处理中心的自动化处理，数据处理中心通过通信网络接收观测数据，使用该级基准网接收到的观测数据，结合引入的若干上一级控制点观测数据和CGCS2000坐标，进行基线解算和网平差，获得该级控制点高精度的CGCS2000坐标系坐标。每级基线解算和网平差的结果都保留到数据库供下一级解算使用，整个流程均在后台数据处理中心自动化处理，无需人工现场操作。

本发明的具体实施例如下：

(1)设备详情和数据准备：

如图3所示，拼接内容包括三级控制网，一级网为全国铁路框架基准网，由全国110个站点组成；基线长度不超过500km；图中1为铁路线路；图中2为一级控制点；二级网由铁路CORS站组成，图中3为二级控制点；分布在铁路沿线，间距为10-50km；三级网为线上固定安装的北斗精测网，图中4为三级控制点布设间距为1-5km。

一级网和二级网的硬件设备皆为卫星导航定位连续运行参考站，参考站子系统由GNSS接收机、GNSS天线、UPS 电源、网络设备、机柜、观测墩、观测室和避雷系统等设备组成，技术成熟，质量可靠。供电方面，一般也会同时配备太阳能供电模块；配备高质量通信设备，包括宽带网络和无线通信，在踏勘选址时一般顾及信号遮挡问题，大多布设在空间开阔的场地。

三级网为自主安装的GNSS观测设备，布设于铁路线路两侧路基路肩或桥梁防撞墙上，主体为全球导航卫星系统接收机，用于实时接收、存储及传输全球导航卫星系统观测数据。其主要包括GNSS天线、GNSS信号接收模块、太阳能电板、电池、有线和无线通讯设备、稳定的底座等。

一、二、三级网的数据全部发送到数据处理中心进行处理。数据处理中心由服务器、工作站、交换机、路由器、UPS、雷电防护设备等硬件设备和相应的软件构成，通过接收参考站上的卫星的实时观测数据，分辨数据来源进行相应等级网的基线解算。

(2)一级网坐标解算：

数据处理中心接收一级网卫星导航连续运行参考站发送过来的原始观测数据，与若干国家基准站发送过来的观测数据联合使用，国家基准站在ITRF1997参考框架下的CGCS2000坐标已知，据此可通过较长时间的自动化基线解算和网平差，获得高精度的一级控制网CGCS2000坐标系的坐标。数据处理中心可通过继续接收数据和解算，分析误差时间序列并改正，达到一级网坐标动态更新的效果；保留铁路框架基准网各基准点（一级网点）的CGCS2000坐标，作为下一级坐标解算的起算数据。

(2)二级网坐标解算：

在数据处理中心实时接收各个铁路CORS站的GNSS观测数据，引入临近的若干铁路框架基准网点，结合其实时观测数据和一级网解算时获得的CGCS2000坐标，进行基线解算和网平差，获得高精度的铁路CORS站CGCS2000坐标，数据处理中心将其保留，作为下一级坐标解算的起算数据。

(3)三级网坐标解算：

在数据处理中心实时接收北斗精密检测网点的GNSS观测数据，引入铁路带状区域沿线的铁路系统CORS站，结合其实时观测数据和二级网解算时获得的CGCS2000坐标，进行实时基线解算和网平差，可获得高精度的北斗精测网CGCS2000坐标，并自动化地分析其误差序列，为实现轨道精密检测提供精确基准。

综合上述说明和实例，本发明选取和布设了三级控制网，全部使用高精度全球卫星定位数据处理的方式，对具有带状特征的铁路框架基准网进行了拼接和统一，在高精度测量的同时实现了自动化作业。有利于实施全国铁路一张网的建设，并为轨道精密检测和用户RTK作业提供重要数据来源。

除了上述方法和设备以外，本申请的实施例还可以是计算机程序产品，其包括计算机程序指令，所述计算机程序指令在被处理器运行时使得所述处理器执行本说明书上述“示例性方法”部分中描述的根据本申请各种实施例的方法中的步骤。

所述计算机程序产品可以以一种或多种程序设计语言的任意组合来编写用于执行本申请实施例操作的程序代码，所述程序设计语言包括面向对象的程序设计语言，诸如Java、C++等，还包括常规的过程式程序设计语言，诸如“C”语言或类似的程序设计语言。程序代码可以完全地在用户计算设备上执行、部分地在用户设备上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算设备上部分在远程计算设备上执行、或者完全在远程计算设备或服务器上执行。

此外，本申请的实施例还可以是计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序指令，所述计算机程序指令在被处理器运行时使得所述处理器执行本说明书上述“示例性方法”部分中描述的根据本申请各种实施例的方法中的步骤。

所述计算机可读存储介质可以采用一个或多个可读介质的任意组合。可读介质可以是可读信号介质或者可读存储介质。可读存储介质例如可以包括但不限于电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。可读存储介质的更具体的例子（非穷举的列表）包括：具有一个或多个导线的电连接、便携式盘、硬盘、随机存取存储器（RAM）、只读存储器（ROM）、可擦式可编程只读存储器（EPROM或闪存）、光纤、便携式紧凑盘只读存储器(CD-ROM)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。

以上结合具体实施例描述了本申请的基本原理，但是，需要指出的是，在本申请中提及的优点、优势、效果等仅是示例而非限制，不能认为这些优点、优势、效果等是本申请的各个实施例必须具备的。另外，上述公开的具体细节仅是为了示例的作用和便于理解的作用，而非限制，上述细节并不限制本申请为必须采用上述具体的细节来实现。

本申请中涉及的器件、装置、设备、系统的方框图仅作为例示性的例子并且不意图要求或暗示必须按照方框图示出的方式进行连接、布置、配置。如本领域技术人员将认识到的，可以按任意方式连接、布置、配置这些器件、装置、设备、系统。诸如“包括”、“包含”、“具有”等等的词语是开放性词汇，指“包括但不限于”，且可与其互换使用。这里所使用的词汇“或”和“和”指词汇“和/或”，且可与其互换使用，除非上下文明确指示不是如此。这里所使用的词汇“诸如”指词组“诸如但不限于”，且可与其互换使用。

还需要指出的是，在本申请的装置、设备和方法中，各部件或各步骤是可以分解和/或重新组合的。这些分解和/或重新组合应视为本申请的等效方案。

提供所公开的方面的以上描述以使本领域的任何技术人员能够做出或者使用本申请。对这些方面的各种修改对于本领域技术人员而言是非常显而易见的，并且在此定义的一般原理可以应用于其他方面而不脱离本申请的范围。因此，本申请不意图被限制到在此示出的方面，而是按照与在此公开的原理和新颖的特征一致的最宽范围。

为了例示和描述的目的已经给出了以上描述。此外，此描述不意图将本申请的实施例限制到在此公开的形式。尽管以上已经讨论了多个示例方面和实施例，但是本领域技术人员将认识到其某些变型、修改、改变、添加和子组合。

Claims

1.一种顾及铁路带状特征的铁路框架基准网区块间拼接方法，其特征在于，将三级控制网逐级进行基线解算和网平差计算，实现坐标系统的统一，完成区块间拼接；所述三级控制网包括：

一级网，全国铁路框架基准网；

二级网，线下基准网；二级网根据铁路带状特征，由沿铁路路线的铁路CORS站以10-50km的间距均匀布设；

三级网为线上北斗精测网；三级网根据轨道精密检测需求，由固定安装的全球导航卫星系统接收机以1-5km的间距精细化布设；

对二级网线下基准网进行基线解算和网平差计算，包括以下步骤：

以全国铁路框架基准网各基准点的CGCS2000坐标作为起算点；

结合铁路工程临近若干一级网点的观测数据和CGCS2000坐标，对二级网进行基线解算和网平差，获得铁路CORS站的CGCS2000坐标；

以铁路CORS站的CGCS2000坐标作为起算点；

2.根据权利要求1所述的顾及铁路带状特征的铁路框架基准网区块间拼接方法，其特征在于，对一级网全国铁路框架基准网进行基线解算和网平差计算包括以下步骤：

3.根据权利要求1所述的顾及铁路带状特征的铁路框架基准网区块间拼接方法，其特征在于，

所述一级网沿铁路各个枢纽进行布设；且相邻站点布设间距为300-500km，并与CGCS2000国家框架网加密联测。

4.根据权利要求1所述的顾及铁路带状特征的铁路框架基准网区块间拼接方法，其特征在于，所述三级网采用的线上北斗精测网是沿铁路线路两侧路基路肩或桥梁防撞墙上均匀布设；且相邻站点布设间距为1-5km。

5.根据权利要求2所述的顾及铁路带状特征的铁路框架基准网区块间拼接方法，其特征在于，一级网为全国铁路框架基准网，由卫星导航定位连续运行参考站系统CORS的参考站组成，利用计算机、数据通信和互联网络技术将各个参考站与数据中心组成网络，用于提供定位、导航、位置服务。

6.根据权利要求1所述的顾及铁路带状特征的铁路框架基准网区块间拼接方法，其特征在于，二级网为线下基准网，由卫星导航定位连续运行参考站系统组成，利用计算机、数据通信和互联网络技术将各个参考站与数据中心组成网络，用于提供定位、导航、位置服务。

7.根据权利要求1所述的顾及铁路带状特征的铁路框架基准网区块间拼接方法，其特征在于，所述三级网的线上北斗精测网数据采用GNSS观测设备测量而得，所述GNSS观测设备布设于铁路线路两侧的路基路肩或桥梁防撞墙外侧。