王 斌 姜春杰 楊保華

(山東黃金礦業(yè)(玲瓏)有限公司， 山東招遠(yuǎn) 265419)

CPⅢ平面控制測量網(wǎng)型改進(jìn)的一種方法研究

王 斌 姜春杰 楊保華

(山東黃金礦業(yè)(玲瓏)有限公司， 山東招遠(yuǎn) 265419)

軌道控制網(wǎng)(CPⅢ)是高鐵控制測量的重要組成部分。我國的測量工作者對CPⅢ控制網(wǎng)的精度特點(diǎn)、觀測方法已經(jīng)進(jìn)行了比較細(xì)致的研究，并取得了一些可喜的成果。但是在平時的作業(yè)中仍存在一些問題，如某測站的通視條件不是特別好等，需要對原有的傳統(tǒng)網(wǎng)型進(jìn)行改進(jìn)。

CPⅢ平面控制網(wǎng) 網(wǎng)型設(shè)計 觀測精度 觀測條件

為了保證軌道的平順性，需要在高速鐵路建設(shè)的整個過程中都要展開CPⅢ的測量工作。傳統(tǒng)的軌道平面控制網(wǎng)(CPⅢ)已經(jīng)可以很好地完成既定的測量任務(wù)，但是對于一些測量條件較為特殊的區(qū)域會遇到一定的困難，致使測量精度難以滿足要求。針對這一問題，以“蘭新鐵路”某段實(shí)測的資料作為實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，對傳統(tǒng)的CPⅢ平面控制網(wǎng)網(wǎng)型進(jìn)行簡要的介紹和相應(yīng)的精度比較；在此基礎(chǔ)之上，提出一種新的構(gòu)造CPⅢ平面控制網(wǎng)的辦法，可以在一定程度上提高工作效率，又可以滿足精度要求。

1 CPⅢ平面控制網(wǎng)的特點(diǎn)以及施測條件

(1)CPⅢ平面控制網(wǎng)的網(wǎng)型新穎。

(2)CPⅢ平面控制網(wǎng)的精度和可靠性要求較一般的平面控制網(wǎng)高，這對CPⅢ平面控制網(wǎng)的平差提出了較高要求。

(3)CPⅢ平面控制網(wǎng)的已知控制點(diǎn)坐標(biāo)是在高斯平面上的坐標(biāo)，與地面觀測值尺度不一致，需將地面觀測值歸算至高斯平面上。

(4)CPⅢ平面控制網(wǎng)數(shù)據(jù)是自動化采集的，不可避免會存在粗差。

CPⅢ平面控制測量應(yīng)該在氣象條件相對比較穩(wěn)定的天氣下進(jìn)行(溫差變化小、濕度較小的天氣，最好是陰天或者晚上)；夜間觀測應(yīng)避免強(qiáng)熱光源對觀測的影響；且觀測時自由測站附近不能有震動干擾以及高壓設(shè)備存在。觀測時段的選擇應(yīng)滿足以下條件：

(1)應(yīng)盡量選擇無風(fēng)的陰天進(jìn)行。

(2)應(yīng)完全避開日出，選擇日落、日中天的前后1 h的時段進(jìn)行觀測。

(3)如果條件允許，首先應(yīng)選擇夜晚無風(fēng)的時段觀測。

2 傳統(tǒng)CPⅢ平面控制測量施測網(wǎng)型簡介和精度分析

2.1 施測網(wǎng)型

CPⅢ平面控制網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)形如圖1所示。觀測測站間距一般為120 m左右，測站沿線路方向前后各觀測3對CPⅢ點(diǎn)，相鄰兩個測站重復(fù)觀測4對CPⅢ點(diǎn)，間隔的測站重復(fù)觀測2對CPⅢ點(diǎn)，每個CPⅢ控制點(diǎn)有至少3個方向和距離交會。

在測站通視條件不好的情況下，如障礙物遮擋或線路曲率半徑過小導(dǎo)致全站儀無法觀測棱鏡或無法分辨棱鏡時，測站間距為120 m的標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)形無法施行。這時可以使用測站間距為60 m的改進(jìn)網(wǎng)形，如圖2所示。改進(jìn)網(wǎng)每個測站前后各觀測2對CPⅢ點(diǎn)，相鄰兩個測站重復(fù)觀測3對CPⅢ點(diǎn)，間隔的測站重復(fù)觀測2對CPⅢ點(diǎn)。每個CPⅢ控制點(diǎn)有至少4個方向和距離交會。測站間距為60 m的CPⅢ改進(jìn)網(wǎng)要求條件降低，觀測更加靈活且精度更加均勻，但效率也相應(yīng)降低。實(shí)際觀測過程中，一般采用測站間距120 m的CPⅢ平面控制網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)和測站間距60 m的改進(jìn)網(wǎng)相結(jié)合的方法。

CPⅢ平面控制網(wǎng)在進(jìn)行自由測站邊角交會觀測時，應(yīng)聯(lián)測高等級控制點(diǎn)，聯(lián)測時應(yīng)采用同一組棱鏡。與高級控制點(diǎn)CPⅠ或CPⅡ點(diǎn)聯(lián)測可以通過自由設(shè)站置鏡觀測CPⅠ、CPⅡ控制點(diǎn)，一般聯(lián)測不少于3個自由測站。也可采用在CPⅠ、CPⅡ控制點(diǎn)設(shè)站置鏡觀測CPⅢ點(diǎn)，觀測的CPⅢ點(diǎn)應(yīng)盡可能多，一般不少于3個CPⅢ點(diǎn)。如圖3和圖4所示。兩種觀測方法精度沒有多大差別，顧及到觀測效率，推薦采用自由設(shè)站置鏡觀測CPⅠ、CPⅡ控制點(diǎn)的方法。

圖1 測站間距為120 m的CPⅢ平面網(wǎng)觀測網(wǎng)形

圖2 測站間距為60 m的CPⅢ平面網(wǎng)觀測網(wǎng)形

圖3 在自由測站置鏡觀測CPⅠ/CPⅡ控制點(diǎn)的觀測網(wǎng)

圖4 在CPⅠ/CPⅡ控制點(diǎn)設(shè)站置鏡觀測CPⅢ點(diǎn)的觀測網(wǎng)

CPⅢ平面控制網(wǎng)與高級控制點(diǎn)聯(lián)測時，有時高級控制點(diǎn)距離線路距離太遠(yuǎn)或與CPⅢ點(diǎn)無法通視，也可在CPⅠ/CPⅡ點(diǎn)與CPⅢ點(diǎn)之間增設(shè)臨時輔助點(diǎn)架設(shè)儀器。在輔助點(diǎn)架設(shè)儀器，應(yīng)盡可能多的置鏡觀測CPⅢ點(diǎn)，如圖5所示。圖中L1、L2為增設(shè)的臨時點(diǎn)，與自由測站點(diǎn)無本質(zhì)區(qū)別。這種間接聯(lián)測方法能較好解決自由測站或CPⅢ點(diǎn)無法直接聯(lián)測附近CPⅠ/CPⅡ點(diǎn)的問題。

2.2 精度分析

CPⅢ平面控制網(wǎng)最重要的精度指標(biāo)是相鄰點(diǎn)的相對中誤差。計算CPⅢ平面控制網(wǎng)的相對點(diǎn)位精度，可以通過網(wǎng)中水平方向和距離觀測值的先驗(yàn)觀測精度和CPⅢ網(wǎng)的網(wǎng)形，對CPⅢ網(wǎng)的精度進(jìn)行仿真計算。CPⅢ平面控制網(wǎng)是一個邊角網(wǎng)，可按邊角網(wǎng)的間接平差原理，對CPⅢ點(diǎn)間相對點(diǎn)位精度進(jìn)行仿真計算。

圖5 增設(shè)臨時點(diǎn)置鏡觀測CPⅢ點(diǎn)的觀測網(wǎng)

由圖1可知，CPⅢ平面控制網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)形十分規(guī)則。假設(shè)起算點(diǎn)間距為600 m，可以對CPⅢ平面網(wǎng)點(diǎn)間相對點(diǎn)位精度進(jìn)行仿真計算。如圖4所示，各CPⅢ點(diǎn)沿線路縱向(Y方向)間距為60 m，橫向(X方向)間距為11 m，測站間距120 m，起算點(diǎn)CPⅡ01～CPⅡ02間距為600 m。現(xiàn)在分別以CPⅢ平面控制網(wǎng)水平方向的先驗(yàn)精度為0.5″、1″、2″，測距先驗(yàn)精度分別為±(1+1×10-6D)mm、±(1+2×10-6D)mm、±(2+2×10-6D)mm進(jìn)行組合，計算CPⅢ點(diǎn)間相對點(diǎn)位精度。CPⅢ點(diǎn)間相對點(diǎn)位精度信息如表1所示。需要注意的是，《規(guī)范》中要求設(shè)計的CPⅢ控制網(wǎng)相鄰點(diǎn)的相對中誤差小于1 mm指的是相鄰點(diǎn)的平面x、y坐標(biāo)分量中誤差小于1 mm，出于偏安全的角度考慮，本文統(tǒng)計的最大相鄰點(diǎn)位精度指的是相鄰點(diǎn)的點(diǎn)位中誤差。

表1 測站間距為120 m的標(biāo)準(zhǔn)CPⅢ網(wǎng)形的相對點(diǎn)位精度估算結(jié)果

現(xiàn)使用CPⅢ平面網(wǎng)的改進(jìn)網(wǎng)形估算CPⅢ點(diǎn)間相對點(diǎn)位精度。各CPⅢ點(diǎn)沿線路縱向(Y方向)間距為60 m，橫向(X方向)間距為11 m，測站間距60 m，起算點(diǎn)CPⅡ01～CPⅡ02間距為600 m。CPⅢ平面控制網(wǎng)水平方向及測距的先驗(yàn)精度同標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)的先驗(yàn)精度、CPⅢ點(diǎn)間相對點(diǎn)位精度信息如表2所示。

表2 測站間距為60 m的改進(jìn)CPⅢ網(wǎng)形的相對點(diǎn)位精度估算結(jié)果

由表1和表2所示結(jié)果可以得到如下結(jié)論：

①使用CPⅢ平面網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)形及改進(jìn)網(wǎng)形，水平方向的先驗(yàn)精度為2″或測距精度為±(2×10-6D) mm時都無法滿足CPⅢ點(diǎn)間相對點(diǎn)位精度小于1 mm的要求；

②當(dāng)使用的儀器先驗(yàn)精度為方向觀測1″，測距±(1+2×10-6D)mm時，CPⅢ平面網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)形最大相鄰點(diǎn)位精度達(dá)到0.99 mm，接近限值。

③CPⅢ平面網(wǎng)的改進(jìn)網(wǎng)形比標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)形交互強(qiáng)度更好，估算相鄰點(diǎn)位精度更高。

由上述情況可知，能夠用于進(jìn)行CPⅢ平面網(wǎng)外業(yè)觀測的全站儀標(biāo)稱精度應(yīng)不低于方向觀測中誤差1.0″，測距中誤差±(1+2×10-6D)mm，這與《規(guī)范》中的要求相同。CPⅢ平面網(wǎng)的改進(jìn)網(wǎng)形更有利于軌道鋪設(shè)，考慮到實(shí)際工作量與外業(yè)的觀測效率，條件允許時，應(yīng)采用測站間距120 m的標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)形，測站間距60 m的改進(jìn)網(wǎng)形作為必要補(bǔ)充。

3 改進(jìn)CPⅢ平面控制網(wǎng)簡介

CPⅢ平面控制網(wǎng)要求精度高，對環(huán)境要求極為苛刻，工期又十分緊張，現(xiàn)有的觀測網(wǎng)形及觀測方法效率上有時顯得難以應(yīng)對，針對這種實(shí)際情況，提出了一種改進(jìn)的控制網(wǎng)網(wǎng)型，可以在一定程度上提高工作效率，并滿足觀測結(jié)果的精度要求。

3.1 基本網(wǎng)型

由以上對傳統(tǒng)CPⅢ控制測量平面網(wǎng)型的介紹和分析可知，由測站間距60 m的改進(jìn)網(wǎng)與測站間距120 m的標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)比較，前者觀測效率較低，后者的觀測效率較高，如果在觀測環(huán)境不是特別優(yōu)越的地區(qū)直接用前者進(jìn)行觀測，這對本來工期很緊的CPⅢ控制網(wǎng)測設(shè)十分不利。現(xiàn)在提出一種方法，將測站間距60 m的改進(jìn)網(wǎng)與測站間距120 m的標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)相結(jié)合成為測站間距120 m的變化網(wǎng)，如圖6所示。各CPⅢ點(diǎn)沿線路縱向(Y方向)間距為60 m，橫向(X方向)間距為11 m，每兩對測站間距60 m(一對測站之間距離很小，可忽略，觀測時只需稍微挪動重新設(shè)站)，起算點(diǎn)CPⅡ01～CPⅡ02間距為600 m。每一測站對沿線路方向前后各觀測兩對CPⅢ點(diǎn)，每相鄰兩對自由測站重復(fù)觀測兩對CPⅢ點(diǎn)，如此可知每個CPⅢ控制點(diǎn)有至少四個方向和距離交會，這種改進(jìn)的網(wǎng)型滿足《規(guī)范》的要求。

圖6 測站間距120 m的CPⅢ變化網(wǎng)網(wǎng)形

3.2 精度分析

根據(jù)CPⅢ平面控制網(wǎng)水平方向及測距的先驗(yàn)精度估算圖6中網(wǎng)形相鄰點(diǎn)位精度結(jié)果如表3。

表3 測站間距120 m的CPⅢ變化網(wǎng)形的相對點(diǎn)位精度估算結(jié)果

針對表3中的點(diǎn)位精度估算結(jié)果，通過與未改進(jìn)的網(wǎng)型的點(diǎn)位精度估算結(jié)果進(jìn)行對比，結(jié)合相應(yīng)等級CPⅢ平面控制測量規(guī)范要求可以發(fā)現(xiàn)，這種改進(jìn)的控制網(wǎng)網(wǎng)型可以完全滿足相依等級CPⅢ的測量要求。

3.3 改進(jìn)網(wǎng)型的特點(diǎn)

這種改進(jìn)的網(wǎng)型主要具有以下幾個特點(diǎn)：

①該種改進(jìn)網(wǎng)在布網(wǎng)的過程中結(jié)構(gòu)合理，整體網(wǎng)型結(jié)構(gòu)美觀，控制網(wǎng)的結(jié)構(gòu)緊密，具有較強(qiáng)的相關(guān)性；

②該種改進(jìn)的控制網(wǎng)與傳統(tǒng)60 m CPⅢ平面的控制網(wǎng)相比較，可以大大的提高工作效率；

③該種改進(jìn)的控制網(wǎng)與傳統(tǒng)的120 m CPⅢ平面控制網(wǎng)相比較，可以很好的解決日常的CPⅢ測量工作中遇到的觀測條件不好等較為常見的問題，并可以保證相應(yīng)等級的觀測精度。

3.4 注意事項

改進(jìn)CPⅢ平面控制網(wǎng)具有眾多優(yōu)點(diǎn)，可以解決測量工作中遇到的一些常見問題。在實(shí)驗(yàn)過程中，通過對數(shù)據(jù)的計算可以發(fā)現(xiàn)，所采用的控制點(diǎn)的精度和所采用的儀器的先驗(yàn)精度對改進(jìn)網(wǎng)的觀測精度具有很大的影響，建議在使用改進(jìn)控制網(wǎng)進(jìn)行測量工作時，應(yīng)該保證所采用的控制點(diǎn)點(diǎn)位精度和儀器的先驗(yàn)精度，這樣才可以順利完成既定的測量工作，達(dá)到預(yù)期的效果。

4 結(jié)論

當(dāng)使用的儀器先驗(yàn)精度為方向觀測1″，測距±(1+2×10-6D)mm時，測站間距120 m的CPⅢ變化網(wǎng)形最大相鄰點(diǎn)位精度達(dá)到0.95 mm，接近限值，故實(shí)際外業(yè)觀測時，應(yīng)盡可能選用高精度儀器。

測站間距120 m CPⅢ變化網(wǎng)形比《規(guī)范》中提出的標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)形交互強(qiáng)度更好，對觀測環(huán)境要求有所降低，在使用儀器滿足要求的條件下估算相鄰點(diǎn)位精度更高。

測站間距120 m的CPⅢ變化網(wǎng)形與測站間距60 m的CPⅢ改進(jìn)網(wǎng)形相比，觀測效率提升，交互強(qiáng)度基本相同，精度的均勻性略微降低，每個CPⅢ點(diǎn)同樣有四個方向和距離交會，在使用的儀器滿足要求的條件下估算最大相鄰點(diǎn)位精度略低。

由上所述情況綜合分析，在采用的全站儀滿足精度要求的條件下，測站間距120 m的CPⅢ變化網(wǎng)形可代替《規(guī)范》中提出的測站間距60 m的CPⅢ改進(jìn)網(wǎng)形，作為測站間距120 m的CPⅢ標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)形的必要補(bǔ)充，在實(shí)際應(yīng)用中具有一定的可行性。

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OneMethodStudyoftheNetTypeImprovementofCPⅢHorizontalControlSurvey

WANG Bin JIANG Chun-jie YANG Bao-hua

2014-04-25

王 斌(1988—)，男，畢業(yè)于內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)測繪工程專業(yè)，助理工程師。

1672-7479(2014)04-0028-04

P221

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