張海濤

(中鐵工程設(shè)計咨詢集團有限公司，北京　100055)

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高速鐵路CPⅢ控制網(wǎng)單邊測量精度分析及應(yīng)用研究

張海濤

(中鐵工程設(shè)計咨詢集團有限公司，北京100055)

Accuracy Analysis and Application Research of Single-side Surveying for High-speed Railway CPⅢ Control Network

ZHANG Haitao

摘要受“V”型天窗作業(yè)時間限制，某些運營鐵路線或區(qū)間無法測量點對雙邊CPⅢ控制點，需進行單點單邊測量。通過試驗數(shù)據(jù)，在對CPⅢ控制網(wǎng)單邊測量的數(shù)據(jù)精度指標與常規(guī)點對CPⅢ控制網(wǎng)測量成果進行比較分析的基礎(chǔ)上，對單邊測量成果進行軌道測量的應(yīng)用研究。研究分析結(jié)果表明，CPⅢ控制網(wǎng)單邊測量精度指標能滿足高鐵CPⅢ控制網(wǎng)測量精度要求，單邊測量成果可用于軌道測量。

關(guān)鍵詞CPⅢ控制網(wǎng)單邊測量觀測網(wǎng)形精度分析

1概述

目前高速鐵路CPⅢ控制網(wǎng)測量采用自由設(shè)站邊角交會法觀測線路兩側(cè)CPⅢ點對，但對于一些受“V”型天窗上線作業(yè)時間影響的運營線路或區(qū)間，只能在線路的一側(cè)(左線或右線)進行作業(yè)，導致無法同時觀測線路兩邊的CPⅢ控制點，只能測量單側(cè)CPⅢ控制點。以某客運專線一段實測資料作為試驗數(shù)據(jù)，對線路左線和右線的CPⅢ控制點分別單獨進行數(shù)據(jù)平差處理，對單邊測量成果進行軌道測量的應(yīng)用研究，提出一種新的CPⅢ控制網(wǎng)測量方法，從一定程度上解決運營線路“V”型天窗CPⅢ控制網(wǎng)測量問題。

2單邊測量網(wǎng)形設(shè)計及技術(shù)要求

2.1單邊測量網(wǎng)形設(shè)計

(1)平面控制網(wǎng)形設(shè)計

CPⅢ控制網(wǎng)單邊測量在線路左線或右線作業(yè)時，只能觀測單側(cè)的CPⅢ控制點，即左線和右線分開進行觀測，分別形成左線CPⅢ控制網(wǎng)和右線CPⅢ控制網(wǎng)。同樣采用自由設(shè)站邊角交會法施測，施測網(wǎng)形如圖1所示。觀測測站間距一般為120 m(或60 m)，測站前后各測量線路單側(cè)3個(或2個)CPⅢ點，相鄰兩個測站重復(fù)觀測4個(或3個)CPⅢ點，間隔的測站重復(fù)觀測2個CPⅢ點，每個CPⅢ控制點至少有3個方向和距離交會。

圖1　CPⅢ控制網(wǎng)單邊測量網(wǎng)形

(2)高程網(wǎng)形設(shè)計

CPⅢ高程控制網(wǎng)采用三角高程，與平面控制網(wǎng)同時進行，比較不同自由設(shè)站所測得兩相鄰點的高差，每相鄰兩個CPⅢ點之間至少有2個或3個高差重復(fù)觀測值，按每相鄰3個CPⅢ點構(gòu)建三角形高程閉合環(huán)的方法構(gòu)成三角高程網(wǎng)，高程網(wǎng)形如圖2所示。

圖2　CPⅢ控制網(wǎng)自由設(shè)站三角高程單邊測量網(wǎng)形

2.2CPⅢ控制網(wǎng)單邊測量觀測技術(shù)要求

CPⅢ控制網(wǎng)單邊測量與常規(guī)測量方法技術(shù)要求一致，即平面測量水平方向應(yīng)采用全圓方向觀測法進行觀測。水平方向觀測滿足表1的規(guī)定。

表1　CPⅢ平面測量水平方向觀測技術(shù)要求

平面測量距離觀測采用多測回距離觀測法，滿足表2的規(guī)定。邊長觀測應(yīng)實時地在全站儀中輸入溫度和氣壓進行氣象元素改正。

表2　CPⅢ平面網(wǎng)距離觀測技術(shù)要求

用于構(gòu)建CPⅢ自由設(shè)站三角高程單邊測量的觀測值，除滿足CPⅢ平面測量的外業(yè)觀測要求外，還須滿足表3的規(guī)定。

表3　CPⅢ三角高程觀測主要技術(shù)要求

3精度分析

在試驗段落采用相同儀器分別進行常規(guī)CPⅢ控制網(wǎng)測量和CPⅢ控制網(wǎng)單邊測量，試驗段共測量2.5 km范圍內(nèi)38對CPⅢ點，數(shù)據(jù)處理采用相同的原理和方法。平面控制網(wǎng)對獨立自由網(wǎng)平差及固定約束平差精度進行統(tǒng)計，三角高程網(wǎng)對三邊環(huán)閉合差、每km高差偶然中誤差和每km高差全中誤差等指標進行分析統(tǒng)計。同時對單邊測量的左、右線CPⅢ控制網(wǎng)平面和高程成果與常規(guī)測量的成果進行比較分析。

3.1平面控制網(wǎng)數(shù)據(jù)精度分析

平面控制網(wǎng)精度主要通過左、右線CPⅢ控制網(wǎng)自由平差，約束平差精度統(tǒng)計，以及CPⅢ點平面坐標成果與常規(guī)CPⅢ坐標成果的比較等方面進行分析。

試驗區(qū)段左線CPⅢ平面網(wǎng)自由網(wǎng)平差及約束平差的精度統(tǒng)計如表4和表5所示。

表4　左線CPⅢ平面網(wǎng)自由網(wǎng)平差后的精度統(tǒng)計

表5　左線CPⅢ平面網(wǎng)約束平差后的精度統(tǒng)計

試驗區(qū)段右線CPⅢ平面網(wǎng)自由網(wǎng)平差及約束平差的精度統(tǒng)計如表6和表7所示。

對單邊測量左、右線CPⅢ控制網(wǎng)平面坐標平差成果與常規(guī)CPⅢ測量成果進行比較分析，坐標差值統(tǒng)計分布如圖3和圖4所示。

表6　右線CPⅢ平面網(wǎng)自由網(wǎng)平差后的精度統(tǒng)計

表7　右線CPⅢ平面網(wǎng)約束平差后的精度統(tǒng)計

圖3　左線CPⅢ網(wǎng)與常規(guī)CPⅢ網(wǎng)坐標成果差值分布

圖4　右線CPⅢ網(wǎng)與常規(guī)CPⅢ網(wǎng)坐標成果差值分布

CPⅢ控制網(wǎng)單邊測量的平面坐標成果與常規(guī)CPⅢ測量成果較差絕對值最大為2.8 mm，說明單邊網(wǎng)平面測量精度滿足高鐵復(fù)測小于3 mm要求。

3.2三角高程控制網(wǎng)精度分析

三角高程控制網(wǎng)精度主要通過三角高程網(wǎng)中數(shù)據(jù)處理及平差精度、相鄰CPⅢ點高差和CPⅢ點高程成果與常規(guī)CPⅢ網(wǎng)高差和高程成果的比較進行分析。

試驗區(qū)段左、右線CPⅢ三角高程數(shù)據(jù)處理精度統(tǒng)計如表8所示。

表8　三角高程數(shù)據(jù)處理及平差精度統(tǒng)計

試驗區(qū)段左、右線CPⅢ單邊三角高程測量高差與常規(guī)CPⅢ測量高差差值統(tǒng)計分布如圖5和圖6所示。

圖5　左線CPⅢ三角高程網(wǎng)與常規(guī)CPⅢ高差差值分布

圖6　右線CPⅢ三角高程網(wǎng)與常規(guī)CPⅢ高差差值分布

試驗段CPⅢ控制網(wǎng)單邊三角高程測量高差與常規(guī)測量較差絕對值最大為1.60 mm，滿足高鐵精密高程測量小于2 mm要求。

對左、右線CPⅢ高程成果與常規(guī)CPⅢ測量成果進行比較分析，高程成果差值統(tǒng)計分布如圖7和圖8所示。

圖7　左線CPⅢ網(wǎng)與常規(guī)CPⅢ網(wǎng)高程成果差值分布

圖8　右線CPⅢ網(wǎng)與常規(guī)CPⅢ網(wǎng)高程成果差值分布

CPⅢ控制網(wǎng)單邊測量的三角高程成果與常規(guī)CPⅢ測量的成果較差絕對值最大為1.53 mm，滿足高鐵復(fù)測小于3 mm的規(guī)范要求。

4應(yīng)用研究分析

試驗段落在CPⅢ控制網(wǎng)單邊測量成果的基礎(chǔ)上進行了全站儀自由設(shè)站精度及軌道測量搭接精度檢驗，進而對CPⅢ控制網(wǎng)單邊測量成果應(yīng)用于軌道測量的效果進行分析。

4.1全站儀自由設(shè)站精度檢驗

全站儀自由設(shè)站精度統(tǒng)計分析主要通過全站儀設(shè)站精度及CPⅢ控制點坐標不符值進行統(tǒng)計，試驗區(qū)段19個自由設(shè)站的精度統(tǒng)計如表9所示。

表9　全站儀設(shè)站精度及不符值統(tǒng)計

全站儀設(shè)站精度在X、Y、Z三個方向均在1 mm以內(nèi)，設(shè)站后檢核CPⅢ控制點坐標不符值均小于2 mm，滿足高鐵規(guī)范要求。

4.2軌道測量搭接精度檢驗

為檢驗CPⅢ控制網(wǎng)單邊測量成果應(yīng)用于軌道測量的精度情況，對相鄰自由測站的軌道點進行搭接精度檢驗，相鄰測站進行3個搭接點重復(fù)測量，相鄰測站搭接精度統(tǒng)計如圖9所示。

圖9　相鄰測站的軌道點測量搭接精度統(tǒng)計

相鄰自由測站的軌道點重復(fù)測量搭接精度均在±2 mm以內(nèi)，滿足高鐵規(guī)范相關(guān)要求，說明單邊測量成果應(yīng)用于軌道測量可行。

5結(jié)論

現(xiàn)場測量試驗研究和數(shù)據(jù)計算結(jié)果表明，CPⅢ控制網(wǎng)單邊測量的數(shù)據(jù)觀測、平面自由網(wǎng)平差及約束平差精度、三角高程網(wǎng)閉合差及平差精度指標等均能滿足高鐵規(guī)范要求。通過對基于CPⅢ控制網(wǎng)單邊測量成果進行全站儀自由設(shè)站及軌道測量的檢驗分析，自由設(shè)站精度及搭接精度均能滿足高鐵規(guī)范相關(guān)要求，單邊測量成果可應(yīng)用于軌道測量。本次試驗的精度分析及應(yīng)用研究表明，CPⅢ控制網(wǎng)單邊測量為某些受“V”型天窗作業(yè)限制的運營鐵路線或區(qū)間CPⅢ控制網(wǎng)測量提供了一種新的測量方法，也適用于單線鐵路CPⅢ控制網(wǎng)測量。

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中圖分類號：U212.24

文獻標識碼：A

文章編號：1672-7479(2016)01-0015-04

作者簡介：張海濤(1982—)，男，2006年畢業(yè)于武漢大學測繪工程專業(yè)，工程師。

收稿日期：2016-01-18