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(cè)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(cè)量的重要組成部分。我國(guó)的測(cè)量工作者對(duì)CPⅢ控制網(wǎng)的精度特點(diǎn)、觀測(cè)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(shí)的作業(yè)中仍存在一些問題，如某測(cè)站的通視條件不是特別好等，需要對(duì)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(jì) 觀測(cè)精度 觀測(cè)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(gè)過程中都要展開CPⅢ的測(cè)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(cè)量任務(wù)，但是對(duì)于一些測(cè)量條件較為特殊的區(qū)域會(huì)遇到一定的困難，致使測(cè)量精度難以滿足要求。針對(duì)這一問題，以“蘭新鐵路”某段實(shí)測(cè)的資料作為實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，對(duì)傳統(tǒng)的CPⅢ平面控制網(wǎng)網(wǎng)型進(jìn)行簡(jiǎn)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(cè)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(duì)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(cè)值尺度不一致，需將地面觀測(cè)值歸算至高斯平面上。

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

CPⅢ平面控制測(cè)量應(yīng)該在氣象條件相對(duì)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(cè)應(yīng)避免強(qiáng)熱光源對(duì)觀測(cè)的影響；且觀測(cè)時(shí)自由測(cè)站附近不能有震動(dòng)干擾以及高壓設(shè)備存在。觀測(cè)時(shí)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(shí)段進(jìn)行觀測(cè)。

(3)如果條件允許，首先應(yīng)選擇夜晚無風(fēng)的時(shí)段觀測(cè)。

2 傳統(tǒng)CPⅢ平面控制測(cè)量施測(cè)網(wǎng)型簡(jiǎn)介和精度分析

2.1 施測(cè)網(wǎng)型

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

在測(cè)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(cè)棱鏡或無法分辨棱鏡時(shí)，測(cè)站間距為120 m的標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)形無法施行。這時(shí)可以使用測(cè)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(gè)測(cè)站前后各觀測(cè)2對(duì)CPⅢ點(diǎn)，相鄰兩個(gè)測(cè)站重復(fù)觀測(cè)3對(duì)CPⅢ點(diǎn)，間隔的測(cè)站重復(fù)觀測(cè)2對(duì)CPⅢ點(diǎn)。每個(gè)CPⅢ控制點(diǎn)有至少4個(gè)方向和距離交會(huì)。測(cè)站間距為60 m的CPⅢ改進(jìn)網(wǎng)要求條件降低，觀測(cè)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(cè)過程中，一般采用測(cè)站間距120 m的CPⅢ平面控制網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)和測(cè)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(cè)站邊角交會(huì)觀測(cè)時(shí)，應(yīng)聯(lián)測(cè)高等級(jí)控制點(diǎn)，聯(lián)測(cè)時(shí)應(yīng)采用同一組棱鏡。與高級(jí)控制點(diǎn)CPⅠ或CPⅡ點(diǎn)聯(lián)測(cè)可以通過自由設(shè)站置鏡觀測(cè)CPⅠ、CPⅡ控制點(diǎn)，一般聯(lián)測(cè)不少于3個(gè)自由測(cè)站。也可采用在CPⅠ、CPⅡ控制點(diǎn)設(shè)站置鏡觀測(cè)CPⅢ點(diǎn)，觀測(cè)的CPⅢ點(diǎn)應(yīng)盡可能多，一般不少于3個(gè)CPⅢ點(diǎn)。如圖3和圖4所示。兩種觀測(cè)方法精度沒有多大差別，顧及到觀測(cè)效率，推薦采用自由設(shè)站置鏡觀測(cè)CPⅠ、CPⅡ控制點(diǎn)的方法。

圖1 測(cè)站間距為120 m的CPⅢ平面網(wǎng)觀測(cè)網(wǎng)形

圖2 測(cè)站間距為60 m的CPⅢ平面網(wǎng)觀測(cè)網(wǎng)形

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

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

CPⅢ平面控制網(wǎng)與高級(jí)控制點(diǎn)聯(lián)測(cè)時(shí)，有時(shí)高級(jí)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(shí)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(cè)CPⅢ點(diǎn)，如圖5所示。圖中L1、L2為增設(shè)的臨時(shí)點(diǎn)，與自由測(cè)站點(diǎn)無本質(zhì)區(qū)別。這種間接聯(lián)測(cè)方法能較好解決自由測(cè)站或CPⅢ點(diǎn)無法直接聯(lián)測(cè)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(duì)中誤差。計(jì)算CPⅢ平面控制網(wǎng)的相對(duì)點(diǎn)位精度，可以通過網(wǎng)中水平方向和距離觀測(cè)值的先驗(yàn)觀測(cè)精度和CPⅢ網(wǎng)的網(wǎng)形，對(duì)CPⅢ網(wǎng)的精度進(jìn)行仿真計(jì)算。CPⅢ平面控制網(wǎng)是一個(gè)邊角網(wǎng)，可按邊角網(wǎng)的間接平差原理，對(duì)CPⅢ點(diǎn)間相對(duì)點(diǎn)位精度進(jìn)行仿真計(jì)算。

圖5 增設(shè)臨時(shí)點(diǎn)置鏡觀測(cè)CPⅢ點(diǎn)的觀測(cè)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(duì)CPⅢ平面網(wǎng)點(diǎn)間相對(duì)點(diǎn)位精度進(jìn)行仿真計(jì)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(cè)站間距120 m，起算點(diǎn)CPⅡ01～CPⅡ02間距為600 m?，F(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(cè)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(jì)算CPⅢ點(diǎn)間相對(duì)點(diǎn)位精度。CPⅢ點(diǎn)間相對(duì)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(jì)的CPⅢ控制網(wǎng)相鄰點(diǎn)的相對(duì)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(jì)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(cè)站間距為120 m的標(biāo)準(zhǔn)CPⅢ網(wǎng)形的相對(duì)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(duì)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(cè)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(cè)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(duì)點(diǎn)位精度信息如表2所示。

表2 測(cè)站間距為60 m的改進(jìn)CPⅢ網(wǎng)形的相對(duì)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(cè)距精度為±(2×10-6D) mm時(shí)都無法滿足CPⅢ點(diǎn)間相對(duì)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(cè)1″，測(cè)距±(1+2×10-6D)mm時(shí)，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(cè)的全站儀標(biāo)稱精度應(yīng)不低于方向觀測(cè)中誤差1.0″，測(cè)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(cè)效率，條件允許時(shí)，應(yīng)采用測(cè)站間距120 m的標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)形，測(cè)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(jiǎn)介

CPⅢ平面控制網(wǎng)要求精度高，對(duì)環(huán)境要求極為苛刻，工期又十分緊張，現(xiàn)有的觀測(cè)網(wǎng)形及觀測(cè)方法效率上有時(shí)顯得難以應(yīng)對(duì)，針對(duì)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(cè)結(jié)果的精度要求。

3.1 基本網(wǎng)型

由以上對(duì)傳統(tǒng)CPⅢ控制測(cè)量平面網(wǎng)型的介紹和分析可知，由測(cè)站間距60 m的改進(jìn)網(wǎng)與測(cè)站間距120 m的標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)比較，前者觀測(cè)效率較低，后者的觀測(cè)效率較高，如果在觀測(cè)環(huán)境不是特別優(yōu)越的地區(qū)直接用前者進(jìn)行觀測(cè)，這對(duì)本來工期很緊的CPⅢ控制網(wǎng)測(cè)設(shè)十分不利。現(xiàn)在提出一種方法，將測(cè)站間距60 m的改進(jìn)網(wǎng)與測(cè)站間距120 m的標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)相結(jié)合成為測(cè)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?jī)蓪?duì)測(cè)站間距60 m(一對(duì)測(cè)站之間距離很小，可忽略，觀測(cè)時(shí)只需稍微挪動(dòng)重新設(shè)站)，起算點(diǎn)CPⅡ01～CPⅡ02間距為600 m。每一測(cè)站對(duì)沿線路方向前后各觀測(cè)兩對(duì)CPⅢ點(diǎn)，每相鄰兩對(duì)自由測(cè)站重復(fù)觀測(cè)兩對(duì)CPⅢ點(diǎn)，如此可知每個(gè)CPⅢ控制點(diǎn)有至少四個(gè)方向和距離交會(huì)，這種改進(jìn)的網(wǎng)型滿足《規(guī)范》的要求。

圖6 測(cè)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(cè)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(cè)站間距120 m的CPⅢ變化網(wǎng)形的相對(duì)點(diǎn)位精度估算結(jié)果

針對(duì)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(duì)比，結(jié)合相應(yīng)等級(jí)CPⅢ平面控制測(cè)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(jí)CPⅢ的測(cè)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(gè)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(cè)量工作中遇到的觀測(cè)條件不好等較為常見的問題，并可以保證相應(yīng)等級(jí)的觀測(cè)精度。

3.4 注意事項(xiàng)

改進(jìn)CPⅢ平面控制網(wǎng)具有眾多優(yōu)點(diǎn)，可以解決測(cè)量工作中遇到的一些常見問題。在實(shí)驗(yàn)過程中，通過對(duì)數(shù)據(jù)的計(jì)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(duì)改進(jìn)網(wǎng)的觀測(cè)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(cè)量工作時(shí)，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(cè)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(cè)1″，測(cè)距±(1+2×10-6D)mm時(shí)，測(cè)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(cè)時(shí)，應(yīng)盡可能選用高精度儀器。

測(cè)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(duì)觀測(cè)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(cè)站間距120 m的CPⅢ變化網(wǎng)形與測(cè)站間距60 m的CPⅢ改進(jìn)網(wǎng)形相比，觀測(cè)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(gè)CPⅢ點(diǎn)同樣有四個(gè)方向和距離交會(huì)，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(cè)站間距120 m的CPⅢ變化網(wǎng)形可代替《規(guī)范》中提出的測(cè)站間距60 m的CPⅢ改進(jìn)網(wǎng)形，作為測(cè)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(cè)繪工程專業(yè)，助理工程師。

1672-7479(2014)04-0028-04

P221

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