CPⅢ平面控制網(wǎng)觀測方法研究

蔡躍輝

（衡陽師范學(xué)院 資源環(huán)境與旅游管理系，湖南 衡陽 421002）

0 引 言

目前，我國已經(jīng)大規(guī)模開展了高速鐵路客運(yùn)專線的建設(shè)，一些高鐵線路已經(jīng)進(jìn)入運(yùn)營維護(hù)階段。高速鐵路精密控制測量技術(shù)作為高速鐵路建設(shè)成套技術(shù)的一個重要組成部分，貫穿于整個高速鐵路建設(shè)階段。由于CPⅢ控制網(wǎng)為軌道鋪設(shè)和運(yùn)營維護(hù)提供控制基準(zhǔn)，因此CPⅢ控制測量工作尤為重要。

在高鐵建設(shè)階段，無砟軌道后續(xù)施工進(jìn)展順利與否與CPⅢ測量息息相關(guān)。在進(jìn)行CPⅢ網(wǎng)測量時，橋梁段正是施工最緊張的時候，觀測時經(jīng)常受到施工干擾，極大地影響了CPⅢ的測量工作；在高鐵運(yùn)營階段，為了保證行車安全，高速鐵路一般在夜間設(shè)置5～6個小時的天窗時間作運(yùn)營維護(hù)工作，需對CPⅢ控制網(wǎng)作定期復(fù)測，在天窗時間進(jìn)行復(fù)測，工作量大、時間短，勞動強(qiáng)度大，研究使用半測回測量方法代替一個測回測量的方法，能顯著地減輕測量人員勞動強(qiáng)度，提高工作效率。

1 半測回觀測精度推算

1.1 理論推算

《高速鐵路工程測量規(guī)范》（以下簡稱高鐵規(guī)范）［1］中對CPⅢ控制網(wǎng)測量的技術(shù)要求如表1所示。

表1 CPⅢ平面網(wǎng)的主要技術(shù)要求

高鐵規(guī)范中規(guī)定CPⅢ測量使用的全站儀的標(biāo)稱精度應(yīng)滿足條件：方向測量中誤差應(yīng)不大于±1″，測距中誤差不應(yīng)大于1mm＋2ppm。假設(shè)使用測角精度為±1″、測距精度為1mm＋2ppm的全站儀觀測3次進(jìn)行精度推算，其精度為：

（1）測角誤差推算

儀器測角的標(biāo)稱精度m，由誤差傳播定律知［2］：

式中m左和m右為盤左盤右觀測的精度。

即使用半測回觀測能滿足高鐵規(guī)范測量角度精度的要求。

（2）測距誤差的推算

高鐵規(guī)范規(guī)定：在CPⅢ網(wǎng)觀測過程中，自由測站到CPⅠ、CPⅡ控制點(diǎn)的距離不宜大于300m，自由設(shè)站到CPⅢ點(diǎn)的最遠(yuǎn)距離不應(yīng)大于180m，當(dāng)全站儀觀測距離取300m時，產(chǎn)生的距離中誤差為

即使用半測回觀測能滿足測距精度的要求。

1.2 實(shí)踐依據(jù)

在CPⅢ控制網(wǎng)測量工作中，全站儀進(jìn)行了多測回觀測，其中第一個測回測量的目的是學(xué)習(xí)CPⅢ控制點(diǎn)，在第一個測回的測量過程中，全站儀僅僅使用盤左觀測了半個測回的數(shù)據(jù)。所以不論是理論上還是實(shí)踐中，使用半個測回的方法代替一個測回觀測CPⅢ控制網(wǎng)的方法，都能夠滿足高鐵規(guī)范的要求，它在一定程度上具有可行性。

2 實(shí)測數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果與分析

現(xiàn)對某高速鐵路CPⅢ控制網(wǎng)的一段實(shí)測數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，處理方法為將其分為半個測回（盤左和盤右）觀測數(shù)據(jù)，分別對結(jié)果進(jìn)行約束平差和置平處理，并和一個測回的平差結(jié)果進(jìn)行比較。統(tǒng)計(jì)分析方向、距離觀測量改正數(shù)、坐標(biāo)差和單位權(quán)中誤差等精度指標(biāo)。

2.1 方向改正數(shù)、距離改正數(shù)統(tǒng)計(jì)分析

方向改正數(shù)和距離改正數(shù)能夠反映測量工作對角度和距離測量精度的要求，高鐵測量規(guī)范規(guī)定：CPⅢ平面網(wǎng)約束平差后的精度，應(yīng)滿足表2的規(guī)定。

表2 CPⅢ平面約束平差的技術(shù)指標(biāo)

由于高鐵規(guī)范沒有對CPⅢ網(wǎng)置平的精度進(jìn)行規(guī)定，現(xiàn)將置平的精度等同于約束平差的精度。方向改正數(shù)和距離改正數(shù)的比較結(jié)果如圖1所示。

由圖1可以看出：

（1）方向改正數(shù)比較結(jié)果中，半測回和一個測回差值平均值的最大值0.0038sec，最小值為－0.004sec，平均值為0.000 2sec。距離改正數(shù)比較結(jié)果中，半測回和一個測回差值平均值的最大值為0.4mm，最小值為－0.4mm，平均值為0.2mm，說明不論使用哪種觀測方法，它們都能滿足高鐵測量規(guī)范的要求。

圖1 約束平差置平距離方向改正數(shù)

（2）不論是方向改正數(shù)還是距離改正數(shù)，置平的處理結(jié)果大部分小于距離改正數(shù)處理結(jié)果。同時置平處理結(jié)果中，方向改正數(shù)和距離改正數(shù)具有統(tǒng)一性，約束平差不具有這種特性。說明置平處理方法優(yōu)于約束平差方法。

2.2 坐標(biāo)差統(tǒng)計(jì)

高鐵規(guī)范中僅僅對CPⅢ復(fù)測和原測成果的坐標(biāo)差進(jìn)行了規(guī)定：CPⅢ點(diǎn)復(fù)測與原測成果的X、Y坐標(biāo)較差應(yīng)≤±3mm，現(xiàn)假設(shè)將一個測回觀測CPⅢ所得的數(shù)據(jù)當(dāng)做原測成果，半個測回觀測CPⅢ所得的數(shù)據(jù)當(dāng)做復(fù)測成果，它們之間的坐標(biāo)差應(yīng)遵循高鐵規(guī)范中對坐標(biāo)差的規(guī)定。半個測回和一個測回CPⅢ坐標(biāo)差的統(tǒng)計(jì)結(jié)果如圖2所示。

由圖2可以看出，CPⅢ坐標(biāo)差平均值的絕對值絕大部分在0.4mm以內(nèi)，坐標(biāo)差平均值的平均值為0.180 8mm，證明不同的觀測方法對CPⅢ坐標(biāo)影響不大。個別平均值超過2mm，這也說明數(shù)據(jù)中含有一定的粗差。

2.3 單位權(quán)中誤差

圖2 置平約束平差坐標(biāo)差

圖3 約束平差置平單位權(quán)中誤差

半個測回觀測數(shù)據(jù)平差后應(yīng)進(jìn)行驗(yàn)后單位權(quán)中誤差的檢核，檢核的標(biāo)準(zhǔn)參照德國高速鐵路測量技術(shù)，建議將作為控制網(wǎng)平差后的一項(xiàng)精度指標(biāo)。驗(yàn)后單位權(quán)中誤差的統(tǒng)計(jì)如圖3所示。由圖3可以看出：半個測回處理結(jié)果的單位權(quán)中誤差相對于一個測回處理結(jié)果的單位權(quán)中誤差，平均增大了1.247 1倍。置平處理時，半測回的單位權(quán)中誤差在0.638 76～1.436 66之間，約束平差時，半測回的單位權(quán)中誤差在0.684 84～1.651 23之間，雖然半測回觀測方法的精度有所降低，但是都沒有超限。

3 結(jié) 論

通過理論分析和對實(shí)測數(shù)據(jù)的對比分析，證明在CPⅢ外業(yè)觀測過程中，可以使用半個測回的觀測方法代替一個測回的觀測方法。雖然該方法在一定程度上降低CPⅢ網(wǎng)的觀測精度［4］，但是它還是能滿足高鐵規(guī)范的各項(xiàng)精度指標(biāo)。它能減少CPⅢ網(wǎng)測量時間，提高工效。

當(dāng)使用半個測回的方法觀測CPⅢ時，外業(yè)數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查時不存在測回內(nèi)的數(shù)據(jù)檢查，比如2C［5］、測回內(nèi)距離差。所以應(yīng)該在數(shù)據(jù)處理階段加強(qiáng)對CPⅢ網(wǎng)觀測數(shù)據(jù)的質(zhì)量控制，建議將多余觀測分量，驗(yàn)后單位權(quán)中誤差也作為判斷CPⅢ網(wǎng)質(zhì)量好壞的精度指標(biāo)。將其作為高鐵規(guī)范的補(bǔ)充要求。

［1］中華人民共和國鐵道部.高速鐵路工程測量規(guī)范（鐵建設(shè)［2009］196號）［S］.北京：中國鐵道出版社，2009：13－30.

［2］武漢大學(xué)測繪學(xué)院測量平差學(xué)科組.誤差理論與測量平差基礎(chǔ)［M］.武漢：武漢大學(xué)出版社，2003：40－68.

［3］朱穎.客運(yùn)專線無砟軌道鐵路工程測量技術(shù)［M］.北京：中國鐵道出版社.2008：35－53

［4］趙夢杰，劉成龍，王化光，等.CPⅢ平面網(wǎng)半盤位觀測的可行性研究與分析［J］.鐵道工程學(xué)報，2011（1）：21－22.

［5］張緒豐.CPⅢ平面網(wǎng)外業(yè)測量若干技術(shù)問題的探討及其軟件的研制［D］.成都：西南交通大學(xué)，2011：44－47.