冬季惡劣氣候條件下CPIII控制網(wǎng)測(cè)量技術(shù)探討

陳強(qiáng)　譚俊

摘 要：按照高速鐵路無(wú)砟軌道的高平順性要求，線路測(cè)量精度必須保持在毫米級(jí)精度范圍內(nèi)，這就對(duì)測(cè)量工作提出了很高的要求，因此在施工中需要建立一套完整的高精度CPIII控制測(cè)量系統(tǒng)。文章通過(guò)對(duì)CPIII控制網(wǎng)測(cè)量特點(diǎn)、技術(shù)要求以及測(cè)量方法的闡述及誤差分析，并結(jié)合XX線的測(cè)量實(shí)踐，探討了CPIII控制網(wǎng)測(cè)量技術(shù)在冬季惡劣氣候條件下的測(cè)設(shè)方法。

關(guān)鍵詞：CPIII；精度；天氣

中圖分類號(hào)：U213.244 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-8937（2015）11-0075-03

高速鐵路客運(yùn)專線高平順性是高速鐵路無(wú)砟軌道保障客車運(yùn)行安全的重要技術(shù)指標(biāo)，為使測(cè)量技術(shù)滿足無(wú)砟軌道的高平順性要求，是高速鐵路建設(shè)成敗的關(guān)鍵技術(shù)，因此建立了CPIII控制網(wǎng)測(cè)量系統(tǒng)。

1 CPIII控制網(wǎng)的測(cè)量原理

后方交會(huì)是在待定點(diǎn)P設(shè)站，向三個(gè)已知點(diǎn)A、B、C進(jìn)行觀測(cè)，如圖1（a）、（b）所示。然后根據(jù)測(cè)定的水平角和已知點(diǎn)的坐標(biāo)，計(jì)算P點(diǎn)的坐標(biāo)。

采用觀測(cè)角的余切值計(jì)算待求點(diǎn)的坐標(biāo)：

①根據(jù)已知點(diǎn)坐標(biāo)和觀測(cè)角a、？茁，計(jì)算出一個(gè)已知點(diǎn)（如B點(diǎn)）至待定點(diǎn)P的坐標(biāo)和方位角（aBP）：

②根據(jù)算出的坐標(biāo)方位角（aBP），求該已知點(diǎn)至待求點(diǎn)P的坐標(biāo)增量：

③根據(jù)坐標(biāo)增量計(jì)算待定點(diǎn)P的坐標(biāo)：

2 CPIII控制網(wǎng)的測(cè)量技術(shù)要求

①相對(duì)誤差不超過(guò)1 mm，點(diǎn)位誤差不超過(guò)3 mm。

②CPIII外業(yè)數(shù)據(jù)采集時(shí)的精度控制指標(biāo)為：

其一，盤(pán)左、盤(pán)右半測(cè)回歸零差≤±6"。

其二，同一測(cè)回各方向2C值≤±15"。

其三，同一方向不同測(cè)回歸零后的方向值互差≤±6"。

其四，同一目標(biāo)不同盤(pán)位、不同測(cè)回所測(cè)距離互差≤±1 mm。

其五，豎盤(pán)指標(biāo)差≤±15"。

其六，同測(cè)回不同方向間的豎盤(pán)指標(biāo)差≤±9"。

其七，不同測(cè)回同一方向豎直角互差≤±9"。

其八，觀測(cè)的測(cè)回?cái)?shù)3～4測(cè)回。

③由線路軌向方向CPIII點(diǎn)與鄰近自由設(shè)站點(diǎn)組成閉合環(huán)計(jì)算兩CPIII點(diǎn)間的弦長(zhǎng)相對(duì)精度應(yīng)小于1/3 500。

④CPIII后處理過(guò)程中的精度控制指標(biāo)：

其一，方向觀測(cè)值的改正數(shù)：與CPIII點(diǎn)聯(lián)測(cè)≤±3"，與CPI、CPII聯(lián)測(cè)≤±3"。

其二，距離觀測(cè)值的改正數(shù)：與CPIII點(diǎn)聯(lián)測(cè)≤±2mm，與CPI、CPII聯(lián)測(cè)≤±3 mm。

其三，CPIII控制網(wǎng)自由網(wǎng)平差的點(diǎn)位中誤差≤±1 mm， 距離觀測(cè)值的中誤差≤±1 mm。

其四，CPIII控制網(wǎng)點(diǎn)間的相對(duì)點(diǎn)位中誤差≤±1 mm。

其五，驗(yàn)后一測(cè)回方向觀測(cè)值的單位權(quán)中誤差≤±2.0"。

3 CPIII控制網(wǎng)的測(cè)量方法

①CPIII控制網(wǎng)測(cè)量采用邊角后方交會(huì)測(cè)量，并附合于高級(jí)控制點(diǎn)（CPI、CPII點(diǎn)）上。

②CPIII控制網(wǎng)的設(shè)站。

CPIII控制網(wǎng)采用自由設(shè)站的方式進(jìn)行測(cè)量；CPIII控制網(wǎng)采用CPIII點(diǎn)間距為60 m，自由設(shè)站點(diǎn)間距為120 m，各CPIII點(diǎn)是三方向的距離和方向交會(huì)，每個(gè)自由設(shè)站測(cè)量的CPIII點(diǎn)為12個(gè)。

③CPIII控制點(diǎn)測(cè)量方法及與上一級(jí)控制網(wǎng)的關(guān)系：

自由測(cè)站的測(cè)量，從每個(gè)自由測(cè)站，將以2×3對(duì)CPIII點(diǎn)為測(cè)量目標(biāo)，測(cè)量過(guò)程中保證每個(gè)CPIII點(diǎn)被測(cè)量3次，如圖2所示。

在測(cè)量CPIII點(diǎn)的同時(shí)，把靠近測(cè)站的全部高級(jí)控制點(diǎn)（CPI、CPII點(diǎn)）進(jìn)行聯(lián)測(cè)，納入CPIII控制網(wǎng)中，每個(gè)高級(jí)控制點(diǎn)（CPI、CPII點(diǎn)）至少在兩個(gè)自由站上進(jìn)行聯(lián)測(cè)，聯(lián)測(cè)長(zhǎng)度宜控制在150 m以內(nèi)，最大不超過(guò)300 m。

4 CPIII控制網(wǎng)測(cè)量的誤差分析

①目標(biāo)點(diǎn)是在軌道上方30 cm處CPIII觀測(cè)樁上，采用球形棱鏡，這樣就消除了以往對(duì)中器對(duì)中整平帶來(lái)的對(duì)點(diǎn)誤差，提高了測(cè)量精度。

②儀器的架設(shè)采用自由設(shè)站并盡量使前后視距相等，這樣就可以避免儀器的對(duì)中誤差、減小視距誤差，提高了精度。

③在外業(yè)數(shù)據(jù)采集時(shí)每個(gè)自由設(shè)站都需要進(jìn)行溫度、氣壓等氣象元素改正，溫度讀數(shù)精確至0.2 ℃，氣壓讀數(shù)精確至0.5 hPa，這樣保證了距離測(cè)量的準(zhǔn)確，提高了邊長(zhǎng)測(cè)量的精度。

④在CPIII網(wǎng)的測(cè)量時(shí)，必須保證每個(gè)CPIII控制點(diǎn)被3個(gè)以上的自由測(cè)站觀測(cè)，以提高網(wǎng)的剛性、減小誤差傳遞。

5 工程實(shí)例

XXX客運(yùn)專線線XX特大橋，全長(zhǎng)8 km，第一次測(cè)量CPIII時(shí)間為XX年11月，當(dāng)時(shí)天氣狀況為-21 ℃，整風(fēng)8級(jí)，完全遵照CPIII測(cè)量方法及技術(shù)要求進(jìn)行測(cè)量，外業(yè)工作非常困難，測(cè)量全長(zhǎng)共用時(shí)15 d，但外業(yè)測(cè)量完成后，進(jìn)行內(nèi)業(yè)處理時(shí)，各項(xiàng)精度都不能滿足規(guī)范要求。

為了解決低溫狀況和大風(fēng)天氣狀況下的外業(yè)測(cè)量問(wèn)題，采用了以下方法。

5.1 外業(yè)測(cè)量采用方法

①利用干濕溫度計(jì)充分記錄測(cè)量時(shí)干溫度，在全站儀里對(duì)測(cè)距進(jìn)行溫度改正。

②對(duì)腳架進(jìn)行加固，研制了可移動(dòng)的強(qiáng)制腳架，增加腳架的重量，以抵抗大風(fēng)對(duì)腳架的影響。

③對(duì)全站儀的迎風(fēng)面，設(shè)置擋板，以抵抗風(fēng)對(duì)全站儀的影響，如圖3所示。

④對(duì)加密CPII點(diǎn)采用強(qiáng)制對(duì)中，以減少對(duì)中誤差和風(fēng)的影響，如圖4所示。

⑤在CPIII棱鏡的迎風(fēng)面，設(shè)置擋板，以減小風(fēng)對(duì)CPIII棱鏡的影響。

⑥利用中鐵八局研發(fā)的《（WZTCS）無(wú)碴軌道施工測(cè)量控制網(wǎng)處理系統(tǒng)》中的初差剔除技術(shù)，剔除不合格站的測(cè)量數(shù)據(jù)，并重新測(cè)量不合格站。

⑦利用中鐵八局研發(fā)的《（WZTCS）無(wú)碴軌道施工測(cè)量控制網(wǎng)處理系統(tǒng)》中的置平技術(shù)，對(duì)該網(wǎng)進(jìn)行置平。

5.2 改進(jìn)方法后數(shù)據(jù)處分析比較

改進(jìn)方法后數(shù)據(jù)處分析比較見(jiàn)表1。

根據(jù)以上數(shù)據(jù)對(duì)比分析得出：改進(jìn)后都能滿足規(guī)范要求，證明采用這種方式進(jìn)行CPIII測(cè)量是可行的。

6 結(jié) 語(yǔ)

根據(jù)在XX線實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的分析，在冬季惡劣天氣狀況下進(jìn)行CPIII測(cè)量，必須考慮溫度和大風(fēng)的影響，需采取相應(yīng)的措施，還要相應(yīng)的軟件支持，剔除不必要的粗差，同時(shí)也必須考慮棱鏡的類型，以及棱鏡套筒的埋設(shè)方式。但是在此條件下進(jìn)行測(cè)量，對(duì)測(cè)量人員的素質(zhì)、測(cè)量設(shè)備要求較高，對(duì)設(shè)備和人員的安全有較大的威脅，在不搶工期情況下，不建議采用此方式。

參考文獻(xiàn)：

[1] 付民光，張勝，李曉飛.高鐵CPIII控制網(wǎng)測(cè)量[J].城市建設(shè)理論研究，2012，（9）.