CPⅢ平面控制測量網型改進的一種方法研究

王 斌 姜春杰 楊保華

(山東黃金礦業(玲瓏)有限公司， 山東招遠 265419)

CPⅢ平面控制測量網型改進的一種方法研究

王 斌 姜春杰 楊保華

(山東黃金礦業(玲瓏)有限公司， 山東招遠 265419)

軌道控制網(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控制網的精度特點、觀測方法已經進行了比較細致的研究，并取得了一些可喜的成果。但是在平時的作業中仍存在一些問題，如某測站的通視條件不是特別好等，需要對原有的傳統網型進行改進。

CPⅢ平面控制網 網型設計 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的整個過程中都要展開CPⅢ的測量工作。傳統的軌道平面控制網(CPⅢ)已經可以很好地完成既定的測量任務，但是對于一些測量條件較為特殊的區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”某段實測的資料作為實驗數據，對傳統的CPⅢ平面控制網網型進行簡要的介紹和相應的精度比較；在此基礎之上，提出一種新的構造CPⅢ平面控制網的辦法，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平面控制網的特點以及施測條件

(1)CPⅢ平面控制網的網型新穎。

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

(3)CPⅢ平面控制網的已知控制點坐標是在高斯平面上的坐標，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平面控制網數據是自動化采集的，不可避免會存在粗差。

CPⅢ平面控制測量應該在氣象條件相對比較穩定的天氣下進行(溫差變化小、濕度較小的天氣，最好是陰天或者晚上)；夜間觀測應避免強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備存在。觀測時段的選擇應滿足以下條件：

(1)應盡量選擇無風的陰天進行。

(2)應完全避開日出，選擇日落、日中天的前后1 h的時段進行觀測。

(3)如果條件允許，首先應選擇夜晚無風的時段觀測。

2 傳統CPⅢ平面控制測量施測網型簡介和精度分析

2.1 施測網型

CPⅢ平面控制網標準網形如圖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，相鄰兩個測站重復觀測4對CPⅢ點，間隔的測站重復觀測2對CPⅢ點，每個CPⅢ控制點有至少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的標準網形無法施行。這時可以使用測站間距為60 m的改進網形，如圖2所示。改進網每個測站前后各觀測2對CPⅢ點，相鄰兩個測站重復觀測3對CPⅢ點，間隔的測站重復觀測2對CPⅢ點。每個CPⅢ控制點有至少4個方向和距離交會。測站間距為60 m的CPⅢ改進網要求條件降低，觀測更加靈活且精度更加均勻，但效率也相應降低。實際觀測過程中，一般采用測站間距120 m的CPⅢ平面控制網標準網和測站間距60 m的改進網相結合的方法。

CPⅢ平面控制網在進行自由測站邊角交會觀測時，應聯測高等級控制點，聯測時應采用同一組棱鏡。與高級控制點CPⅠ或CPⅡ點聯測可以通過自由設站置鏡觀測CPⅠ、CPⅡ控制點，一般聯測不少于3個自由測站。也可采用在CPⅠ、CPⅡ控制點設站置鏡觀測CPⅢ點，觀測的CPⅢ點應盡可能多，一般不少于3個CPⅢ點。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，推薦采用自由設站置鏡觀測CPⅠ、CPⅡ控制點的方法。

圖1 測站間距為120 m的CPⅢ平面網觀測網形

圖2 測站間距為60 m的CPⅢ平面網觀測網形

圖3 在自由測站置鏡觀測CPⅠ/CPⅡ控制點的觀測網

圖4 在CPⅠ/CPⅡ控制點設站置鏡觀測CPⅢ點的觀測網

CPⅢ平面控制網與高級控制點聯測時，有時高級控制點距離線路距離太遠或與CPⅢ點無法通視，也可在CPⅠ/CPⅡ點與CPⅢ點之間增設臨時輔助點架設儀器。在輔助點架設儀器，應盡可能多的置鏡觀測CPⅢ點，如圖5所示。圖中L1、L2為增設的臨時點，與自由測站點無本質區別。這種間接聯測方法能較好解決自由測站或CPⅢ點無法直接聯測附近CPⅠ/CPⅡ點的問題。

2.2 精度分析

CPⅢ平面控制網最重要的精度指標是相鄰點的相對中誤差。計算CPⅢ平面控制網的相對點位精度，可以通過網中水平方向和距離觀測值的先驗觀測精度和CPⅢ網的網形，對CPⅢ網的精度進行仿真計算。CPⅢ平面控制網是一個邊角網，可按邊角網的間接平差原理，對CPⅢ點間相對點位精度進行仿真計算。

圖5 增設臨時點置鏡觀測CPⅢ點的觀測網

由圖1可知，CPⅢ平面控制網標準網形十分規則。假設起算點間距為600 m，可以對CPⅢ平面網點間相對點位精度進行仿真計算。如圖4所示，各CPⅢ點沿線路縱向(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CPⅡ01～CPⅡ02間距為600 m。現在分別以CPⅢ平面控制網水平方向的先驗精度為0.5″、1″、2″，測距先驗精度分別為±(1+1×10-6D)mm、±(1+2×10-6D)mm、±(2+2×10-6D)mm進行組合，計算CPⅢ點間相對點位精度。CPⅢ點間相對點位精度信息如表1所示。需要注意的是，《規范》中要求設計的CPⅢ控制網相鄰點的相對中誤差小于1 mm指的是相鄰點的平面x、y坐標分量中誤差小于1 mm，出于偏安全的角度考慮，本文統計的最大相鄰點位精度指的是相鄰點的點位中誤差。

表1 測站間距為120 m的標準CPⅢ網形的相對點位精度估算結果

現使用CPⅢ平面網的改進網形估算CPⅢ點間相對點位精度。各CPⅢ點沿線路縱向(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CPⅡ01～CPⅡ02間距為600 m。CPⅢ平面控制網水平方向及測距的先驗精度同標準網的先驗精度、CPⅢ點間相對點位精度信息如表2所示。

表2 測站間距為60 m的改進CPⅢ網形的相對點位精度估算結果

由表1和表2所示結果可以得到如下結論：

①使用CPⅢ平面網標準網形及改進網形，水平方向的先驗精度為2″或測距精度為±(2×10-6D) mm時都無法滿足CPⅢ點間相對點位精度小于1 mm的要求；

②當使用的儀器先驗精度為方向觀測1″，測距±(1+2×10-6D)mm時，CPⅢ平面網標準網形最大相鄰點位精度達到0.99 mm，接近限值。

③CPⅢ平面網的改進網形比標準網形交互強度更好，估算相鄰點位精度更高。

由上述情況可知，能夠用于進行CPⅢ平面網外業觀測的全站儀標稱精度應不低于方向觀測中誤差1.0″，測距中誤差±(1+2×10-6D)mm，這與《規范》中的要求相同。CPⅢ平面網的改進網形更有利于軌道鋪設，考慮到實際工作量與外業的觀測效率，條件允許時，應采用測站間距120 m的標準網形，測站間距60 m的改進網形作為必要補充。

3 改進CPⅢ平面控制網簡介

CPⅢ平面控制網要求精度高，對環境要求極為苛刻，工期又十分緊張，現有的觀測網形及觀測方法效率上有時顯得難以應對，針對這種實際情況，提出了一種改進的控制網網型，可以在一定程度上提高工作效率，并滿足觀測結果的精度要求。

3.1 基本網型

由以上對傳統CPⅢ控制測量平面網型的介紹和分析可知，由測站間距60 m的改進網與測站間距120 m的標準網比較，前者觀測效率較低，后者的觀測效率較高，如果在觀測環境不是特別優越的地區直接用前者進行觀測，這對本來工期很緊的CPⅢ控制網測設十分不利。現在提出一種方法，將測站間距60 m的改進網與測站間距120 m的標準網相結合成為測站間距120 m的變化網，如圖6所示。各CPⅢ點沿線路縱向(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站)，起算點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，每相鄰兩對自由測站重復觀測兩對CPⅢ點，如此可知每個CPⅢ控制點有至少四個方向和距離交會，這種改進的網型滿足《規范》的要求。

圖6 測站間距120 m的CPⅢ變化網網形

3.2 精度分析

根據CPⅢ平面控制網水平方向及測距的先驗精度估算圖6中網形相鄰點位精度結果如表3。

表3 測站間距120 m的CPⅢ變化網形的相對點位精度估算結果

針對表3中的點位精度估算結果，通過與未改進的網型的點位精度估算結果進行對比，結合相應等級CPⅢ平面控制測量規范要求可以發現，這種改進的控制網網型可以完全滿足相依等級CPⅢ的測量要求。

3.3 改進網型的特點

這種改進的網型主要具有以下幾個特點：

①該種改進網在布網的過程中結構合理，整體網型結構美觀，控制網的結構緊密，具有較強的相關性；

②該種改進的控制網與傳統60 m CPⅢ平面的控制網相比較，可以大大的提高工作效率；

③該種改進的控制網與傳統的120 m CPⅢ平面控制網相比較，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，并可以保證相應等級的觀測精度。

3.4 注意事項

改進CPⅢ平面控制網具有眾多優點，可以解決測量工作中遇到的一些常見問題。在實驗過程中，通過對數據的計算可以發現，所采用的控制點的精度和所采用的儀器的先驗精度對改進網的觀測精度具有很大的影響，建議在使用改進控制網進行測量工作時，應該保證所采用的控制點點位精度和儀器的先驗精度，這樣才可以順利完成既定的測量工作，達到預期的效果。

4 結論

當使用的儀器先驗精度為方向觀測1″，測距±(1+2×10-6D)mm時，測站間距120 m的CPⅢ變化網形最大相鄰點位精度達到0.95 mm，接近限值，故實際外業觀測時，應盡可能選用高精度儀器。

測站間距120 m CPⅢ變化網形比《規范》中提出的標準網形交互強度更好，對觀測環境要求有所降低，在使用儀器滿足要求的條件下估算相鄰點位精度更高。

測站間距120 m的CPⅢ變化網形與測站間距60 m的CPⅢ改進網形相比，觀測效率提升，交互強度基本相同，精度的均勻性略微降低，每個CPⅢ點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變化網形可代替《規范》中提出的測站間距60 m的CPⅢ改進網形，作為測站間距120 m的CPⅢ標準網形的必要補充，在實際應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，畢業于內蒙古農業大學測繪工程專業，助理工程師。

1672-7479(2014)04-0028-04

P221

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