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GNSS-INS轨道几何状态测量仪.doc

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大唐灞桥发电厂翻车机室及1号转运站降水和基坑支护施工组织设计TB/T3147—2020铁路轨道检查仪

TB10601—2009高速铁路工程测量规范

TB10101—2018铁路工程测量规范

TB10054—2010铁路工程卫星定位测量规范

TB10105—2009改建铁路工程测量规范

CH/T2009—2010全球定位系统实时动态测量（RTK）技术规范

CH/T2014—2016大地测量控制点坐标转换技术规范

科技基[2008]86号客运专线轨道几何状态测量仪暂行技术条件

铁运[2005]229号文件关于印发《铁路线路里程断链设置与管理暂行规定》的通知。

下列术语和定义适用于本文件。

轨道内部几何参数theinnergeometryparameteroftrack

指轨距、超高、水平、轨向、高低、正矢、扭曲（三角坑）、轨距变化率等轨道尺寸、形状几何参数。

轨道外部几何参数theoutergeometryparameteroftrack

指轨道中线及左右轨在选定坐标系下的绝对三维位置坐标，或相对于设计线位的平面（横向）、高程（垂向）偏差等轨道位置几何参数。

惯性导航系统inertialnavigationsystem（INS）

利用惯性传感器（陀螺仪和加速度计）进行导航与制导的一种完全自主的导航系统，根据载体相对于惯性空间的惯性加速度和角速度测量值推算载体的瞬时速度、位置和姿态。

惯性测量单元inertialmeasurementunit（IMU）

测量物体三轴角速度（或角增量）以及惯性加速度（比力）的装置，一般IMU包含了三个单轴的加速度计和三个单轴的陀螺。

全球卫星导航定位系统globalnavigationsatellitesystem（GNSS）

指所有的全球导航卫星系统，包括全球的、区域的和增强的，如中国的北斗卫星导航系统、美国的GPS、俄罗斯的GLONASS、欧洲的Galileo，以及相关的增强系统。卫星定位指利用一组卫星的伪距、载波、星历、卫星发射时间等观测量，在地球表面或近地空间的任何地点为用户提供全天候的三维坐标。

卫星惯性轨道测量仪TrackgeometrymeasuringtrolleybasedonGNSS/INSintegration

指将惯性测量单元、卫星接收机、轨距尺、里程计等传感器和数据记录单元集成在刚性车体上，配合数据处理软件可测量轨道三维位置坐标、姿态、轨距和水平等参数，据此可算出轨道的内部和外部几何参数的便携式测量设备。

姿态角attitudeangle

惯性传感器坐标系和当地地理水平坐标系之间的相对角度关系。

施工坐标系constructioncoordinatesystem

供钢轨放样用的一种平面直角坐标系，其中一个坐标轴与轨道主轴线一致或平行，原点的坐标值可为假定值。

工程平均高程面是一个假想的平面，其高程等于工程的平均正常高程。

工程独立坐标系independentcoordinatesystemforengineeringsurvey

参考站referencestation

在一定的观测时间内，一台或几台接收机分别固定在一个或几个测站上，一直保持跟踪观测卫星，其余接收机在距这些测站的一定范围内流动设站作业，这些固定测站就称为参考站。

流动站roverstation

在距参考站一定范围内流动作业的接收机所设立的测站。

在国家高等级平面控制网的基础上，沿线路走向布设，按GPS静态相对定位原理建立，为线路平面控制网起闭的基准。

线路平面控制网（CPII）horizontalcontrpointsforroute

在基础平面控制网（CPI）的基础上沿线路附近布设，为勘测、施工阶段的线路平面控制和轨道控制网起闭的基准。

沿线路布设的三维控制网，起闭于基础平面控制网（CPI）或线路平面控制网（CPII），一般在线下工程施工完成后实测，为轨道铺设和运营维护控制的基准。

卫星/惯性轨道测量仪各走行轮和其他各工作轮工作面对自身轴承转动轴线的全跳动。

其中，测量功能基本特征含义如下：

——T型：只具有单侧弦测功能的轨道测量仪。

以人工推行模式进行测量作业的卫星/惯性轨道测量仪由以下核心单元组成：

惯性测量单元（IMU）

精密车体是搭载测量传感器（包括IMU、GNSS移动站接收机、轨距尺、里程计、数据采集单元）的刚性精密机械结构。

要求精密车体的行走轨迹线应能够准确地反映轨道的实际几何形状，并对轨道不平顺的激扰做出正确的动态响应。

须采用捷联式设计，包括完整的三轴加速度计和三轴陀螺，宜包含内部减震单元以适用于轨道测量工况。

IMU应固联安装在精密车体上。

应采用具备BDS、GPS等多系统卫星信号接收功能的高精度测量型接收机。

应固联安装在精密车体上，应采用测量型GNSS天线。

应采用具备BDS、GPS等多系统卫星信号接收功能的高精度测量型接收机。

应采用高精度测量型GNSS天线。

指轨距测量单元，应固定安装在精密车体的横梁上，可采用机械式（伸缩杆）或激光测量式传感器。

测量精密车体沿钢轨的三维行走距离。

传感器应固定安装在精密车体上；

宜具备测量仪前进和后退识别能力。

采集轨道测量仪各传感器的原始数据，宜具备多传感器数据同步和存储功能，存储容量满足连续记录8h或40km数据的要求。

数据处理软件应包含多源数据融合、轨道内部几何参数和外部几何参数等计算功能。

以电力驱动模式进行测量作业的卫星惯性轨道测量仪由以下核心单元组成：

惯性测量单元（IMU）；

GNSS移动站接收机；

GNSS基准站接收机；

电力驱动系统应由电机、电力驱动控制器、电源三部分组成。

精密车体、IMU、GNSS移动站接收机、GNSS基准站接收机、轨距尺、里程计、数据采集单元、数据处理软件应符合本文件5.1的规定。

卫星/惯性轨道测量仪在下列条件下应可靠工作：

允许推行速度：
5km/h

电磁环境：在电气化线路上应稳定可靠工作；

通过性：钢轨侧磨不大于21mm时，能平稳通过。

适用于允许速度200km/h以下（仅运行动车组的铁路除外）运营普速铁路的轨道几何状态测量；适用于允许速度350km/h以下新建和运营无砟轨道的内部几何参数检测。（卫星导航/惯导轨道测量仪用于测量允许速度160km/h及以下的线路，独立测量内部几何参数时，可用于测量允许速度不大于350km/h的线路。）

卫星惯性轨道测量仪由内部几何参数和外部几何参数测量单元组成，内部几何参数测量单元可独立。

连续测量轨距、水平、横向倾角、坡度角、方位角、里程、平面位置及高程。

计算轨道轨距变化率、扭曲、10m弦高低、10m弦轨向、正矢（20m弦）、正矢（60m弦或96a）、30m弦（或48a）、300m弦（或480a）的轨向和高低轨道平顺性指标、线路横向偏差和垂向偏差。

具备线路平曲线和竖曲线最优线型拟合功能。

自动保存测量过程中的传感器数据、线型特性、现场里程、桥隧信息等。

绘制各测量数据的波形图、线路曲线图，可对波形进行缩放、平移和选段等处理。

测量模式：移动测量或“走走停停”式动静结合测量。

卫星惯性轨道测量仪测量参数的范围和主要性能应满足表1的指标。在卫星信号中断5分钟的情况下仍应满足。

各项轨道几何参数测量位置应保证处于轨道的同一横截面内，并与测量点记录位置相对应。

卫星惯性轨道测量仪采用数据后处理方案时，其GNSS基站和移动站接收机采样率不应低于1Hz；采用实时处理方案时，其测量效率应为每点测量时长不大于30s。

卫星惯性轨道测量仪总质量不应大于45kg。

野外实时可靠采集，各传感器时间同步精度优于0.2ms。

表6.2.7主要性能指标

适用于静态测量和线路试验；应对使用环境温度的影响实时进行自动修正

适用于静态测量和线路试验

300m(或480a)

任意相邻150m矢距差

300m(或480a)

适用于静态测量和线路试验；不计入控制点的绝对误差，2倍中误差

适用于静态测量和线路试验；不计入控制点的绝对误差；2倍中误差

经GNSS定位校正后的绝对里程

卫星惯性轨道测量仪表面应防锈，并在适当位置设置反光标识，其主体颜色宜使用黄色，不应使用红色。

电镀零件的外观应光滑细致，没有斑点、凸起和未镀上的地方，边缘和棱角不得有烧痕。

涂漆件的漆层应平整清洁，主要表面美观、光滑，具有较好的光泽，颜色应一致，不应有裂纹、流痕、起泡等缺陷。

各紧固件固定牢靠，铆接、焊接处不得松动或脱落；各活动部件运动灵活，不应有松动或卡滞现象。

开关、按钮、操作面板及显示单元应合理布局，便于使用。

电池容量满足以下要求：

卫星惯性轨道测量仪各单元配备的电池持续工作时间不应少于8h。

适用时，GNSS基准站接收机、GNSS移动站接收机、IMU、数据采集单元的单块电池持续工作时间不应少于4h。

电池应方便拆装和充电，宜具备剩余电量提示功能。

电源适用性参照TB3147第5.9条执行。

电力驱动系统应由电机、电力驱动控制器、电源组成。

电力驱动应稳定、可靠；走行速度分为多挡可选。

电机控制器应控制灵敏、可靠，具有快速制动功能。

电源应采用充电电池，电池寿命不应小于3年。

数据采集与数据后处理系统的主要功能应包括数据的实时采集和存储、数据的处理、曲线绘制、缩放、平移、选段以及报表生成等。软件应界面友好、便于操作、易于掌握并便于升级，升级后应向下兼容，系列产品软件的界面总体结构和操作风格应相同。数据采集与处理系统应适应野外工作的环境条件。

轨道测量仪产品软件应提供轨距、超高、轨向、高低、外部参数等信息，数据显示分辨力应满足下表的要求。

表6.6.2轨道测量仪数据参数分辨力要求

轨道测量仪应具有运行总里程累计及显示等功能。轨道测量仪应具有记录功能，并应具有便于查找标注处的辅助定位措施。

轨道测量仪应具有测量数据的存储功能，存储容量应满足连续记录8h数据的要求。存储文件名应包含时间、线名、上下行等信息。文件首行应为字段名列表。

轨道测量仪各内部参数检测项目应采用等间距采样方式，移动测量每米不应少于5点。

原始数据记录应符合如下要求：

轨距：时间（s）、轨距测量值（mm）。

里程：时间（s），行走里程（m）。

惯导：时间，x陀螺角增量（rad），y陀螺角增量（rad），z陀螺角增量（rad）,x加速度计速度增量（m/s）,y加速度计速度增量（m/s）,z加速度计速度增量（m/s）。

卫星导航系统：基站与移动站原始数据转成RINEX格式保存（n、o文件）。

数据处理所需文件应包括：

控制网：点号、纬度（deg）、经度（deg），椭球高（m）、北坐标（m）、东坐标（m）、正常高（m）。

线路投影带文件：中央子午线（dms）、投影面大地高（m）、高程异常（m）、投影带起点里程（m）、投影带终点里程（m）。

断链表：序号、断链前里程/来向里程（m）、断链后里程/去向里程（m）。

坡度表：变坡点桩号/里程（m）、顶点设计高程（m）、竖曲线半径（m）。

数据处理结果应符合下列规定：

输出报表应包括：每条记录至少应包括如下23个字段，各个字段以半角逗号“，”隔开，无该项检测功能或未检测如外部参数时数据为空填。

结果数据应包括序号，轨枕编号，桩号/里程（m），断链属性，左轨向偏差（mm）、右轨向偏差（mm）、左高低偏差（mm）、右高低偏差（mm）、轨距偏差（mm）、水平（mm）、设计超高（mm）、轨距邻点递变（mm）、轨距递变率，扭曲（mm）、导向轨标识、左轨向短波（mm）、右轨向短波（mm）、左高低短波（mm）、右高低短波（mm）、左轨向长波（mm）、右轨向长波（mm）、左高低长波（mm）、右高低长波（mm）。其中，“轨距”为相对于标准轨距的偏差江苏转炉炼钢连铸大型钢结构施工方案，字段后面可插入其他记录信息字段(如线路特征标记等信息)。

数据文件字段的数据填充应符合下述要求：

左右轨定义：以沿增里程方向为基准。

超高符号定义：沿增里程方向，测量点处右侧钢轨高出时，超高的符号为正，反之为负。

水平符号定义：沿增里程方向，测量点处排除超高后，右侧钢轨高出时，水平的符号为正，反之为负。

轨向符号定义：沿增里程方向，测量点处钢轨向右侧弯曲时，轨向符号为正，反之为负。

高低数据符号定义：测量点处钢轨相对于弦测基准点向上凸起时，高低的符号为正。

扭曲数据符号定义：沿增里程方向前方右侧高出为正SJG 89-2021 道路工程勘察信息模型交付标准.pdf，反之为负。