CN116166680A - 一种铁路北斗基准站控制网自动更新维护方法和系统 - Google Patents
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Abstract
一种铁路北斗基准站控制网自动更新维护方法和系统,包括如下步骤:接收基准站观测数据,将所述观测数据进行解码,并按等时间间隔切割数据保存到本地磁盘中,定时进行格式转换;调用格式转换后的数据库;使用需要进行基线解算的两个基准站的同步观测数据、星历数据进行基线的三差预处理、双差浮点解算、双差模糊度固定和固定解反算;建立重复基线、同步环、独立闭合环检测,基线向量符合要求后,自动生成无约束网检测结果;对基准站控制网中所有通过检验的基线向量进行解算;判断北斗基准站控制网内各站点的稳定性。本发明解决了北斗基准站控制网的定期检核、不稳定点识别与剔除、坐标复测及更新、北斗基准站的维护。
Description
技术领域
本发明涉及铁路控制网技术领域,特别涉及一种铁路北斗基准站控制网自动更新维护方法和系统。
背景技术
铁路北斗基准站控制网是普速铁路控制网的组成部分,作为普速铁路两级控制网的首级控制基准,主要由沿线路15-20km间距布设的北斗连续运行基准站(简称“北斗基准站”)组成。数据处理中心通过24小时连续不间断运行,对各基准站观测数据构建信号覆盖区域内构建差分解算模型,通过无线数据播发向用户提供高精度的差分改正信息,可实时解算得到流动站的精确点位,以满足工务线路养维的定位需求。铁路北斗基准站可以替代原铁路精测网体系中的CPⅠ、CPⅡ及线路水准基点作为测量控制基准。现有铁路基础平面控制网CPⅠ主要是在框架控制网CP0的基础上建立的,采用GNSS静态测量,主要为线路勘察、设计、运营维护提供坐标基准。北斗基准站可以不间断存储静态观测数据,并发送至数据处理中心进行保存,可以满足作为CPⅠ、CPⅡ基准使用的需求。
然而,现有技术中,北斗基准站连续运行过程中存在的各站点因发生变动,需人工定期复核解算对基准站坐标进行更新维护,导致作业效率低。
发明内容
本发明的目的是提供一种铁路北斗基准站控制网自动更新维护方法和系统,尤其是涉及基于北斗基准站技术的铁路控制网数据管理、基准站坐标值更新维护,避免了现有技术中北斗基准站连续运行过程中存在的各站点因发生变动,需人工定期复核解算对基准站坐标进行更新维护的情况。所述方法是在铁路北斗基准站控制网各站点数据实时传输至服务器软件平台后,通过对数据解码转换,读取卫星观测原始数据和星历文件,在基线解算合格后进行无约束网平差对观测数据质量检核,各项指标合格后进行约束网平差对控制网内各站点检核以识别出不稳定的北斗基准站,进而同精度内插更新其坐标,以实时保证北斗基准站控制网内各站点坐标的准确性。减少了原有北斗基准站控制网需定期人工复测、各步骤人工检核等工作量,避免了时效性难以保障的问题。
本发明由下述技术方案实现:
本发明的第一方面公开了一种铁路北斗基准站控制网自动更新维护方法,包括如下步骤:
步骤S100,接收基准站观测数据,将所述观测数据进行解码,并按等时间间隔切割数据保存到本地磁盘中,定时进行格式转换,转成Rinex文件;
步骤S200,调用格式转换后的Rinex数据库,读取Rinex标准格式文件中的观测数据、星历数据;
步骤S300,使用需要进行基线解算的两个基准站的同步观测数据、星历数据进行基线的三差预处理、双差浮点解算、双差模糊度固定和固定解反算;
步骤S400,建立重复基线、同步环、独立闭合环检测,基线向量符合要求后,自动生成无约束网检测结果;
步骤S500,对基准站控制网中所有通过检验的基线向量进行网平差、Tau检验、卡方检验、复测结果解算;
步骤S600,判断北斗基准站控制网内各站点的稳定性,若超限则判断其不稳定需更新超限的北斗基准站坐标及高程,不超限则认为各站点均稳定,北斗基准站控制网各站点不进行更新配置。
式(1)中,σ为基线向量的弦长中误差(mm);
组成闭合环的基线向量按同一方向矢量的各个分量的和为分量闭合差(Wx、Wy、Wz),分量闭合差的平方和开方为全长闭合差Ws,其中,分量闭合差和全长闭合差如下:
式(2)中,n为闭合环中的边数;σ为基线向量的弦长中误差(mm)。
异步环的分量闭合差和全长闭合差如下:
式(3)中,n为闭合环中的边数;σ为基线向量的弦长中误差(mm)。
进一步的,步骤S500中,自由网平差函数模型如下:
进一步的,约束网平差通过选取控制网内较稳定的固定北斗基准站的椭球下的工程独立坐标作为起算进行三维约束平差,基线向量的观测方程考虑坐标系与工程独立坐标系间的转换参数。
进一步的,卡方检验,是对验后单位权中误差与先验单位权中误差一致性进行检查。
进一步的,所述卡方检验需要满足:
式中,r为网平差的自由度,为验后单位权中误差,/>和/>为上侧分位数,数值可通过卡方分布临界值表获得。若卡方检验通过,认为网平差合格。否则,则应给出相应提示,手动检查先验中误差是否合适、观测值权重是否正确或基线向量导入是否存在错误。
进一步的,步骤S600中,站点的平面坐标检核是通过判断各站点不同期次的坐标较差,满足下式:
若不满足则直接通过同精度内插方式对超限的北斗基准站进行更新计算;若满足式,则根据相邻站点检核判断稳定性。
进一步的,站点的高程检核是通过不同期次间的相邻点高差较差进行判断,复测与原测高差较差满足:
本发明还涉及一种铁路北斗基准站控制网自动更新维护系统,包括基准站数据采集子模块、通信传输子模块、数据处理中心子模块;
所述基准站数据采集子模块采用全频段3D扼流圈天线、高精度GNSS基准站接收机,对北斗、GPS、GLONASS等主流卫星导航系统的卫星数据实时采集;
所述通信传输子模块采用有线专网传输和无线传输两种方式,野外基准站采用4G无线物联网卡,屋顶基准站采用VPN/VPDN专用网络;
所述数据处理中心子模块实现对输入数据进行解码及读取、基线解算、网平差、检核及坐标更新、差分数据播发。
本发明还涉及一种电子设备,所述电子设备包括:
至少一个处理器;以及,
与所述至少一个处理器通信连接的存储器;其中,
所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令,所述指令被所述至少一个处理器执行,以使所述至少一个处理器能够执行所述的方法。
本发明还涉及一种非暂态计算机可读存储介质,该非暂态计算机可读存储介质存储计算机指令,该计算机指令用于使该计算机执行所述的方法。
本发明的技术方案能实现如下有益的技术效果:
本发明解决了北斗基准站控制网的定期检核、不稳定点识别与剔除、坐标复测及更新、北斗基准站的维护。
本发明避免了人工定期对北斗基准站的检核解算后对控制网内不稳定点进行更新的繁琐步骤,通过优先使用观测数据量多的频点数据,实现了北斗基线解算的自动化,无须人工进行参数配置和数据提出,便可达到高精度基线解算结果。
本发明通过定期计算,对北斗基准站进行全方位24小时检测,输出站点较差限差、相邻点站点限差等指标,作为基准站稳定性检核的重要判别指标,通过自动判别其稳定性确定控制网内各北斗基准站是否需要更新,测量结果无需人工干预,减少了人工处理定期下载数据、解算、复核等处理步骤,大幅提高了系统作业效率。
附图说明
图1为本发明的铁路北斗控制网数据管理系统的结构框图;
图2为本发明的铁路北斗基准站控制网自动更新维护系统作业流程图;
图3为本发明的铁路北斗基准站控制网站点稳定性检核及更新流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了,下面结合具体实施方式并参照附图,对本发明进一步详细说明。应该理解,这些描述只是示例性的,而并非要限制本发明的范围。此外,在以下说明中,省略了对公知结构和技术的描述,以避免不必要地混淆本发明的概念。
下面结合附图及实施例对本发明进行详细说明。
本发明的第一方面提供了一种铁路北斗基准站控制网自动更新维护方法,具体的,如图2和图3所示,所述方法包括如下步骤:
步骤S100,接收基准站观测数据,将所述观测数据进行解码,并按等时间间隔切割数据保存到本地磁盘中,定时进行格式转换,转成Rinex文件。
步骤S200,调用格式转换后的Rinex数据库,读取Rinex标准格式文件中的观测数据、星历数据。
步骤S300,使用需要进行基线解算的两个基准站的同步观测数据、星历数据进行基线的三差预处理、双差浮点解算、双差模糊度固定和固定解反算。
具体的,所述基线解算流程是:三差预处理将两站的载波相位观测数据在测站间、卫星间、历元间分别求差,消除接收机端误差、卫星端误差、大气误差和模糊度参数后生成三差观测值,然后进行三差周跳探测与修复、三差位置解算;双差浮点解算使用测站间、卫星间的双差观测值构建双差观测方称,通过序贯最小二乘方法计算基线分量浮点解和模糊度浮点解;基于模糊度浮点解,使用lambda方法进行双差模糊度的搜索与固定;在双差模糊度固定后,使用载波相位观测值反算得到毫米级的基线分量固定解。
步骤S400,建立重复基线、同步环、独立闭合环检测,基线向量符合要求后,自动生成无约束网检测结果。
式(1)中,σ为基线向量的弦长中误差(mm)。
由同步观测所获得的若干条基线分量构成的闭合环称为同步环。组成闭合环的基线向量按同一方向(顺时针或逆时针)矢量的各个分量的和为分量闭合差(Wx、Wy、Wz),分量闭合差的平方和开方为全长闭合差Ws。其中,分量闭合差和全长闭合差应符合以下规定:
式(2)中,n为闭合环中的边数;σ为基线向量的弦长中误差(mm)。
若一组基线向量中任意一条基线均无法由其他基线的组合来表示,则称该组基线为独立基线,由独立基线组成的闭合环称为独立闭合环,与同步环类似,异步环的分量闭合差和全长闭合差应符合以下规定:
式(3)中,n为闭合环中的边数;σ为基线向量的弦长中误差(mm)。
步骤S500,对基准站控制网中所有通过检验的基线向量进行网平差(包含自由网平差、约束网平差)、Tau检验、卡方检验、复测结果解算。其中自由网平差函数模型如下所示:
自由网平差合格后,其基线向量各分量的改正数绝对值需满足下式要求:
约束网平差通过选取控制网内较稳定的2-3个固定北斗基准站的CGCS2000椭球下的工程独立坐标作为起算进行三维约束平差,则基线向量的观测方程需考虑WGS-84坐标系与工程独立坐标系间的转换参数(三个旋转参数、三个平移参数、1个尺度参数),基线向量为空间直角坐标差,则其观测值误差方程可表示为:
按照附有条件的间接平差方法进行,其误差方程按矩阵形式表述为:
约束条件方程可表示为
按最小二乘组成法方程为:
并输出基线平差结果和各站点平差结果,以及验后单位权中误差、基线方位角中误差、边长相对中误差等精度信息。
在进行网平差后,为确定网平差结果的可靠性,需要进行卡方检验和Tau检验。
卡方检验,即对验后单位权中误差与先验单位权中误差一致性进行检查,检验需要满足:
式中,r为网平差的自由度,为验后单位权中误差,/>和/>为上侧分位数,数值可通过卡方分布临界值表获得。若卡方检验通过,认为网平差合格。否则,则应给出相应提示,手动检查先验中误差是否合适、观测值权重是否正确或基线向量导入是否存在错误。
Tau检验对网平差后的基线分量进行检查,判断基线分量是否存在粗差,单条基线应满足:
步骤S600,通过站点的平面坐标检核、高程检核判断北斗基准站控制网内各站点的稳定性,若超限(即下方各指标的限差)则判断其不稳定需更新超限的北斗基准站坐标及高程,不超限则认为各站点均稳定,北斗基准站控制网各站点不进行更新配置。其主要流程如附图3所示。
站点的平面坐标检核主要是通过判断各站点不同期次的坐标较差,需满足下式:
若不满足上式(9)则直接通过同精度内插方式对超限的北斗基准站进行更新计算。若满足式(9),则需根据相邻站点检核进一步判断其稳定性,主要依据相邻点间方位角较差、相邻点间坐标增量之差的相对精度进行稳定性分析,判别指标如下:
相邻点间坐标增量之差的相对精度按下式(10)计算,不同相邻点间距离对应的限差如下表1所示。
表1 相邻点间坐标增量之差的相对精度限差
相邻点边长S/m | S≥800 | 800>S≥500 | S≤500 |
限差 | 1/130000 | 1/100000 | 1/80000 |
站点的高程检核是通过不同期次间的相邻点高差较差进行判断,复测与原测高差较差需满足:
站点检核与相邻站点检核均通过的北斗基准站,系统默认维持原坐标及高程值,对于检核超限的北斗基准站点则根据同精度内插法进行更新,并在基准站配置中对各站点坐标及高程重新赋值修正。
同精度内插法即采用所有检核通过的稳定北斗基准站点的三维坐标作为约束,将检核超限的北斗基准站作为未知点,通过三维约束平差方式计算出各检核超限的站点坐标及高程。
本发明的第二方面提供了一种铁路北斗基准站控制网自动更新维护系统,该系统包括基准站数据采集子模块、通信传输子模块、数据处理中心子模块。
所述基准站数据采集子模块采用全频段3D扼流圈天线、高精度GNSS基准站接收机,可以对北斗、GPS、GLONASS等主流卫星导航系统的卫星数据实时采集;
所述通信传输子模块采用有线专网传输和无线传输两种方式,野外基准站采用4G无线物联网卡,屋顶基准站采用VPN/VPDN专用网络。
所述数据处理中心子模块是铁路北斗基准站控制网系统的核心模块,可实现对输入数据的解码及读取、基线解算、网平差、检核及坐标更新、差分数据播发等功能。
本发明还涉及一种电子设备,所述电子设备包括:
至少一个处理器;以及,
与所述至少一个处理器通信连接的存储器;其中,
所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令,所述指令被所述至少一个处理器执行,以使所述至少一个处理器能够执行所述的方法。
本发明还涉及一种非暂态计算机可读存储介质,该非暂态计算机可读存储介质存储计算机指令,该计算机指令用于使该计算机执行所述的方法。
综上所述,本发明提供了一种铁路北斗基准站控制网自动更新维护方法和系统,包括如下步骤:接收基准站观测数据,将所述观测数据进行解码,并按等时间间隔切割数据保存到本地磁盘中,定时进行格式转换,转成Rinex文件;调用格式转换后的Rinex数据库,读取Rinex标准格式文件中的观测数据、星历数据;使用需要进行基线解算的两个基准站的同步观测数据、星历数据进行基线的三差预处理、双差浮点解算、双差模糊度固定和固定解反算;建立重复基线、同步环、独立闭合环检测,基线向量符合要求后,自动生成无约束网检测结果;对基准站控制网中所有通过检验的基线向量进行网平差、Tau检验、卡方检验、复测结果解算;判断北斗基准站控制网内各站点的稳定性,若超限则判断其不稳定需更新超限的北斗基准站坐标及高程,不超限则认为各站点均稳定,北斗基准站控制网各站点不进行更新配置。本发明解决了北斗基准站控制网的定期检核、不稳定点识别与剔除、坐标复测及更新、北斗基准站的维护。
应当理解的是,本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理,而不构成对本发明的限制。因此,在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。此外,本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。
Claims (10)
1.一种铁路北斗基准站控制网自动更新维护方法,其特征在于,包括如下步骤:
步骤S100,接收基准站观测数据,将所述观测数据进行解码,并按等时间间隔切割数据保存到本地磁盘中,定时进行格式转换,转成Rinex文件;
步骤S200,调用格式转换后的Rinex数据库,读取Rinex标准格式文件中的观测数据、星历数据;
步骤S300,使用需要进行基线解算的两个基准站的同步观测数据、星历数据进行基线的三差预处理、双差浮点解算、双差模糊度固定和固定解反算;
步骤S400,建立重复基线、同步环、独立闭合环检测,基线向量符合要求后,自动生成无约束网检测结果;
步骤S500,对基准站控制网中所有通过检验的基线向量进行网平差、Tau检验、卡方检验、复测结果解算;
步骤S600,判断北斗基准站控制网内各站点的稳定性,若超限则判断其不稳定需更新超限的北斗基准站坐标及高程,不超限则认为各站点均稳定,北斗基准站控制网各站点不进行更新配置。
式(1)中,σ为基线向量的弦长中误差(mm);
组成闭合环的基线向量按同一方向矢量的各个分量的和为分量闭合差(Wx、Wy、Wz),分量闭合差的平方和开方为全长闭合差Ws,其中,分量闭合差和全长闭合差如下:
式(2)中,n为闭合环中的边数;σ为基线向量的弦长中误差(mm);
异步环的分量闭合差和全长闭合差如下:
式(3)中,n为闭合环中的边数;σ为基线向量的弦长中误差(mm)。
4.根据权利要求3所述的铁路北斗基准站控制网自动更新维护方法,其特征在于,约束网平差通过选取控制网内较稳定的固定北斗基准站的椭球下的工程独立坐标作为起算进行三维约束平差,基线向量的观测方程考虑坐标系与工程独立坐标系间的转换参数。
5.根据权利要求4所述的铁路北斗基准站控制网自动更新维护方法,其特征在于,卡方检验,是对验后单位权中误差与先验单位权中误差一致性进行检查。
9.一种铁路北斗基准站控制网自动更新维护系统,其特征在于,包括基准站数据采集子模块、通信传输子模块、数据处理中心子模块;
所述基准站数据采集子模块采用全频段3D扼流圈天线、高精度GNSS基准站接收机,对北斗、GPS、GLONASS等主流卫星导航系统的卫星数据实时采集;
所述通信传输子模块采用有线专网传输和无线传输两种方式,野外基准站采用4G无线物联网卡,屋顶基准站采用VPN/VPDN专用网络;
所述数据处理中心子模块实现对输入数据进行解码及读取、基线解算、网平差、检核及坐标更新、差分数据播发。
10.一种电子设备,所述电子设备包括:
至少一个处理器;以及,
与所述至少一个处理器通信连接的存储器;其中,
所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令,所述指令被所述至少一个处理器执行,以使所述至少一个处理器能够执行如权利要求1至8之一所述的方法。
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