800T型慣導軌道測量儀外幾何測量精度與設站距離影響分析

周浩

摘? 要：傳統軌道幾何狀態測量儀在我國高速鐵路建設及維護中廣泛使用，采用停停走走測量模式，其工法成熟、測量精度高，能夠根據軌道幾何狀態給出相應的調整/動道方案，以便指導軌道調整與維護。全站儀與慣導組合型軌道幾何狀態測量儀采用連續移動式測量模式，測量效率約為傳統軌道幾何狀態測量儀的15倍。文章主要分析同一設備在相同測量環境下，其由慣導零偏決定的，測量精度與設站距離之間的關系。探索不同階段軌道精測應用場景下功效分析，在滿足施工需求的前提下，為形成更加精準高效的施工方案提供實測分析支撐。

關鍵詞：慣導軌道測量儀;常規軌道測量儀;慣性導航儀;軌道控制網（CPⅢ）;設站距離;平面偏差;高程偏差;軌距偏差;超高偏差

中圖分類號：U216.3? ? ? ? 文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2020）21-0001-4

Abstract： The traditional track geometry measuring instrument is widely used in the construction and maintenance of high-speed railway in our country. The stop-and-go measurement mode is adopted， which has mature construction method and high measurement accuracy， and can give the corresponding adjustment/moving track scheme according to the track geometry state， so as to guide track adjustment and maintenance. The combined total station and inertial navigation track geometry measuring instrument adopts the continuous mobile measurement mode， and the measuring efficiency is about 15 times higher than that of the traditional track geometry measuring instrument. This paper mainly analyzes the relationship between the measurement accuracy and the distance of the station， which is determined by the zero deviation of inertial navigation of the same equipment in the same measurement environment. The purpose of this paper is to explore the efficacy analysis under the application scenarios of track precision measurement in different stages， and to provide practical analysis support for the formation of a more accurate and efficient construction scheme on the premise of meeting the construction requirements.

Keywords： inertial navigation orbit measuring instrument; conventional orbit measuring instrument; inertial navigator; orbit control network （CPIII）; distance of setting station; plane deviation; elevation deviation; rail gauge deviation; superelevation deviation

1 背景

我國高速鐵路工程測量平面控制網在框架控制網（CP0）基礎上分三級布設，其中第三級為軌道控制網（CPⅢ），主要為軌道鋪設和運營維護提供控制基準。

傳統軌道幾何狀態測量儀（以下簡稱“軌道測量儀”）以軌道控制網（CPⅢ）為基準，全站儀架設在軌道中線附近且離測量小車60m，整平，采用附近8個軌道控制網（CPⅢ）后方交會自由設站，測量步長以軌枕為基準，測量效率約為：120米/小時。

新型的全站儀慣導型軌道幾何狀態測量儀（以下簡稱“慣導軌道測量儀”），全站儀放置在測量小車上，以快速連續移動的方式進行軌道幾何參數測量。每隔一定距離首尾使用全站儀測量8個軌道控制網（CPⅢ），進行非整平后方交會自由設站，可以輸出任意里程軌道實測數據，測量效率2～3km/h。

慣導軌道測量儀在相同測量環境下，其“絕對”測量精度與設站距離有著直接關系。既有線路普查性監測應用中，“絕對”測量精度是首要關注點，同時測量效率越高，對應的生產成本就越低;新建線路軌道鋪設中，前期軌道精測中測量效率是首要關注點，對“絕對”測量精度的要求相對較低（軌道粗鋪與設計偏差大，需要逐步調整到位，一般從粗鋪到合格，需要6遍左右）。

本文參考相關《標準》的實驗方法，選取一段高鐵無砟軌道試驗線路，分析慣導軌道測量儀測量精度與設站距離之間的關系，形成更加精準高效的施工方案，用于不同工況下軌道精測作業。

2 試驗場地選取及數據采集

現場條件：實驗線路為成浦城際鐵路，全程為雙塊式無砟既有線路。試驗時間2019年12月12日天窗，天窗期：210分鐘。里程K9+020～K13+192段，實驗線路長度4172m，線路平曲線為直線段，線路豎曲線包含：半徑15000m，坡率2.5‰，整條實驗區段在橋梁上。

實驗方法：使用慣導軌道測量儀多點控制模式，每60m（約一對CPIII間距，實際以CPIII間距為準）間距進行非整平后方交會自由設站，推行速度以3～5km/h為宜。作業前儀器設備按照使用標準進行標定，軌道控制網（CPⅢ）棱鏡必須擺放到位，設站精度執行規范標準。

實驗設備：全站儀慣導型軌道幾何狀態測量儀，型號：SGJ-T-DT-2，編號：D19010100020。整套設備包含：徠卡TS16全站儀一臺，慣導軌道測量小車一套（集成慣性導航儀、軌距測量系統、里程測量系統、供電系統、數據采集系統、推桿等），軍用級筆記本電腦（CF-19，數據采集分析軟件運行平臺）。

2.1 測試依據的規范及標準

《鐵路工程測量規范》TB10101-2018

《鐵路軌道檢查儀》TB/T3147-2012

《客運專線軌道幾何狀態測量儀暫行技術條件》科技基[2008]86號

2.2 數據分析策略

為了排除測量誤差、CPIII誤差等諸多因素影響，實驗數據分析時，采用同一組數據分別使用60m設站、120m設站、180m設站、240m設站、300m設站參與慣導數據絕對控制，得到軌道平面/高程絕對偏差量，用于本文的對比分析。數據分析以圖形形式展示，圖中以軌枕間距為樣本（約0.625m），以里程為橫軸，偏差量為豎軸，考察同一里程位置的數據一致性。

2.3 60m/120m測站數據對比分析

數據采集時，按照60m一測站采集數據;數據解算時，先按照60m測站解算數據，得到60m設站條件下軌道平面/高程絕對偏差量;再按照120m（將測站抽稀）測站解算數據，得到120m設站條件下軌道平面/高程偏差量;最后將兩者數據進行對比。

如圖1，AIS800T軌道平面絕對偏差一致性很好，部分相對差異較大地段，最大偏差1mm。

如圖2，AIS800T高程偏差一致性很好，部分相對差異較大地段，最大偏差0.5mm。

2.4 60m/120m/180m測站數據對比分析

按照180m測站解算數據，得到180m設站條件下軌道平面/高程絕對偏差量;將60m/120m/180m三者數據進行對比分析。

如圖3，AIS800T軌道平面絕對偏差量 60m/120m/180m一致性很好，部分相對差異較大地段，最大偏差1.5mm。

如圖4，AIS800T軌道高程絕對偏差量 60m/120m/180m一致性很好，部分相對差異較大地段，最大偏差<1mm。

2.5 60m/120m/180m/240m測站數據對比分析

按照240m測站解算數據，得到240m設站條件下軌道平面/高程絕對偏差量;將60m/120m/180m/240m四者數據進行對比分析。

如圖5，AIS800T軌道平面絕對偏差量 60m/120m/180m/240m一致性很好，部分相對差異較大地段，最大偏差<2mm。

如圖6，AIS800T軌道高程絕對偏差量 60m/120m/180m/240m一致性很好，部分相對差異較大地段，最大偏差<1.5mm。

2.6 60m/120m/180m/240m/300m測站數據對比分析

按照300m測站解算數據，得到300m設站條件下軌道平面/高程絕對偏差量;將60m/120m/180m/240m/300m五者數據進行對比分析。

如圖7，AIS800T軌道平面絕對偏差量60m/120m/180m/240m軌道變化趨勢一致，最大偏差達到了3.5mm。

如圖8，AIS800T軌道高程絕對偏差量 60m/120m/180m/240m/300m一致性很好，部分相對差異較大地段，最大偏差<1.5mm。

3 實驗分析結論

通過AIS800T軌道平面/高程絕對偏差60m/120m/180m/240m/300m測站數據對比分析可以得到如下結論：（1）AIS800T在不考慮CPIII誤差與測量誤差的情況下，設站距離會對測量精度造成一定的影響，距離越長影響越大;（2）設站距離≯240m（實際距離超過260m）時，軌道平面絕對偏差<2mm，軌道高程絕對偏差<1.5mm;（3）設站距離≯180m（實際距離超過195m）時，軌道平面絕對偏差<1.5mm，軌道高程絕對偏差<1mm;（4）設站距離≯120m（實際距離超過130m）時，軌道平面/高程絕對偏差<1mm;（5）設站距離>300m（實際距離超過325m）時，軌道平面絕對偏差<3.5mm;軌道高程絕對偏差<1.5mm。

建議實際使用過程中，設站間距以120m最為合適，最大不宜超過180m，設站距離過近，對精度提升不明顯且影響測量效率。如果在軌道粗調過程中可以適當放寬設站距離，從而取得更高的測量效率。

參考文獻：

[1]陳起金.基于A-INS組合導航的鐵路軌道幾何狀態精密測量技術研究[D].武漢大學，2016.

[2]科技基[2008]86號.客運專線軌道幾何狀態測量儀暫行技術條件[Z].2008.

[3]國家鐵路局.鐵路工程測量規范，TP10101-2018，J961-2018[S].北京：中國鐵路出版社，2018.