高速鐵路CPⅢ控制網單邊測量精度分析及應用研究

張海濤

(中鐵工程設計咨詢集團有限公司，北京　100055)

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高速鐵路CPⅢ控制網單邊測量精度分析及應用研究

張海濤

(中鐵工程設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”型天窗作業時間限制，某些運營鐵路線或區間無法測量點對雙邊CPⅢ控制點，需進行單點單邊測量。通過試驗數據，在對CPⅢ控制網單邊測量的數據精度指標與常規點對CPⅢ控制網測量成果進行比較分析的基礎上，對單邊測量成果進行軌道測量的應用研究。研究分析結果表明，CPⅢ控制網單邊測量精度指標能滿足高鐵CPⅢ控制網測量精度要求，單邊測量成果可用于軌道測量。

關鍵詞CPⅢ控制網單邊測量觀測網形精度分析

1概述

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

2單邊測量網形設計及技術要求

2.1單邊測量網形設計

(1)平面控制網形設計

CPⅢ控制網單邊測量在線路左線或右線作業時，只能觀測單側的CPⅢ控制點，即左線和右線分開進行觀測，分別形成左線CPⅢ控制網和右線CPⅢ控制網。同樣采用自由設站邊角交會法施測，施測網形如圖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3個(或2個)CPⅢ點，相鄰兩個測站重復觀測4個(或3個)CPⅢ點，間隔的測站重復觀測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控制網單邊測量網形

(2)高程網形設計

CPⅢ高程控制網采用三角高程，與平面控制網同時進行，比較不同自由設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個高差重復觀測值，按每相鄰3個CPⅢ點構建三角形高程閉合環的方法構成三角高程網，高程網形如圖2所示。

圖2　CPⅢ控制網自由設站三角高程單邊測量網形

2.2CPⅢ控制網單邊測量觀測技術要求

CPⅢ控制網單邊測量與常規測量方法技術要求一致，即平面測量水平方向應采用全圓方向觀測法進行觀測。水平方向觀測滿足表1的規定。

表1　CPⅢ平面測量水平方向觀測技術要求

平面測量距離觀測采用多測回距離觀測法，滿足表2的規定。邊長觀測應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平面網距離觀測技術要求

用于構建CPⅢ自由設站三角高程單邊測量的觀測值，除滿足CPⅢ平面測量的外業觀測要求外，還須滿足表3的規定。

表3　CPⅢ三角高程觀測主要技術要求

3精度分析

在試驗段落采用相同儀器分別進行常規CPⅢ控制網測量和CPⅢ控制網單邊測量，試驗段共測量2.5 km范圍內38對CPⅢ點，數據處理采用相同的原理和方法。平面控制網對獨立自由網平差及固定約束平差精度進行統計，三角高程網對三邊環閉合差、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計。同時對單邊測量的左、右線CPⅢ控制網平面和高程成果與常規測量的成果進行比較分析。

3.1平面控制網數據精度分析

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

試驗區段左線CPⅢ平面網自由網平差及約束平差的精度統計如表4和表5所示。

表4　左線CPⅢ平面網自由網平差后的精度統計

表5　左線CPⅢ平面網約束平差后的精度統計

試驗區段右線CPⅢ平面網自由網平差及約束平差的精度統計如表6和表7所示。

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

表6　右線CPⅢ平面網自由網平差后的精度統計

表7　右線CPⅢ平面網約束平差后的精度統計

圖3　左線CPⅢ網與常規CPⅢ網坐標成果差值分布

圖4　右線CPⅢ網與常規CPⅢ網坐標成果差值分布

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

3.2三角高程控制網精度分析

三角高程控制網精度主要通過三角高程網中數據處理及平差精度、相鄰CPⅢ點高差和CPⅢ點高程成果與常規CPⅢ網高差和高程成果的比較進行分析。

試驗區段左、右線CPⅢ三角高程數據處理精度統計如表8所示。

表8　三角高程數據處理及平差精度統計

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

圖5　左線CPⅢ三角高程網與常規CPⅢ高差差值分布

圖6　右線CPⅢ三角高程網與常規CPⅢ高差差值分布

試驗段CPⅢ控制網單邊三角高程測量高差與常規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CPⅢ測量成果進行比較分析，高程成果差值統計分布如圖7和圖8所示。

圖7　左線CPⅢ網與常規CPⅢ網高程成果差值分布

圖8　右線CPⅢ網與常規CPⅢ網高程成果差值分布

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

4應用研究分析

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

4.1全站儀自由設站精度檢驗

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

表9　全站儀設站精度及不符值統計

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

4.2軌道測量搭接精度檢驗

為檢驗CPⅢ控制網單邊測量成果應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個搭接點重復測量，相鄰測站搭接精度統計如圖9所示。

圖9　相鄰測站的軌道點測量搭接精度統計

相鄰自由測站的軌道點重復測量搭接精度均在±2 mm以內，滿足高鐵規范相關要求，說明單邊測量成果應用于軌道測量可行。

5結論

現場測量試驗研究和數據計算結果表明，CPⅢ控制網單邊測量的數據觀測、平面自由網平差及約束平差精度、三角高程網閉合差及平差精度指標等均能滿足高鐵規范要求。通過對基于CPⅢ控制網單邊測量成果進行全站儀自由設站及軌道測量的檢驗分析，自由設站精度及搭接精度均能滿足高鐵規范相關要求，單邊測量成果可應用于軌道測量。本次試驗的精度分析及應用研究表明，CPⅢ控制網單邊測量為某些受“V”型天窗作業限制的運營鐵路線或區間CPⅢ控制網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年畢業于武漢大學測繪工程專業，工程師。

收稿日期：2016-01-18