基于北斗的超长距离跨河高程测量技术研究与实践

目前常用的跨河高程测量方法有水准测量、测距三角高程测量、GNSS测量。常规水准测量视距较短,测距三角高程测量对场地条件要求非常高,要求测点间相互通视并同步对向观测,测量精度受风力、大气折光、距离远近影响较大,随着测量距离的增加,垂线偏差的影响也随之增大,导致精度降低。当跨距超过3500 m时,没有相关标准规范可以遵循,对于跨度10 km以上的超长距离跨河高程传递测量,更是一个较大的挑战。本文研究对超长距离跨江工程进行高程测量的方法。首先介绍基于北斗跨河水准测量方法的基本原理;然后以沪渝蓉高铁崇太过江隧道跨长江高程传递为例,阐述在跨河水准测量实施过程中水准控制网的布设方法、外业测量质量控制、数据处理及精度分析等。实践结果表明,在地势较平坦、高程异常变化率相对平缓的测区,通过布设强制观测墩、优化设计控制网网形、采用双测线跨河水准测量方法,内外符合精度指标均可满足二等水准测量要求。本文成功实现了10.2 km超长距离跨河水准测量技术在沪渝蓉高铁崇太过江隧道二等水准传递应用,对类似工程项目有很好的借鉴和参考意义。

无人机低空遥感技术在铁路应急测绘中的应用

为了应对自然灾害、事故灾难等突发事件,需要快速获取灾害区域的测绘数据。目前,铁路系统还没有建立健全应急测绘保障体系,对铁路应急测绘的关键技术也缺少深入研究。针对这一问题,从无人机低空遥感关键技术出发,通过对数据采集、数据处理、成果制作和可视化展示等关键技术的分析,研究无人机低空遥感在铁路应急测绘保障中的主要应用方向、作业流程和应用可行性。结合山西某铁路工程应急抢险案例,分析认为:采用无人机低空遥感技术,可实现灾害现场实时直播及12 h内测区地理信息数据采集、处理和成果提交,响应速度、作业效率和成果精度均满足铁路应急测绘应用需求。

运营期高速铁路精测网复测技术探讨

常规的运营期高速铁路精测网复测技术存在效率低,占用天窗时间长,复测的平面坐标、高程成果与原测量成果吻合程度较差等问题,并且不能完全满足运营维护的需要。本文从各级精测网复测控制网布设、测量精度及数据处理方法出发,对各级精测网复测与数据处理方法进行优化改进,提出运营期高速铁路精测网正向与逆向复测技术,并基于国内某条运营期高速铁路精测网复测工程项目,验证新方法的可行性和适用性。结果表明,该技术不仅大幅提高了运营期高速铁路精测网复测工作效率,还提高了CPIII三维网的精度及与其原测成果的吻合程度,很好地解决了常规复测方法所存在的问题。

基于高精度真正射影像的铁路既有线岔心测量方法

传统铁路道岔岔心测量采用直接丈量法和交点法等人工外业测量方式完成,存在上线难、工作量大、安全性差及作业效率低等问题。为此,提出1种基于高精度真正射影像的铁路既有线岔心测量方法,包括多角度倾斜摄影测量数据获取、高精度数字表面模型建立、高精度真正射影像制作、主线和侧线平面中心线提取以及岔心平面坐标计算5项关键技术,旨在通过非接触的方式完成铁路既有线岔心坐标测量。结果表明:相较于传统作业方法,该方法基于高精度真正射影像开展既有线岔心测量,避免人员上线作业,在保证岔心测量精度的同时,可大幅度提升作业效率和铁路既有线作业安全性;基于多角度倾斜摄影制作的真正射影像可有效解决传统正射影像轨道扭曲变形问题,为高精度轨顶特征点的提取提供了良好基础;采用2种不同算法分别对主线和侧线线路中心线进行提取,可减少由单一算法引起的中心线提取误差,提高岔心测量的精度和可靠性。

顾及系统偏差的BDS铁路边坡监测方法

当前北斗三号卫星导航系统(BDS)已全面建成,并播发了新信号向用户提供服务,且新信号性能更佳。铁路遮挡环境下的自动化监测应用PPP技术时,需顾及系统偏差(ISB)的影响。本文以某铁路隧道山体边坡工程监测为例,详细介绍了附加ISB的BDS-2+BDS-3组合PPP模型,提出了八次多项式+自回归移动平均模型的ISB建模方法,并验证了模型精度,分析了边坡监测点的稳定性。研究表明,采用BDS-2(B1I,B3I)和BDS-3(B1C,B2a)组合PPP时,ISB可达数百纳秒,不能忽视其影响,但其具有短期稳定性;以为期14 d的ISB序列进行建模,在预报时长为1 d时,模型具有较高的拟合精度和较好的一致性;铁路遮挡环境下顾及BDS-2、BDS-3间ISB可有效提升定位精度和解算效率,实现对铁路边坡长期静态变形监测,监测精度可达毫米级。

无人机倾斜摄影在站场测绘中的应用

为了解决铁路勘测站场测绘过程中存在的上线协调难度大,有效作业时间短,作业安全风险高,内容繁杂易漏测等问题,本文研究了基于无人机倾斜摄影的站场测绘方法。该方法采用四旋翼无人机搭载长焦像机,增加安全距离并提高影像分辨率;自主研发航线规划软件对航线和拍摄角度进行优化以保证影像重叠率并减少数据冗余,同时避免了航线跨越铁路;定制地面标志牌,保证像控点外业测量和内业刺点精度,开发轨道线精测软件以提高中线和轨面高程测量精度。结果表明,无人机倾斜摄影能够获得毫米级分辨率的站场正射影像,建(构)筑物及设备测量精度可以达到4.6 cm,轨道中线平面测量精度可以达到2.8 cm,轨面高程测量精度可以达到2 cm,能够满足铁路勘测对于既有车站测绘的相关要求,避免了上线作业,提高了勘测效率。

基于CBAS_Unet的无人机多视角影像钢轨线自动提取方法

针对无人机影像场景复杂、视角差异大、异物遮挡多,因而难以实现影像钢轨线高精度自动提取的问题,提出基于CBAS_Unet的无人机多视角影像钢轨线自动提取方法。在传统U-net网络基础上增加并行的空洞空间金字塔模块(Atrous Spatial Pyramid Pooling,ASPP)及卷积注意力模块(Convolutional Block Attention Module,CBAM),以增强网络对不同尺度的邻域信息的获取能力,有效提升对钢轨的分割性能;再通过基于RANSAC最小二乘拟合的像素编组及邻域钢轨线串联,实现完整钢轨矢量线的高精度提取。结果表明:与Unet及Deeplab v3+2种经典模型相比,所提方法针对多视角无人机影像钢轨分割的交并比分别提升2.09%和1.98%,综合能力评价指标分别提升1.50和1.42;钢轨线提取完整度达到了90.7%,优于U-net模型的83.3%;钢轨线提取的误差平均值约0.58像素,中误差约0.77像素,实现了亚像素级的钢轨线提取。该方法能够满足无人机多视角影像中钢轨线提取的自动化、完整性以及高精度应用的需求。

铁路带状CORS的VRS内插模型研究

针对铁路带状CORS系统存在的网外收敛速度慢、定位精度低的问题,本文对3种VRS的大气延迟内插模型,即最小二乘配置模型、距离相关内插模型和线性内插模型进行了误差仿真分析。真结果显示,在带状网型中,LSC模型的抗差性能最佳,其次为DIM模型,LIM模型则表现最差。然后基于某高速铁路CORS网络的GNSS观测数据,3种模型进行了实证测试,结果与仿真相吻合。具体为,LSC/DIM/LIM模型的定位精度在水平方向约为3.0、5.3、14.1 cm,高程为3.5、6.8、43.1 cm。LSC模型最适用于带状网络VRS定位。此外,本研究可为铁路CORS系统的精化提供参考。

基于CEEMDAN的多路径实时修正模型研究

在北斗变形监测应用中,多路径误差显著影响监测精度。传统方法如小波分析和经验模态分解(EMD)在提取多路径误差信号过程中,常受模态混叠等问题影响,限制了多路径误差改正精度的提升。将完全自适应噪声集合经验模态分解算法(CEEMDAN)引入北斗监测,实现多路径误差信号的有效提取,并借助半天球模型对多路径误差进行实时改正。实验结果显示,在DOY(123~129)期间,该模型显著提高坐标序列精度:均方根误差(RMS)在水平北向由0.83 cm改善至0.09 cm,水平东向由1.05 cm改善至0.13 cm,高程方向由7.27 cm改善至0.35 cm。此外,通过利用7天的半天球模型内插DOY 130的数据,验证了该方法的实时性和有效性,实现水平精度优于0.15 cm、高程精度优于0.35 cm的改正效果,RMS改善率在水平和高程方向分别优于93.5%和95.5%。