1、无砟轨道CP网测量数据采集及其数据处理系统,中国中铁二院工程集团有限责任公司西南交通大学,2009年8月,主要内容,系统研发的意义开发的产品CP数据采集软件CPDMS的主要功能CP数据平差计算软件CPDAS的主要功能CP DMS和CP DAS具有的主要特点 产品推广应用前景及建议,系统研发的意义,CP网是随着我国无砟轨道的建设从德国引进的，因此我国的测量工作者对该网的精度特点、观测方法、平差计算方法以及能否满足无砟轨道平顺性要求等情况缺乏了解。 为了满足我国无砟轨道建设的需要，在消化吸收国外经验的基础上，开展无砟轨道CP网测量数据采集与平差计算方法研究，有利于加深对CP网的认识，建立我国自主的
2、CP网建网理论。,系统研发的意义,由于CP网具有网点数量众多、外业观测数据量大、相对精度要求高等特点，因此该网的外业测量和内业平差计算必须实现自动化和程序化，目前我国已经开工建设的无砟轨道，大部分都采用国外的软件进行自动观测和平差计算的，而国外的软件除费用昂贵外，测量习惯与中国不同，加上语言问题，使我国的测量工作者不易掌握，另外对发展我国在这一方面的自主知识产权也极为不利，因此研发具有自主知识产权的国产化CP网测量数据采集与平差计算软件，意义也十分重大。,开发的产品,本项目最终的产品是无砟轨道CP网测量数据采集及其数据处理系统，该系统包括两个软件： 1、CP网数据采集软件，CP DMS（CP
3、Data Measurement System） 2、CP数据平差计算软件，CP DAS（CP Data Adjustment System）,开发的产品,软件系统构成示意图,CP数据采集软件CPDMS的主要功能,CP DMS（CP DMS，CP Data Measure System），是专为我国无砟轨道铁路施工中CP控制网测量数据采集而设计的外业观测自动化控制软件。该软件可运行在任意一款Windows CE操作系统的外业手簿上，也可运行在普通的商务PDA（Person Digital Assistant）上。CP DMS软件通过数据电缆或无线数传电台控制智能型全站仪（如瑞士徕卡公司出品的具
4、有自动观测功能的系列全站仪TCA2003等），按设定参数自动完成多测回全圆方向和距离观测，同时将合格数据记录到手簿中的SD卡上。,CP数据采集软件CPDMS的主要功能,1、观测限差和控制参数的编辑、录入；,CP数据采集软件CPDMS的主要功能,2、仪器任意自由设站后的坐标数据编辑录入，以及实时修改全站仪度盘，完成后视归零；,CP数据采集软件CPDMS的主要功能,3、进行自动观测前，各CP控制点和CPII、CPI等点位的目标学习；,CP数据采集软件CPDMS的主要功能,4、按观测参数进行多测回方向和距离的全圆观测，观测成果自动保存到SD卡上；,CP数据采集软件CPDMS的主要功能,5、在自动观测
5、过程中，严格按设定限差检查观测成果是否合格。如果超限，则实时提示，并由操作人员决定是否重测。CPIII控制网数据采集软件的主要功能框图如下：,CP数据平差计算软件CPDAS的主要功能,CP DAS的主要功能有：测站数据检查；生成平面平差文件；平面闭合环搜索与闭合差计算；约束网平差处理；自由网平差与校正；自由网平差与置平；CP点间相对精度分析；生成高差文件生成平差文件高差闭合差计算高程网平差处理输出外业观测手薄等功能。网图显绘和误差椭圆绘制等功能。,CP数据平差计算软件CPDAS的主要功能,CPDAS功能全面、整体性能好、自动化程度高、通用性强，能满足客运专线铺设无碴轨道和运营维护提供测量控制基
6、准的要求。 与CP DAS配套使用的软件，是高速铁路客运专线无碴轨道测量系列软件之一“CP数据采集软件CP DMS”。这两套软件配合使用，可实现CP控制网外、内业数据采集和处理的一体化和自动化。,CP数据平差计算软件CPDAS的主要功能,CP DAS主窗体参见下图:,CP DMS和CP DAS具有的主要特点,1、CP DMS数据采集软件，在消化和吸收国外同类软件作业模式的基础上，真正实现了自由设站的作业模式。在外业观测中，并不要求现场计算测点和测站的坐标，没有国外软件需要在CPII、CPI间布设导线或进行后方交会测量，计算测站概略坐标的作业过程。在测量作业过程中，除CPII、CPI点距离线路过
7、远时需要引测临时控制点外，其它无特殊情况下，作业过程中遇到近距离的CPII和CPI点就进行联测，否则就仅观测CP点。推荐尽可能多地联测线路两侧的CPII或者是CPI控制点。,CP DMS和CP DAS具有的主要特点,2、 CP DMS数据采集软件工作于Windows Mobile 5.0环境下，完全按照国内测量规范要求，遵照国内多测回全圆观测的习惯进行研制，其外业观测数据质量控制参数完全按规范设置，使其更加满足国内无砟轨道施工测量的要求。国外的同类软件外业测量没有限差设置功能，外业观测值合不合格，只有在室内进行检查。3、 CP DMS自由设站测量数据采集软件依据国家规范，在总结和分析人工多测回
8、观测方法的基础上，设计了先进的测回间方向超限后的补测方法，提高了外业观测的效率。国外同类软件无此功能。,CP DMS和CP DAS具有的主要特点,4、经过实际考察和研究德国旭普林、博格、海特坎普等公司无碴轨道CP或PS3、PS4的测量作业模式及软件，我们研制的CP DMS和CP DAS测量系统完全满足各类控制网的测量和数据处理需求，不存在特殊网型无法测量和平差计算的问题，通用性比较强。 5、CP DMS和CP DAS的完美结合，使得无砟轨道施工中CP控制网的测量真正实现了内、外业数据采集和处理的一体化目标。6、CP DMS外业采集软件，实现了外业观测的自动测量、自动记录和人机交互式的质量控制。
9、,CP DMS和CP DAS具有的主要特点,7、CP DAS数据平差计算软件，实现CP 控制网采集数据的无缝存取，可自动生成观测手簿（国外同类软件无此功能）、平差计算并显绘网形图等功能。8、 CP DAS数据平差计算软件，还可对外业数据进行二次质量检查和统计，通过CP控制网闭合环闭合差的探测和分析，可进一步探测外业观测的超限观测值。国外同类软件无上述此功能。,CP DMS和CP DAS具有的主要特点,9、CP DAS采用了先进的观测点概略坐标计算方法-分区无定向概略坐标算法。该算法适合各种网形的CP控制网概略坐标计算处理需求，它是实现CP控制网真正意义上自由测站测量和数据处理的关键技术。国外同
10、类软件需要现场联测测站坐标，因此不是真正的自由测站。10、CP DAS采用方差分量估计理论，自动确定边角观测值合理的权比关系。而国外同类软件在确定不同类观测值的权比方面是人工处理，不同的人进行数据处理会得到不同的平差结果。,CP DMS和CP DAS具有的主要特点,11、 CP DAS研究并实现了三种CP 控制网的严密平差计算方法，分别为：自由网平差及置平算法；自由网平差及校正算法；附有条件的间接平差算法（部分约束或全部约束算法）。 三种算法的平差结果可相互比较，据此可分析CP网与CPI、CPII网的兼容情况，还可提高CP控制网平差计算结果的可靠性。,CP DMS和CP DAS具有的主要特点,
11、12、CP DAS的输出成果内容丰富，符合国家规范和中国习惯。可输出CP控制网原始观测数据手簿文件；可输出CP控制网方向、距离观测值的平差值及改正数；可输出CP网点的平差坐标、点位精度及误差椭圆要素；可输出CP网点间方位角、边长、相对点位精度及相对误差椭圆要素；可输出CP控制网平差后的验后单位权中误差；可输出CP控制网的网形图。,CP DMS和CP DAS具有的主要特点,13、 CP DMS和CP DAS软件基于.Net (Compact) Framework环境下，采用了GUI+、COM组件开发技术，实现了友好的人机对话操作界面，易于学习和使用，实现了通俗易懂的软件系统设计目标。经过测试，中
12、国的一个测量技术员，经过1至2天的培训，就能独立地操作我们研制的CP DMS和CP DAS。由于习惯、语言和其他方面的原因，国外的同类软件的培训，需要多个工作日，而且大多数人培训后还无法独立操作和使用。,CP DMS和CP DAS具有的主要特点,14、正常情况下，CP DMS的测量效率比国外的同类软件高，一般一天可测量1.0km至1.5km的CP网，而国外的同类软件只达到0.6km至0.7km。15、CP控制网测量数据采集和处理系统，完全遵照现行国家规范进行设计和开发，具有独立的自主知识产权，完全国产化。它的研制成型，可打破国外同类软件在我国无砟轨道建设中的垄断地位。,产品推广应用前景及建议,
13、1、软件推广应用前景分析 目前我国已经开工建设的无砟轨道在CP网建网过程中，大多采用国外引进的同类软件开展工作。国外的同类软件，价格昂贵，低的3040万元，高的达6070万元，而且由于习惯、语言障碍等原因我国使用者使用并不方便，培训的时间长，测量的效率低，每天只能测量600700m的线路。而我们开发的这套系统，价格低至5万元左右，使用者培训12天就可熟练使用，每天的测量效率至少是国外的两倍。,产品推广应用前景及建议,2、推广应用建议 在我国将近9000km的无砟轨道建设工程中，为了发展民族产业，推广具有自主知识产权的国产化软件，我们建议铁道部组织我国路内外的同行专家、学者和工作在无砟轨道建设第一线的测量技术人员，对我们研制的“无砟轨道CP网测量数据采集及其数据处理系统”进行多方面的测试和验证，肯定其优点，指出其不足之处和需进一步补充的地方，使该系统更加完善和实用，最后在无砟轨道的设计单位、施工单位、监理单位和线路维护单位中推广使用。,CPIII平面控制测量自由测站测量记录表,
