本发明公开一种轨道的高程的测量方法及系统。所述测量方法包括：获取当前轨道特征点正对的当前高程控制点的高程基准值；将所述激光水准仪移动到所述当前轨道特征点处，且采用所述激光水准仪向所述当前高程控制点的高程标尺发射激光；获取所述激光在所述当前高程控制点的高程标尺上的光斑对应的刻度，得到所述当前高程控制点的标尺读数；获取轨道的倾斜角度，激光发射点到所述当前轨道特征点处的所述左轨的顶面的竖直距离，以及所述激光水准仪的位置到所述左轨的轨向作用边的距离；采用HL＝Hnm+hm‑hv+(d‑l)×sinα，计算得到所述左轨的轨顶高程。本发明能够完成轨道路基的大面积的沉降变形监测。
1.一种轨道的高程的测量方法，其特征在于，用于激光水准仪，所述轨道包括平行设置的左轨和右轨，所述激光水准仪可移动地设置在所述左轨上，所述左轨的外侧设置有多个等间距的GNSS监测站，相邻的两个所述GNSS监测站之间设置有多个高程控制点；
获取当前轨道特征点正对的当前高程控制点的高程基准值；
将所述激光水准仪移动到所述当前轨道特征点处，且采用所述激光水准仪向所述当前高程控制点的高程标尺发射激光；
获取所述激光在所述当前高程控制点的高程标尺上的光斑对应的刻度，得到所述当前高程控制点的标尺读数；
获取轨道的倾斜角度，激光发射点到所述当前轨道特征点处的所述左轨的顶面的竖直距离，以及所述激光水准仪的位置到所述左轨的轨向作用边的距离；
采用HL＝Hnm+hm-hv+(d-l)×sinα，计算得到所述左轨的轨顶高程，其中，Hnm表示所述当前高程控制点的高程基准值，hm表示所述当前高程控制点的标尺读数，hv表示所述激光发射点到所述当前轨道特征点处的所述左轨的顶面的竖直距离，d表示所述激光水准仪的位置到所述左轨的轨向作用边的距离，l表示所述左轨的宽度，α表示轨道的倾斜角度；
其中，与所述当前高程控制点相邻，且位于所述当前高程控制点之前的所述GNSS监测站为第一GNSS监测站；与所述当前高程控制点相邻，且位于所述当前高程控制点之后的所述GNSS监测站为第二GNSS监测站；n表示所述第二GNSS监测站的序号；m表示所述当前高程控制点在所述第一GNSS监测站和所述第二GNSS监测站之间的所有高程控制点中的序号，所述高程控制点的排序方向和所述GNSS监测站的排序方向一致；
其中，所述获取当前轨道特征点正对的当前高程控制点的高程基准值的步骤，包括：采用 计算得到所述当前高程控制点的累计高程差，其
中，当i＝1时，△hni表示所述第一GNSS监测站和所述第二GNSS监测站之间的排序第一的高程控制点与所述第一GNSS监测站之间的高程差；当i＞1时，△hni表示所述第一GNSS监测站和所述第二GNSS监测站之间的后一高程控制点与前一高程控制点之间的高程差；
获取所述第一GNSS监测站的正常高程值和所述第二GNSS监测站的正常高程值；
采用△H(n-1)n＝H′n-H′n-1，计算得到相邻两个GNSS监测站之间的高程差，其中，H′n表示所述第二GNSS监测站的正常高程值，H′n-1表示所述第一GNSS监测站的正常高程值；
采用 计算得到所述当前高程控制点的计算闭合差改正数；
采用Hnm＝Hn(m-1)+△hnm+v，计算得到所述当前高程控制点的高程基准值。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：
采用HR＝Hnm+hm-hv+(d+l+L)×sinα，计算得到所述右轨的轨顶高程；
其中，L表示所述当前轨道特征点处的所述左轨的轨向作用边与所述右轨的轨向作用边之间的最短距离。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，还包括：
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取所述第一GNSS监测站的正常高程值和所述第二GNSS监测站的正常高程值的步骤，包括：采集所述第一GNSS监测站的大地高程值和所述第二GNSS监测站的大地高程值；
在所述轨道两侧的水准基点处测量所述第一GNSS监测站的高程异常值和所述第二GNSS监测站的高程异常值；
计算所述第一GNSS监测站的大地高程值和所述第一GNSS监测站的高程异常值的差，得到所述第一GNSS监测站的正常高程值；
计算所述第二GNSS监测站的大地高程值和所述第二GNSS监测站的高程异常值的差，得到所述第二GNSS监测站的正常高程值。
5.一种轨道的高程的测量系统，其特征在于，用于激光水准仪，所述轨道包括平行设置的左轨和右轨，所述激光水准仪可移动地设置在所述左轨上，所述左轨的外侧设置有多个等间距的GNSS监测站，相邻的两个所述GNSS监测站之间设置有多个高程控制点；
第一获取模块，用于获取当前轨道特征点正对的当前高程控制点的高程基准值；
发射模块，用于将所述激光水准仪移动到所述当前轨道特征点处，且采用所述激光水准仪向所述当前高程控制点的高程标尺发射激光；
第二获取模块，用于获取所述激光在所述当前高程控制点的高程标尺上的光斑对应的刻度，得到所述当前高程控制点的标尺读数；
第三获取模块，用于获取轨道的倾斜角度，激光发射点到所述当前轨道特征点处的所述左轨的顶面的竖直距离，以及所述激光水准仪的位置到所述左轨的轨向作用边的距离；
第一计算模块，用于采用HL＝Hnm+hm-hv+(d-l)×sinα，计算得到所述左轨的轨顶高程，其中，Hnm表示所述当前高程控制点的高程基准值，hm表示所述当前高程控制点的标尺读数，hv表示所述激光发射点到所述当前轨道特征点处的所述左轨的顶面的竖直距离，d表示所述激光水准仪的位置到所述左轨的轨向作用边的距离，l表示所述左轨的宽度，α表示轨道的倾斜角度；
其中，与所述当前高程控制点相邻，且位于所述当前高程控制点之前的所述GNSS监测站为第一GNSS监测站；与所述当前高程控制点相邻，且位于所述当前高程控制点之后的所述GNSS监测站为第二GNSS监测站；n表示所述第二GNSS监测站的序号；m表示所述当前高程控制点在所述第一GNSS监测站和所述第二GNSS监测站之间的所有高程控制点中的序号，所述高程控制点的排序方向和所述GNSS监测站的排序方向一致；
制点的累计高程差，其中，当i＝1时，△hni表示所述第一GNSS监测站和所述第二GNSS监测站之间的排序第一的高程控制点与所述第一GNSS监测站之间的高程差；当i＞1时，△hni表示所述第一GNSS监测站和所述第二GNSS监测站之间的后一高程控制点与前一高程控制点之间的高程差；
获取子模块，用于获取所述第一GNSS监测站的正常高程值和所述第二GNSS监测站的正常高程值；
第二计算子模块，用于采用△H(n-1)n＝H′n-H′n-1，计算得到相邻两个GNSS监测站之间的高程差，其中，H′n表示所述第二GNSS监测站的正常高程值，H′n-1表示所述第一GNSS监测站的正常高程值；
第三计算子模块，用于采用 计算得到所述当前高程控制点的
第四计算子模块，用于采用 计算得到所述当前高程控制点的计算闭合差改正数；
第五计算子模块，用于采用Hnm＝Hn(m-1)+△hnm+v，计算得到所述当前高程控制点的高程基准值。
6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，还包括：
第二计算模块，用于采用HR＝Hnm+hm-hv+(d+l+L)×sinα，计算得到所述右轨的轨顶高程；
其中，L表示所述当前轨道特征点处的所述左轨的轨向作用边与所述右轨的轨向作用边之间的最短距离。
7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，还包括：
8.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述获取子模块包括：采集单元，用于采集所述第一GNSS监测站的大地高程值和所述第二GNSS监测站的大地高程值；
测量单元，用于在所述轨道两侧的水准基点处测量所述第一GNSS监测站的高程异常值和所述第二GNSS监测站的高程异常值；
第一计算单元，用于计算所述第一GNSS监测站的大地高程值和所述第一GNSS监测站的高程异常值的差，得到所述第一GNSS监测站的正常高程值；
第二计算单元，用于计算所述第二GNSS监测站的大地高程值和所述第二GNSS监测站的高程异常值的差，得到所述第二GNSS监测站的正常高程值。
一种轨道的高程的测量方法及系统
技术领域
[0001] 本发明涉及轨道测量技术领域，尤其涉及一种轨道的高程的测量方法及系统。
背景技术
[0002] 目前，高速铁路轨道施工主要采用以CP III控制点为测量基准、以高精度全站仪为核心单元、以轨道测量小车(即简易功能的轨检仪)为基础，数字化的轨道三维坐标测量系统，承担高速铁路轨道综合测量的任务。
[0003] 在高速铁路建设阶段，采用轨道几何状态测量仪(以下简称“轨测仪”)，并依托CP III精密控制网，对轨道轨距、超高，以及轨道(中心线)绝对坐标等相关几何参数进行静态测量。
[0004] 在运营阶段，高速铁路路基变形检测目前主要是依据CP III的平面坐标、高程，仍采用上述仪器进行检测。路基沉降测量的基础，实际上是CP III点的高程，只有CP III点高程准确、可靠，才能为路基沉降测量提供可靠基准和依据。
[0005] 在高速铁路运营阶段这种以轨道几何状态测量仪实现的“CP III+全站仪测量”(即“坐标测量”)为核心的方法存在以下主要问题：
[0006] 1.测量方法对环境条件的敏感性问题
[0007] 当前高速铁路运营轨道检测的基准为CP III控制点，轨测仪自身不带有固定的参照系统，需借助足够多的布设在轨道沿线两侧、间隔60m的CP III控制点才能完成轨道检测任务。
[0008] 采用的测量方法是以全站仪为主要手段对轨道各点进行绝对坐标测量，该方法的轨道平顺性测量是建立在CP III控制点的基础上，通过全站仪的角度和距离测量，再换算成尺寸偏差的间接测量，由于全站仪对环境条件的极度敏感性，测量时轨测仪对环境有较高的要求，包括气温及其变化、光照及其变化、风霜雨雪、雾霾、环境振动等均会极大地影响测量精度，行业公认的线路定位测量的仪器精度一般为±3mm左右。单纯依靠绝对测量进行线路施工与精调无法保证高的线路平顺性。因此，线路定位测量一般希望选择在常温(0～30℃)、无风霜雨雪、雾霾的夜间(气温变化较慢)进行。但铁路工务的天窗时间是无法选择的，这给高铁养护的线路绝对测量带来了巨大的麻烦。
[0009] 2、测量效率问题
[0010] 全站仪测量属于精密光学测量，测量效率低下，典型的线路逐枕定位测量效率不大于200m/h。该方法在线路施工阶段尚能满足工程要求，但在线路精调，特别是交付运营后的线路养护阶段，线路绝对测量的效率问题已明显成为一个技术瓶颈。
[0011] 3、CP III控制点的精度及其可靠性问题
[0012] CP III控制点的坐标，是从卫星定位数据经过4级测量和数据平差转换处理得到的大地坐标，即以卫星定位数据为基础得到CP0坐标，进而得到CP I、CP II的大地坐标。为确定CP III的准确坐标，采用的是全站仪自由设站并在CP I、CP II的基础上进行平差测量。
[0013] 理论上讲，其相对位置误差较小，但绝对位置误差要比卫星直接定位的位置误差大得多。由于CP III控制点位于线路轨道两侧较近位置，受地质、环境等各种因素影响，会发生不同程度的变化，导致CP III控制点的位置坐标发生变化。为保证CP III位置坐标的可靠性，除建成时对CP III控制点进行高精度测量外，每年还需要至少一次对所有CP III控制点进行高精度复测，并进行必要的维护，重要区域甚至还要缩短复测周期。但CP III控制点维护、检测技术难度大、耗时长，要由专业测量机构来完成。这对于目前拥有全世界最长高速铁路的我国，给铁路工务部门构成了较大的时间负担，甚至达到难以实现的程度，铁路工务部门急需对这一技术进行改进和提高。
[0014] 4、测量成本问题
[0015] “CP III+全站仪测量”这种线路绝对测量成本居高不下，主要包括设备成本昂贵、对操作人员的业务能力要求高、CP III的维护与复测成本高等众多原因。因CP III控制点维护、检测费用高，给铁路工务部门构成了沉重的费用负担，急需改进和提高。
[0016] 综上所述，现行的测量技术和方法耗时较长、操作复杂，测量效率低，测量成本高，无法适应高速铁路日益发展的需求。
发明内容
[0017] 本发明实施例提供一种轨道的高程的测量方法及系统，以解决现有技术的测量耗时较长、操作复杂，测量效率低，测量成本高的问题。
[0018] 第一方面，提供一种轨道的高程的测量方法，用于激光水准仪，所述轨道包括平行设置的左轨和右轨，所述激光水准仪可移动地设置在所述左轨上，所述左轨的外侧设置有多个等间距的GNSS监测站，相邻的两个所述GNSS监测站之间设置有多个高程控制点；
[0019] 所述测量方法包括：
[0020] 获取当前轨道特征点正对的当前高程控制点的高程基准值；
[0021] 将所述激光水准仪移动到所述当前轨道特征点处，且采用所述激光水准仪向所述当前高程控制点的高程标尺发射激光；
[0022] 获取所述激光在所述当前高程控制点的高程标尺上的光斑对应的刻度，得到所述当前高程控制点的标尺读数；
[0023] 获取轨道的倾斜角度，激光发射点到所述当前轨道特征点处的所述左轨的顶面的竖直距离，以及所述激光水准仪的位置到所述左轨的轨向作用边的距离；
[0024] 采用HL＝Hnm+hm-hv+(d-l)×sinα，计算得到所述左轨的轨顶高程，其中，Hnm表示所述当前高程控制点的高程基准值，hm表示所述当前高程控制点的标尺读数，hv表示所述激光发射点到所述当前轨道特征点处的所述左轨的顶面的竖直距离，d表示所述激光水准仪的位置到所述左轨的轨向作用边的距离，l表示所述左轨的宽度，α表示轨道的倾斜角度；
[0025] 其中，与所述当前高程控制点相邻，且位于所述当前高程控制点之前的所述GNSS监测站为第一GNSS监测站；与所述当前高程控制点相邻，且位于所述当前高程控制点之后的所述GNSS监测站为第二GNSS监测站；n表示所述第二GNSS监测站的序号；m表示所述当前高程控制点在所述第一GNSS监测站和所述第二GNSS监测站之间的所有高程控制点中的序号，所述高程控制点的排序方向和所述GNSS监测站的排序方向一致。
[0026] 第二方面，提供一种轨道的高程的测量系统，用于激光水准仪，所述轨道包括平行设置的左轨和右轨，所述激光水准仪可移动地设置在所述左轨上，所述左轨的外侧设置有多个等间距的GNSS监测站，相邻的两个所述GNSS监测站之间设置有多个高程控制点；
[0027] 所述测量系统包括：
[0028] 第一获取模块，用于获取当前轨道特征点正对的当前高程控制点的高程基准值；
[0029] 发射模块，用于将所述激光水准仪移动到所述当前轨道特征点处，且采用所述激光水准仪向所述当前高程控制点的高程标尺发射激光；
[0030] 第二获取模块，用于获取所述激光在所述当前高程控制点的高程标尺上的光斑对应的刻度，得到所述当前高程控制点的标尺读数；
[0031] 第三获取模块，用于获取轨道的倾斜角度，激光发射点到所述当前轨道特征点处的所述左轨的顶面的竖直距离，以及所述激光水准仪的位置到所述左轨的轨向作用边的距离；
[0032] 第一计算模块，用于采用HL＝Hnm+hm-hv+(d-l)×sinα，计算得到所述左轨的轨顶高程，其中，Hnm表示所述当前高程控制点的高程基准值，hm表示所述当前高程控制点的标尺读数，hv表示所述激光发射点到所述当前轨道特征点处的所述左轨的顶面的竖直距离，d表示所述激光水准仪的位置到所述左轨的轨向作用边的距离，l表示所述左轨的宽度，α表示轨道的倾斜角度；
[0033] 其中，与所述当前高程控制点相邻，且位于所述当前高程控制点之前的所述GNSS监测站为第一GNSS监测站；与所述当前高程控制点相邻，且位于所述当前高程控制点之后的所述GNSS监测站为第二GNSS监测站；n表示所述第二GNSS监测站的序号；m表示所述当前高程控制点在所述第一GNSS监测站和所述第二GNSS监测站之间的所有高程控制点中的序号，所述高程控制点的排序方向和所述GNSS监测站的排序方向一致。
[0034] 本发明实施例，通过定期对轨道特征点的高程测量比对，能够完成轨道路基的大面积的沉降变形监测，及时发现不均匀沉降带来的轨道不平顺问题，为轨道养护维修部门提供决策；对轨道特征点进行绝对坐标的测量，在不降低测量精度的前提下提高了检测效率，可达2000m/h，是目前检测效率200m/h的10倍，夜间天窗点能够检测更多的线路里程，处理更多的病害点；能够在恶劣天气环境条件下工作，能够适应高速铁路夜间天窗点作业时间短，工作量大的情况。
附图说明
[0035] 为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例的描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0036] 图1是本发明实施例的GNSS监测站和高程控制点的布设示意图；
[0037] 图2本发明实施例的高程控制点的高程标尺的示意图；
[0038] 图3是本发明实施例的轨道的高程的测量方法的流程图；
[0039] 图4是本发明一优选实施例的轨道的高程的测量的示意图；
[0040] 图5是本发明另一优选实施例的轨道的高程的测量的示意图；
[0041] 图6是本发明实施例的轨道的高程的测量系统的结构框图。
具体实施方式
[0042] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获取的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0043] 本发明实施例公开一种轨道的高程的测量方法。本发明实施例所述的轨道一般指火车(包括高铁)、城铁等运行的轨道。该轨道包括平行设置的左轨和右轨。左轨和右轨的定义为：站在轨道中间面向轨道大里程的方向，左手为左轨，右手为右轨。该测量方法用于激光水准仪。本发明一优选的实施例中，激光水准仪可移动地设置在左轨上。
[0044] 轨道的至少一个外侧可以设置多个等间距的GNSS(Global Navigation Satellite System，全球卫星导航系统)监测站。在本发明一优选的实施例中，该路段只有一条轨道，则左轨和右轨的外侧可设置有多个等间距的GNSS监测站。在本发明另一优选的实施例中，该路段有上行和下行两条轨道，则上行和下行两条轨道的外侧均设置有多个等间距的GNSS监测站。具体的，本发明的实施例中，左轨的外侧设置有多个等间距的GNSS监测站。
[0045] 位于轨道的外侧的相邻两个GNSS监测站之间的间距可根据实际需求确定。本发明一优选的实施例中，在满足需要的同时为了节省成本，位于轨道同一外侧的相邻两个GNSS监测站之间的间距为2km，且使位于不同外侧的GNSS监测站相间交叉设置。如图1所示，位于一轨道外侧的一GNSS监测站1的位置对着相邻的位于另一轨道外侧的两GNSS监测站2的中间，这样，位于一轨道外侧的一GNSS监测站1与相邻的位于另一轨道外侧的一GNSS监测站2在沿轨道的延伸方向的距离为1km。
[0046] GNSS监测站采用GNSS卫星定位技术对铁路路基、桥梁进行区域性沉降监测。GNSS监测站可与数据处理中心通讯。例如，设置在轨道外侧的GNSS监测站可与高铁Cors网络数据处理中心(High-spreed rail Cors station)进行通讯，将其监测得到的卫星数据通过光缆传输到高铁Cors网络数据处理中心。以高速铁路为例，高速铁路CP III布网测量费用为2.2万元/km，加上每年1.8万元/km的复测费用，100km的线路10年的复测费用就要1840万，而建设GNSS监测站(GT-CORS)每100km只需要约700万，大大降低了建设维护费用。
[0047] 相邻的两个GNSS监测站之间设置有多个高程控制点。相邻两个高程控制点之间的间距可以根据实际需求设定。如图1所示，本发明一优选的实施例中，位于同一外侧的相邻两个高程控制点3之间的间距为60m。高程控制点可利用轨道两侧的电气化立柱，在立柱侧面贴附高程标尺。应当理解的是，该高程标尺是竖直设置的。本发明优选的实施例中，标尺0刻度相对于轨道顶面的高度约为260mm左右，标尺上印有-80mm～+80mm量程的刻度，最小刻度单位1mm，刻线间距误差为0.1mm，如图2所示。该高程标尺可以采用防水的材质。
[0048] 如图3所示，该方法包括如下的步骤：
[0049] 步骤S301：获取当前轨道特征点正对的当前高程控制点的高程基准值。
[0050] 其中，当前高程控制点位于左轨的外侧。
[0051] 轨道特征点指的是轨道上沿里程按一定间隔划分的测量点，间隔一般为60m～100m，包括曲线上的直缓点、缓圆点、曲中点、圆缓点、缓直点等关键位置。
[0052] 具体的，该步骤包括如下的过程：
[0053] 一、采用 计算得到当前高程控制点的累计高程差。
[0054] 其中，为便于描述，与当前高程控制点相邻，且位于当前高程控制点之前的GNSS监测站为第一GNSS监测站；与当前高程控制点相邻，且位于当前高程控制点之后的GNSS监测站为第二GNSS监测站。
[0055] 当i＝1时，Ahni表示第一GNSS监测站和第二GNSS监测站之间的排序第一的高程控制点与第一GNSS监测站之间的高程差。当i＞1时，Ahni表示第一GNSS监测站和第二GNSS监测站之间的后一高程控制点与前一高程控制点之间的高程差。应当理解的是，后一高程控制点与前一高程控制点是相邻的两个高程控制点。其中，Δhni由水准仪测量得到。
[0056] 二、获取第一GNSS监测站的正常高程值和第二GNSS监测站的正常高程值。
[0057] 具体的，通过下述的步骤获取第一GNSS监测站的正常高程值和第二GNSS监测站的正常高程值：
[0058] (1)采集第一GNSS监测站的大地高程值和第二GNSS监测站的大地高程值。
[0059] 大地高程值可以采用现有技术的计算方法得到。具体的，GNSS监测站将监测得到的卫星数据发送到高铁Cors网络数据处理中心后，高铁Cors网络数据处理中心将该卫星数据与国家连续运行基准站数据进行联合解算。该解算的方法可以采用现有技术，例如，采用《GPS变形监测信息的单历元解算方法研究》(余学祥，徐绍铨，吕伟才，测绘学报，2002年5月，Vol.31，No.2，p123-127)中公开的方法。每天对解算得到的数据自动进行一次全网数据平差，得到GNSS监测站的大地高程值。
[0060] (2)在轨道两侧的水准基点处测量第一GNSS监测站的高程异常值和第二GNSS监测站的高程异常值。
[0061] 具体的，高程异常值采用水准仪进行检测。
[0062] (3)计算第一GNSS监测站的大地高程值和第一GNSS监测站的高程异常值的差，得到第一GNSS监测站的正常高程值。
[0063] 具体的，采用H′n-1＝Hn-1-εn-1计算得到第一GNSS监测站的正常高程值。H′n-1表示第一GNSS监测站的正常高程值，Hn-1表示第一GNSS监测站的大地高程值，εn-1表示第一GNSS监测站的高程异常值。
[0064] (4)计算第二GNSS监测站的大地高程值和第二GNSS监测站的高程异常值的差，得到第二GNSS监测站的正常高程值。
[0065] 具体的，采用H′n＝Hn-εn计算得到第二GNSS监测站的正常高程值。H′n表示第二GNSS监测站的正常高程值，Hn表示第二GNSS监测站的大地高程值，εn表示第二GNSS监测站的高程异常值。
[0066] 三、采用AH(n-1)n＝H′n-H′n-1，计算得到相邻两个GNSS监测站之间的高程差。
[0067] 四、采用 计算得到当前高程控制点的计算闭合差。
[0068] 五、采用 计算得到当前高程控制点的计算闭合差改正数。
[0069] 六、采用Hnm＝Hn(m-1)+Δhnm+v，计算得到当前高程控制点的高程基准值。
[0070] 其中，Hn(m1-)表示当前高程控制点的前一高程控制点的高程基准值。
[0071] 通过上述的步骤，最终得到当前轨道特征点正对的当前高程控制点的高程基准值。
[0072] 步骤S302：将激光水准仪移动到当前轨道特征点处，且采用激光水准仪向当前高程控制点的高程标尺发射激光。
[0073] 应当理解的是，激光水准仪的水平度可通过仪器上的圆水准器调整，使激光水平射向当前高程控制点的高程标尺上。
[0074] 步骤S303：获取激光在当前高程控制点的高程标尺上的光斑对应的刻度，得到当前高程控制点的标尺读数。
[0075] 步骤S304：获取轨道的倾斜角度，激光发射点到当前轨道特征点处的左轨的顶面的竖直距离，以及激光水准仪的位置到左轨的轨向作用边的距离。
[0076] 轨道的倾斜角度可以通过设置在轨道上的轨检仪检测得到。轨向作用边指的是轨道内侧面从轨顶向下15.7mm～16mm的区域。因为轨道侧面的坡度很小，所以上述的范围内带来的误差非常小，不影响测量结果。通常把轨向作用边看作是一条粗线。理想状态下，激光水准仪一般设置在左轨的轨道中心线上；实际情况下，该位置可能有微小偏差。
[0077] 在本发明一优选的实施例中，如图4所示，轨道的倾斜角度为α。激光发射点到当前轨道特征点处的左轨的顶面的竖直距离AB为hv。激光水准仪的位置到左轨的轨向作用边的距离BC为d。
[0078] 在本发明另一优选的实施例中，采用的激光水准仪具有调平底座和激光发射段。调平底座不可调整角度。激光发射段可调整角度，使激光发射段保持竖直，从而可使发射的激光保持水平，如图5所示。调平底座到当前轨道特征点处的左轨的顶面的距离EB为h1。具体的，可以把调平底座等效为一个等效点，则该距离h1为等效点到当前轨道特征点处的左轨的顶面所在平面的距离。激光发射点到调平底座的竖直距离AE为h2。那么，根据几何关系，该优选实施例的激光水准仪的激光发射点到当前轨道特征点处的左轨的顶面的竖直距离为：hv＝h2+h1×cosα。
[0079] 步骤S305：采用HL＝Hnm+hm-hv+(d-l)×sinα，计算得到左轨的轨顶高程。
[0080] 其中，hm表示当前高程控制点的标尺读数。n表示第二GNSS监测站的序号。m表示当前高程控制点在第一GNSS监测站和第二GNSS监测站之间的所有高程控制点中的序号。应当理解的是高程控制点的排序方向和GNSS监测站的排序方向一致。l表示左轨的宽度。
[0081] 优选的，本发明实施例的方法除了可以计算左轨的轨顶高程为，还可以计算右轨的轨顶高程，因此，该方法还包括：
[0082] 采用HR＝Hnm+hm-hv+(d+l+L)×sinα，计算得到右轨的轨顶高程。
[0083] 根据几何关系，右轨的轨顶高程HR＝HL+(L+2l)×sinα。将前述的左轨的轨顶高程的计算式，代入上式，得到右轨的轨顶高程的计算式。其中，当前轨道特征点处的左轨的轨向作用边与右轨的轨向作用边之间的最短距离CD为L。
[0084] 优选的，本发明实施例的方法除了可以计算左轨和右轨的轨顶高程外，还可以计算轨道中线高程，因此，该方法还包括：
[0085] 采用 计算得到轨道中线高程。
[0086] 其中，轨道中线高程指的是左轨和右轨的轨顶高程的二分之一，因此，根据前述的左轨的轨顶高程和右轨的轨顶高程的计算式，整理得到上述的轨道中线高程的计算式。
[0087] 综上，本发明实施例的轨道的高程的测量方法，通过定期对轨道特征点的高程测量比对，能够完成轨道路基的大面积的沉降变形监测，及时发现不均匀沉降带来的轨道不平顺问题，为轨道养护维修部门提供决策；对轨道特征点进行绝对坐标的测量，在不降低测量精度的前提下提高了检测效率，可达2000m/h，是目前检测效率200m/h的10倍，夜间天窗点能够检测更多的线路里程，处理更多的病害点；能够在恶劣天气环境条件下工作，能够适应高速铁路夜间天窗点作业时间短，工作量大的情况。
[0088] 本发明实施例还公开了一种轨道的高程的测量系统。该系统用于激光水准仪，轨道包括平行设置的左轨和右轨，激光水准仪可移动地设置在左轨上，左轨的外侧设置有多个等间距的GNSS监测站，相邻的两个GNSS监测站之间设置有多个高程控制点。
[0089] 如图6所示，该测量系统包括：
[0090] 第一获取模块601，用于获取当前轨道特征点正对的当前高程控制点的高程基准值。
[0091] 发射模块602，用于将激光水准仪移动到当前轨道特征点处，且采用激光水准仪向当前高程控制点的高程标尺发射激光。
[0092] 第二获取模块603，用于获取激光在当前高程控制点的高程标尺上的光斑对应的刻度，得到当前高程控制点的标尺读数。
[0093] 第三获取模块604，用于获取轨道的倾斜角度，激光发射点到当前轨道特征点处的左轨的顶面的竖直距离，以及激光水准仪的位置到左轨的轨向作用边的距离。
[0094] 第一计算模块605，用于采用HL＝Hnm+hm-hv+(d-l)×sinα，计算得到左轨的轨顶高程。
[0095] 其中，Hnm表示当前高程控制点的高程基准值，hm表示当前高程控制点的标尺读数，hv表示激光发射点到当前轨道特征点处的左轨的顶面的竖直距离，d表示激光水准仪的位置到左轨的轨向作用边的距离，l表示左轨的宽度，α表示轨道的倾斜角度。
[0096] 其中，与当前高程控制点相邻，且位于当前高程控制点之前的GNSS监测站为第一GNSS监测站；与当前高程控制点相邻，且位于当前高程控制点之后的GNSS监测站为第二GNSS监测站；n表示第二GNSS监测站的序号；m表示当前高程控制点在第一GNSS监测站和第二GNSS监测站之间的所有高程控制点中的序号，高程控制点的排序方向和GNSS监测站的排序方向一致。
[0097] 优选的，该系统还包括：
[0098] 第二计算模块，用于采用HR＝Hnm+hm-hv+(d+l+L)×sinα，计算得到右轨的轨顶高程。
[0099] 其中，L表示当前轨道特征点处的左轨的轨向作用边与右轨的轨向作用边之间的最短距离。
[0100] 优选的，该系统还包括：
[0101] 第三计算模块，用于采用 计算得到轨道中线高程。
[0102] 优选的，第一获取模块601包括：
[0103] 第一计算子模块，用于采用 计算得到当前高程控制点的累计高程差。
[0104] 其中，当i＝1时，Ahni表示第一GNSS监测站和第二GNSS监测站之间的排序第一的高程控制点与第一GNSS监测站之间的高程差；当i＞1时，Ahni表示第一GNSS监测站和第二GNSS监测站之间的后一高程控制点与前一高程控制点之间的高程差。
[0105] 获取子模块，用于获取第一GNSS监测站的正常高程值和第二GNSS监测站的正常高程值。
[0106] 第二计算子模块，用于采用AH(n-1)n＝H′n-H′n-1，计算得到相邻两个GNSS监测站之间的高程差。
[0107] 其中，H′n表示第二GNSS监测站的正常高程值，H′n-1表示第一GNSS监测站的正常高程值。
[0108] 第三计算子模块，用于采用 计算得到当前高程控制点的计算闭合差。
[0109] 第四计算子模块，用于采用 计算得到当前高程控制点的计算闭合差改正数。
[0110] 第五计算子模块，用于采用Hnm＝Hn(m-1)+Δhnm+v，计算得到当前高程控制点的高程基准值。
[0111] 优选的，获取子模块包括：
[0112] 采集单元，用于采集第一GNSS监测站的大地高程值和第二GNSS监测站的大地高程值。
[0113] 测量单元，用于在轨道两侧的水准基点处测量第一GNSS监测站的高程异常值和第二GNSS监测站的高程异常值。
[0114] 第一计算单元，用于计算第一GNSS监测站的大地高程值和第一GNSS监测站的高程异常值的差，得到第一GNSS监测站的正常高程值。
[0115] 第二计算单元，用于计算第二GNSS监测站的大地高程值和第二GNSS监测站的高程异常值的差，得到第二GNSS监测站的正常高程值。
[0116] 对于装置实施例而言，由于其与方法实施例基本相似，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
[0117] 综上，本发明实施例的轨道的高程的测量系统，通过定期对轨道特征点的高程测量比对，能够完成轨道路基的大面积的沉降变形监测，及时发现不均匀沉降带来的轨道不平顺问题，为轨道养护维修部门提供决策；对轨道特征点进行绝对坐标的测量，在不降低测量精度的前提下提高了检测效率，可达2000m/h，是目前检测效率200m/h的10倍，夜间天窗点能够检测更多的线路里程，处理更多的病害点；能够在恶劣天气环境条件下工作，能够适应高速铁路夜间天窗点作业时间短，工作量大的情况。
[0118] 以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
