高鐵CPⅢ快速復測的方法探討

于旺

摘 要：本文研究提出單面觀測、坐標變換兩種實現快速復測的方法。本文對三角高程代替水準進行CPⅢ高程復測也進行了探討，從理論上提出這一考慮是可行的。

關鍵詞：高鐵CPⅢ快速復測方法；單面觀測；坐標變換；三角高程測量

高鐵CPⅢ網布置完成之后，在軌道精調作業之前要進行復測。這是因為，CPⅢ控制網施測完畢到軌道板精調時有一段時間間隔，由于各種自然因素或人為因素，可能引起CPⅢ控制點輕微的變形。復測的技術要求和作業方法均按照初次測量時的標準進行。本文之主要目的在于研究有效提高CPⅢ網點的復測效率的方法，即CPⅢ網點的快速復測方法。

1 單面觀測用于CPⅢ快速復測

全站儀三軸誤差的存在，要求測量時嚴格的對中整平儀器，而且采用雙面觀測，以盡可能減弱或消除三軸誤差的影響。高鐵CPⅢ測量中，即采用多測回雙面觀測，每個控制點一般至少盤左盤右觀測3個測回。顯然，如果采用單面觀測，將使測量工作大大便利，下面研究CPⅢ快速復測是否也可考慮采用單面觀測方法。

1.1 單面觀測可行性之考慮

現代全站儀大部分均帶有三軸補償功能，可以補償垂直軸傾斜誤差、視準軸誤差和水平軸誤差對水平方向和垂直角的影響。改正和補償儀器所有的軸系誤差對水平方向和垂直方向的殘余影響，可得到最準確的測量結果，這種方式適合大多數的測量工作，一個特別的效果就是，單面觀測具有了較高的測角準確度。高鐵CPⅢ角度測量使用帶目標自動搜索及測量的自動化全站儀，如Leica系列的TS30、TCA2003等。ATR是自主式自動目標識別、照準與跟蹤技術，全站儀發射紅外光束，并利用自準直原理和CCD圖象處理功能，無論在白天還是黑夜，都能實現目標的自動識別、照準與跟蹤。Leica具有快速精密的新型液體補償系統。徠卡TCA新型垂直軸液體補償器在光路上更加緊湊，并用一線性CCD數組解決雙軸的補償問題。精密而小巧的架構，使液體補償器可以安裝在水平度盤中心上方的垂直軸在線。這樣，即使照準部快速旋轉，補償器液體鏡面也可瞬間平靜如常。另外，補償器所選用的特殊液體能抵御外界溫度變化的影響。故完全滿足采用單面觀測進行CPⅢ復測。

1.2 單面觀測可行性驗證方法

對單面觀測可行性進行驗證，可以僅取盤左或盤右的CPⅢ觀測方向值，計算控制點坐標，平差及精度分析，然后和雙面觀測之下的平差結果作對比。用單面觀測進行CPⅢ控制網點復測，在國外已得到運用，預計在國內也將會得到使用。

2 坐標變換用于CPⅢ快速復測

2.1 坐標變換在測量中的應用

工程施工過程中，常會遇到不同坐標系統，坐標變換解決了兩個不同坐標系之間的換算問題，使得在道路工程、建筑工程中的定位測量快速、簡捷，在工程測量中應用十分廣泛。其特點表現在以下幾個方面：（1）自行設立坐標系，靈活方便，便于測量工作順利展開；（2）簡化數據記錄，便于測量計算；（3）解決測量實際中遇到的一些問題，如控制點間由于臨時出現遮礙而不通視等影響測量工作正常進行的情況。例如在礦山測量中，常采用假定坐標來指導施工，比如巷道掘進方向不是0、90、180、270中的一種或幾種時，而是0～360之間的其他角值。在這種情況下，采用假定坐標對于計算巷道邊線偏中距，計算巷道特征點特別有用。此外，采用假定坐標對于標定這種巷道的皮帶中線也很有利。

2.2 用坐標變換分析點位變動

利用坐標轉換，CPⅢ復測后的點位變動情況，可以明顯得出。復測時，建立假設坐標系，得到一套復測坐標系下的坐標。然后選擇公共點，與復測前坐標聯系求解轉換參數，將復測坐標由假設坐標系轉換到測前坐標系下。由轉換后的CPⅢ復測坐標和原CPⅢ坐標對比，即可進行點位變動分析。也可以剔除變動的點位，改選或增加公共點，以進一步提高精度，再進行一輪的坐標轉換。根據情況需要，可以進行多輪轉換，直到滿意為止。

3 三角高程測量代替水準進行CPⅢ高程復測之探討

CPⅢ控制網是一個平面位置和高程位置共點的三維控制網，平面和高程分開測量，之后合并形成共點的三維網，使用時平面和高程同時使用。若用三角高程測量代替水準，則CPⅢ平面復測之后可以不必再進行水準高程復測。高程數據可以由平面復測，即三角高程中的數據得出。這不僅將大大提高復測效率，而且從測量思想上講，實現了平面高程同步、直接建立了三維網。

3.1 三角高程測量代替高等級水準的研究

在限制三角高程測量精度提高諸因素中，邊長誤差、垂直角誤差以及折光影響最為突出。三角高程測量在一定條件下可以代替相應等級的幾何水準測量，這是工程實際需求和現代測量儀器發展所提供的條件決定的。當今，先進精密的測距儀器，可使測距精度顯著提高，特別短邊測距精度可在毫米以內；對折光誤差影響的研究也有了長足進展；照準目標的標志的改進和采取必要的觀測措施，使垂直角的觀測精度得到進一步提高。另一方面，新的三角高程測量方法研究也取得了顯著成就。通過對三角高程測量的原理、誤差來源及精度分析，理論上在特定條件下用三角高程測量代替一等水準是完全可行的。并在生產實踐中用三角高程代替一等跨河水準測量在實際中已得到應用。用智能全站儀進行精密三角高程測量來監測垂直位移，用邊長幾千米的連續多跨高精度三角高程測量代替連續多跨的二等跨海水準測量，也在像杭州灣大橋跨度幾十千米的跨海工程中得到應用。三角高程測量代替二等水準測量的方法，在路線極長沿線地形復雜多變的高速鐵路工程測量中也有人研究提出。

3.2 三角高程測量代替水準進行CPⅢ高程復測的可行性

CPⅢ高程復測用三角高程測量代替具有可行性，其可行性基于以下考慮：

（1）CPⅢ控制網測量的儀器均采用高精度和自動化程度高的電子測量儀器。其高程測量一律采用電子水準儀（如Trimble DiNi12、Leica DNA03等），為二等水準等級。

（2）CPⅢ平面網測量要求全站儀具有電子驅動、目標自動搜索和操作系統功能的測量機器人，CPⅢ平面網是一個標準的帶狀控制網，測站和測點均強制對中，圖形規則對稱，多余觀測數多，可靠性強，具有展開精密三角高程測量的條件。

4 總結

本文探討指出單面觀測、坐標變換分析點位變動，都是可行的高鐵CPⅢ快速復測方法。關于三角高程測量代替二等水準、精密三角高程測量的研究，已有許多成果，但在實際測量尚并未取得成熟應用。本文從理論上提出了三角高程代替水準進行CPⅢ快速復測的方法，以備參考。

參考文獻

[1]王少文.坐標轉換公式在礦山測量中的應用[J].山東煤炭科技，2004，（1）：57.

[2]楊軍政，張云秀.精密三角高程代替一等水準測量的研究[J].大科技，2013，（10）：237-238.

[3]張正祿，鄧勇，羅長林，等.精密三角高程代替一等水準測量的研究[J].武漢大學學報：信息科學版，2006，31（1）：5-8.

（作者單位：北京城建勘測設計研究院有限責任公司廣州分公司）