李科偉++帥明明

DOI：10.16661/j.cnki.1672-3791.2017.22.006

摘 要：在中國(guó)高速鐵路發(fā)展的今天，不管是對(duì)鐵路的施工還是營(yíng)運(yùn)期間，均需要進(jìn)行CPIII網(wǎng)測(cè)量，目前市面上的CPIII采集程序有些不足，在每站對(duì)12個(gè)方向目標(biāo)進(jìn)行學(xué)習(xí)測(cè)量時(shí)，必須全部逐一學(xué)習(xí)，比較耗時(shí)，有待優(yōu)化改進(jìn)，特別是在營(yíng)運(yùn)時(shí)期的有限外業(yè)時(shí)間內(nèi)提高CPIII外業(yè)作業(yè)效率是非常必要的。該文采用已知兩點(diǎn)進(jìn)行后方交會(huì)法自由設(shè)站，已知坐標(biāo)批量導(dǎo)入作為學(xué)習(xí)值來(lái)迅速提高作業(yè)效率。

關(guān)鍵詞：后方交會(huì) 自由設(shè)站 CPⅢ測(cè)量 CPIII開(kāi)發(fā)

中圖分類號(hào)：P258 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2017）08（a）-0006-03

根據(jù)中國(guó)鐵路總公司統(tǒng)計(jì)，截至2016年年底，我國(guó)鐵路營(yíng)運(yùn)里程突破12.4萬(wàn)km大關(guān)。在12.4萬(wàn)km中，高速鐵路營(yíng)運(yùn)里程達(dá)到2.2萬(wàn)km，居世界首位，使我國(guó)成為世界上高速鐵路營(yíng)運(yùn)里程最長(zhǎng)、在建規(guī)模最大的國(guó)家。按照原鐵道部運(yùn)輸局運(yùn)基線路[2010]554號(hào)文“關(guān)于發(fā)布《高速鐵路運(yùn)營(yíng)沉降監(jiān)測(cè)管理辦法》的通知”第21條要求：“鐵路局應(yīng)組織對(duì)精測(cè)網(wǎng)進(jìn)行定期或不定期復(fù)測(cè)……。CPⅢ控制網(wǎng)及水準(zhǔn)基點(diǎn)一般每年復(fù)測(cè)一次，……”，為此需要對(duì)CPⅢ網(wǎng)進(jìn)行復(fù)測(cè)。目前開(kāi)通的諸如京滬、滬杭、滬寧、合蚌、武廣、滬昆等高速鐵路均開(kāi)展了營(yíng)運(yùn)期的CPⅢ網(wǎng)復(fù)測(cè)工作。而營(yíng)運(yùn)期的CPⅢ網(wǎng)測(cè)量只能在天窗時(shí)間作業(yè)，天窗時(shí)間長(zhǎng)度一般為3～4 h不等。在有限的外業(yè)時(shí)間內(nèi)如何提高作業(yè)效率，按時(shí)保質(zhì)完成測(cè)量工作非常重要。該文通過(guò)對(duì)CPⅢ網(wǎng)自由設(shè)站邊角交會(huì)觀測(cè)方法的研究，提出“重復(fù)利用上一自由設(shè)站的目標(biāo)學(xué)習(xí)值，采用后方交會(huì)原理對(duì)當(dāng)前設(shè)站點(diǎn)進(jìn)行自由設(shè)站定位，對(duì)新觀測(cè)目標(biāo)進(jìn)行學(xué)習(xí)，在檢查氣象參數(shù)等其他設(shè)置后自動(dòng)開(kāi)始數(shù)據(jù)采集”的方法，并以此開(kāi)發(fā)CPⅢ數(shù)據(jù)自動(dòng)采集系統(tǒng)，迅速提高觀測(cè)效率，大大節(jié)省了項(xiàng)目成本。

1 原理與方法

現(xiàn)行《高速鐵路工程測(cè)量規(guī)范》要求，CPⅢ平面網(wǎng)測(cè)量應(yīng)采用自由設(shè)站邊角交會(huì)法施測(cè)，網(wǎng)形（以測(cè)站間距120 m為例）示意如圖1所示。目前出現(xiàn)的CPⅢ數(shù)據(jù)自動(dòng)采集系統(tǒng)大都按照“自由設(shè)站—目標(biāo)學(xué)習(xí)—自動(dòng)觀測(cè)并精度控制—輸出觀測(cè)文件”循環(huán)往復(fù)的步驟進(jìn)行外業(yè)數(shù)據(jù)采集。其中學(xué)習(xí)時(shí)，需要對(duì)12個(gè)觀測(cè)目標(biāo)逐一進(jìn)行學(xué)習(xí)。下一測(cè)站時(shí)，需要對(duì)觀測(cè)的12個(gè)目標(biāo)再次逐一進(jìn)行學(xué)習(xí)。這樣一來(lái)，在有限的天窗作業(yè)時(shí)間內(nèi)，外業(yè)數(shù)據(jù)采集效率難免比較低。

該文提出的作業(yè)方法如下。

（1）未知CPIII點(diǎn)坐標(biāo)值的情況。

在自由設(shè)站點(diǎn)Z1對(duì)1～12號(hào)棱鏡進(jìn)行目標(biāo)學(xué)習(xí)，觀測(cè)完成后遷站至Z2點(diǎn)，在Z2點(diǎn)觀測(cè)5～16號(hào)目標(biāo)，其中5～12號(hào)目標(biāo)的學(xué)習(xí)值在上一測(cè)站時(shí)已獲取，采用5～12號(hào)目標(biāo)中任意2個(gè)目標(biāo)的學(xué)習(xí)值，如圖2所示，對(duì)當(dāng)前Z2設(shè)站點(diǎn)進(jìn)行后方交會(huì)設(shè)站定位，設(shè)站完成后對(duì)新觀測(cè)目標(biāo)13～16進(jìn)行目標(biāo)學(xué)習(xí)，學(xué)習(xí)完成并檢查相關(guān)參數(shù)設(shè)置后開(kāi)始自動(dòng)數(shù)據(jù)采集工作。

（2）已知CPIII點(diǎn)坐標(biāo)值的情況。

在內(nèi)業(yè)準(zhǔn)備工作時(shí)將批量已知的CPIII點(diǎn)的XYZ坐標(biāo)值保存為一個(gè)文本文件，然后將該文件拷貝到外業(yè)數(shù)據(jù)采集手簿中的程序目錄中，并將其導(dǎo)入CPIII點(diǎn)備選數(shù)據(jù)庫(kù)中，如圖3所示。在Z1站架站時(shí)，勾選備選數(shù)據(jù)中的1～12號(hào)點(diǎn)作為該站初始學(xué)習(xí)值，并從中選擇任意兩個(gè)點(diǎn)進(jìn)行后方交會(huì)，得到Z1點(diǎn)概略測(cè)站坐標(biāo)，然后檢查相關(guān)參數(shù)設(shè)置后即可開(kāi)始自動(dòng)數(shù)據(jù)采集工作。同理在Z2架站時(shí)，只需要選擇備選數(shù)據(jù)庫(kù)中的5～16號(hào)點(diǎn)作為初始學(xué)習(xí)值，再選擇其中任意2個(gè)點(diǎn)進(jìn)行后方交會(huì)設(shè)站后即可開(kāi)始Z2站的自動(dòng)數(shù)據(jù)采集工作。

為了滿足批量數(shù)據(jù)導(dǎo)入需求，該采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)有3種方式導(dǎo)入一測(cè)站的所有點(diǎn)學(xué)習(xí)值：①將某段線路所有CPIII點(diǎn)數(shù)據(jù)批量導(dǎo)入備選庫(kù)，然后從中挑選一站的所有目標(biāo)點(diǎn)作為初始學(xué)習(xí)值；②將某段線路所有CPIII點(diǎn)數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)測(cè)站名編排后，批量導(dǎo)入備選庫(kù)，然后通過(guò)選擇測(cè)站名，就自動(dòng)將該測(cè)站的所有目標(biāo)點(diǎn)數(shù)據(jù)作為初始學(xué)習(xí)值；③將一站數(shù)據(jù)保存為一個(gè)文本文件，直接將該文件中的全部數(shù)據(jù)導(dǎo)入作為一測(cè)站所有點(diǎn)的初始學(xué)習(xí)值。

考慮到批量導(dǎo)入學(xué)習(xí)值后，現(xiàn)場(chǎng)情況有變化，該采集系統(tǒng)提供修改、刪除、增加學(xué)習(xí)值的功能。并且具有選擇其中一個(gè)目標(biāo)方向點(diǎn)作為起始零方向后，對(duì)其他所有初始學(xué)習(xí)值點(diǎn)進(jìn)行自動(dòng)順時(shí)針排序的功能。假設(shè)批量導(dǎo)入的Z1測(cè)站初始學(xué)習(xí)值點(diǎn)的順序?yàn)?、2、3、4、…、12，則以1號(hào)點(diǎn)為起始零方向排序后，將自動(dòng)變?yōu)?、3、5、7、9、11、12、10、8、6、4、2的順序，如圖4所示。

2 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

該采集系統(tǒng)用已知兩個(gè)學(xué)習(xí)值點(diǎn)，進(jìn)行后方交會(huì)時(shí)，是將平面坐標(biāo)和高程值分開(kāi)計(jì)算的，首先計(jì)算平面坐標(biāo)，如圖5所示，A、B兩點(diǎn)為已知的CPIII學(xué)習(xí)值點(diǎn)，P點(diǎn)為全站儀自由架站點(diǎn)，d0為A、B兩點(diǎn)平面坐標(biāo)反算的平距。全站儀可以測(cè)量出PA、PB的距離分別為d1、d2，根據(jù)PA、PB兩個(gè)水平觀測(cè)角度值可以計(jì)算出夾角γ，然后根據(jù)余弦定理，計(jì)算出另外兩個(gè)夾角α、β。由于有誤差，三個(gè)角度之和不等于180°，先將角度誤差平均分配，得到α`、β`。

已知A、B兩點(diǎn)坐標(biāo)可以計(jì)算出方位角αAB，則AP邊的方位角αAP=αAB+α′，結(jié)合AP距離d1，根據(jù)坐標(biāo)正算原理，可以計(jì)算由A點(diǎn)推算的P點(diǎn)坐標(biāo)（Xp1，Yp1）；同理可以由B點(diǎn)推算出P點(diǎn)的坐標(biāo)（Xp2，Yp2），兩組X、Y坐標(biāo)分別取平均值作為測(cè)站點(diǎn)P的平面坐標(biāo)。

至于測(cè)站P點(diǎn)的高程值，采用三角高程計(jì)算原理，由A、B兩點(diǎn)的已知高程分別推算出P點(diǎn)的高程，然后求其平均高程值。有了測(cè)站坐標(biāo)值，就可以快速完成設(shè)站定向。

該采集系統(tǒng)采用Visual Basic 2008程序語(yǔ)言編制，在Windows mobile 5.0/6.0平臺(tái)上成功運(yùn)行。在正式開(kāi)始測(cè)量前的流程圖如圖6所示，這也是該系統(tǒng)的核心優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)。

該采集系統(tǒng)還具有其他優(yōu)勢(shì)：如通訊端口支持?jǐn)?shù)據(jù)線連接和藍(lán)牙連接的切換；具有默認(rèn)超差等級(jí)參數(shù)及自定義限差參數(shù)設(shè)置；具有可視化電子氣泡顯示，測(cè)量過(guò)程中全站儀補(bǔ)償器超限提醒設(shè)置；具有干溫、氣壓、相對(duì)濕度（或濕溫）氣象改正參數(shù)設(shè)定、讀取功能；具有手簿上直接查看全站儀電量功能；測(cè)量過(guò)程中，具有嚴(yán)格的限差限制，各類超差報(bào)警提醒，保障測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確可靠；如果屏幕背景光節(jié)電關(guān)閉，則本站所有測(cè)回測(cè)量結(jié)束后將自動(dòng)點(diǎn)亮屏幕。為了該采集系統(tǒng)更加完善，正在著手增加精度評(píng)定功能，以實(shí)現(xiàn)在現(xiàn)場(chǎng)查看本站CPIII點(diǎn)新舊坐標(biāo)的精度，達(dá)到線路拼接處CPIII點(diǎn)的核查。

3 結(jié)語(yǔ)

該采集系統(tǒng)具有較多有點(diǎn)，用于高鐵CPIII控制點(diǎn)數(shù)據(jù)采集，更適合高鐵監(jiān)測(cè)、維護(hù)時(shí)期的CPIII復(fù)測(cè)數(shù)據(jù)采集。軟件操作簡(jiǎn)單、易學(xué)；設(shè)站及錄入學(xué)習(xí)值高效、快捷；限差設(shè)置齊全，保證測(cè)量精度，大大提高野外數(shù)據(jù)采集的工作效率。

參考文獻(xiàn)

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