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1、高速铁路(客专)精测网施工加密与CPIII测量方法,高 山samgau_13880566306,西南交通大学 测量工程系,提 要,一、高速铁路精测网简介二、精测网施工加密测量方法三、CPIII测量介绍四、注意事项,一、高速铁路精测网简介,高速铁路精测网为一次布设、统一测量、整网平差；按铁道部的要求为“三网合一”，即勘测、施工、运营维护三个阶段的控制网合用一个控制网，满足勘测设计、建设施工、运营管理等各方面应用；平面位置基准；高程位置基准。,一、高速铁路精测网简介,平面控制测量精密控制测量平面控制网按分级布网的原则，分四级布设：第一级为坐标基准站网（框架网CP0）CP0一般每50km左右设置一座
2、，按国家B级GPS网标准施测，目的是引入并固定平面控制网的位置基准。（高铁的实际情况，问题的由来与建议，新规范制定的讨论）,经国务院批准，根据中华人民共和国测绘法，我国自2008年7月1日起启用2000国家大地坐标系。为此，国家测绘局6月18日发布公告。 国家测绘局在公告中提供了新坐标系的技术参数。公告对新旧坐标系的转换和使用作出说明：2000国家大地坐标系与现行国家大地坐标系转换、衔接的过渡期为8至10年。现有各类测绘成果，在过渡期内可沿用现行国家大地坐标系；2008年7月1日后新生产的各类测绘成果应采用2000国家大地坐标系。2000国家大地坐标系与WGS-84坐标系高度相容（位置基准与椭
3、球参数）。,一、高速铁路精测网简介,平面控制测量精密控制测量平面控制网按分级布网的原则，分四级布设：第二级基础平面控制网（CPI）CPI按B级GPS标准沿线路成对布设，相邻点对长边4000m，点对间短边在8001000m且相互通视；主要为勘测、施工、运营维护提供坐标基准；约束于CP0（和/或国家三角点：北京54或西安80）3D平差或2D联合平差。,一、高速铁路精测网简介,平面控制测量精密控制测量平面控制网按分级布网的原则，分四级布设：第三级基础平面控制网（CPII）CPII适宜采用GPS法测量，按铁路C级GPS标准沿线路布设成等边直伸形式，点间距在8001000m，困难地段不短于600m。也可
4、铁路四等导线测量。主要为勘测和施工提供控制基准，相邻点通视，约束于CPI。 3D平差或2D联合平差,一、高速铁路精测网简介,平面控制测量精密控制测量平面控制网按分级布网的原则，分四级布设：第四级桩基控制网（CPIII）CPIII采用自由设站的后方交会法测量，距线路中线34m，通常沿直线延伸布设，点间距在150200m。也可铁路五等导线测量。主要为轨道铺设服务，强调绝对点位精度和相对点位精度。约束于CPI 、CPII 。 边角网联合平差,一、高速铁路精测网简介,平面控制网的复测作业方法（仪器、有效数据量、基线解算质量）约束基准（与原成果方法一致，问题）平差手段（整网、分段；3D、2D）分析与比较
5、（平顺性、稳定可靠性）,平面控制网的复测控制网平差应采用与原成果一致的平差方法（整网）；当整网平差有困难时，CPII可以进行分段约束平差，但是相邻地段的CPII必须进行点位的平顺连接性检查；同时，但应避免分段过于琐碎（短）而导致因CPI点位误差带来的位置基准的不一致；CPII的平差应采用全部（分段内）稳定的CPI点做约束，不应该有选择的选定部分CPI点做平差约束；,一、高速铁路精测网简介,平面控制网的复测不同分段之间应该进行CPII控制点的衔接平顺性检查（相对点位误差检查）；必要时，相邻分段应进行统一平差处理，并延伸检查衔接CPII控制点的平顺性；平顺性检查是保证线路点位相对精度的重要手段，连
6、接点（公共点）坐标较差和相邻点的相对点位误差是评价平顺性的指标。,一、高速铁路精测网简介,平面控制网的复测平差获取的坐标成果，不但要做绝对点位误差的分析和检查，还要做相邻点位间的相对误差检查。只有上述两项标准都满足的情况下，约束平差的最终成果才可应用于工程实际。应注意CPI、CPII相邻分段地带的点位的衔接平顺性检查。CPI以CP0为基准进行约束平差和CPII以CPI为基准进行约束平差都应该在三维空间直角坐标系下进行。 复测（检测）的成果必须进行内部精度和可靠性的检查后，才可以进行与原成果的比对分析。,一、高速铁路精测网简介,平面控制网的复测复测（检测）的坐标成果与原有成果的差异在限差范围内的
7、,表明点位是稳定的,应该应用原有成果。复测（检测）的坐标成果与原有成果的差异超出限差范围,结合分析复测（检测）坐标较差超限点与其相邻点之间的相对位置误差,以及这些相邻点的坐标较差的情况下,对点位的位移作出判定。确实发生位移的点，应使用复测（检测）成果。,一、高速铁路精测网简介,一、高速铁路精测网简介,高程控制测量高程控制网按照国家二等水准测量规范（无砟）或国家三等水准测量规范（有砟）施测。沿线布设基岩点、深埋水准点和一般水准点三种类型，组成统一的高程控制网，水准点位设在线路施工的影响范围以外。联测国家一、二等水准点，引入国家85高程。,一、高速铁路精测网简介,高程控制测量基岩点：引入并固定国家
8、85高程基准；深埋水准点：深度根据地质地层条件及桥梁墩设计深度单独进行设计，为线路分段提供高程基准。一般水准点：沿线2km布设一个，在桥、隧道附近和车站范围内适当增设。一般与CPI、CPII点位共用，为勘测和施工提供高程控制基准。,一、高速铁路精测网简介,高程控制测量CPIII控制点的高程测量精度标准：精密水准实施方法：面水准启闭2等水准控制基点,一、高速铁路精测网简介,高程控制网的复测水准测量的质量控制（单站、单线路、整网）平差方式与平差结果的解读（平差高差和平差高程）,一、高速铁路精测网简介,高程控制网的复测为了保证控制点提供的高程基准的正确性，在工程建设的过程中，经常需要对已有高程控制点
9、进行复测和检测，确保高程控制点的稳定。复测和检测在进行平差数据处理时，引入的高程基准应与原成果一致。常用的复测和检测成果分析方法有两种：高差比对和高程比对。,一、高速铁路精测网简介,高程控制网的复测 高差比对用以比较分析相同高程点之间的高差，可以反映出地表相对高程变化；高程比对用以比较分析相同高程点的高程，可以反映出地表整体的高程变化。无论那种比对方式，只有在比对差异超出相应等级水准测量精度的限差指标时，才能说这种高差或变化是显著的，并考虑更新高程成果。否则，应沿用原高程成果。 复测、检测与成果取舍：较差（闭合差）限制原则、成果最新原则、平均性原则、端点外推原则。,一、高速铁路精测网简介,高程
10、控制网的复测 测段复测与原测时间超过了三个月，且复测高差与原测高差之差超过检测限差时，须进行测段两端点可靠性的检测。检测测段长度小于1km 时，按1km 计算。高程比对分析与增补点成果应用。实际水准测量中使用高精度仪器进行低等级水准观测时，如果计算得到的每公里水准测量的偶然中误差没有达到仪器应有的标称精度，则应怀疑仪器的工作状况不正常，即使总体上水准等级的精度指标满足了，对水准观测的数据应该慎重使用。因为，一台工作不正常的仪器，提供的观测数据是不可靠的。,二、精测网施工加密测量方法,目前暂规和指南的规定精测网除CPI、CPII、CPIII外，对于线下工程施工一级的精测网施工加密测量没有明确考虑
11、；只在其中对提到需要移设或增设导线点、水准点时，其点位设置、测量方法以及精度要求同CPII及勘测高程控制测量。对施工过程中的加密测量工作的指导性和操作性不明显。,二、精测网施工加密测量方法,加密测量的必要性由于CPII的点间距一般为600800m，水准点间距一般为2km左右，且由于勘测时地形条件所限，在CPII上直接进行施工放样，使用不方便，而且有的点放样距离太远，影响放样精度。 施工放样测量及监测工作量很大，需要经常后视和检核已知点，只使用CPII后视、检核将增大工作量，且使用不方便。,二、精测网施工加密测量方法,加密测量的必要性CPII点及水准点少，施工时应该进行加密，这样既可保证有效施工
12、控制点的数量，而且增加了检核条件。增加精测网施工加密测量工作可方便后续施工测量，节约施工放样工作时间，保证放样精度。,二、精测网施工加密测量方法,加密点的布设要求在CPI、CPII及勘测水准点基础上进行加密。点位选在距线路中线较近、稳固可靠且不易被施工破坏的范围内，便于长期保存，方便测设中线。平面和高程点尽量共用，标石埋设标准同精测网CPII的要求。点间距离在300m左右为宜，且点间互相通视。,二、精测网施工加密测量方法,平面加密测量具体方法及精度要求平面一般均采用导线法进行加密测量一般规定,二、精测网施工加密测量方法,平面加密测量具体方法及精度要求平面一般均采用导线法进行加密测量导线起闭于C
13、PI，并联测CPII控制点，按四等导线精度施测，采用标称精度不低于2、测距精度不低于2mm+2ppm的全站仪（如采用Net1/Net0.5/TCA1800/S6全站仪）进行施测。觇标采用仪器配套棱镜和觇牌组合，光学对中器对中，对中误差小于1mm。水平角和距离观测应在大气稳定和成像清晰的气象条件下进行观测，视线超越的高度及旁离障碍物的距离均不宜小于1.5m。,二、精测网施工加密测量方法,平面加密测量具体方法及精度要求平面一般均采用导线法进行加密测量用于气象改正的温度、气压数据，在每测站测定一次，并在观测手簿上作好记录。气象观测时待气压计、温度计与周围环境一致后测记气象数据，气压计、温度计避免受日
14、光曝晒和辐射。测距边气象改正、加常数改正通过全站仪设置来自动进行，输入数据后要认真复核。导线边长测量，读数至1毫米。距离和竖直角往返各观测2测回，外业采用竖直角计算平距。各项限差应满足下表的要求。,二、精测网施工加密测量方法,平面加密测量具体方法及精度要求平面一般均采用导线法进行加密测量导线测量水平角观测应符合下表的要求,二、精测网施工加密测量方法,平面加密测量具体方法及精度要求平面一般均采用导线法进行加密测量竖直角和距离观测应符合下表的要求,二、精测网施工加密测量方法,平面加密测量具体方法及精度要求平面导线法加密测量具体布设形式实例,二、精测网施工加密测量方法,平面加密测量具体方法及精度要求
15、数据平差处理方法外业观测距离经归算和投影改化后进行平差计算；起算数据为CPI、CPII级控制点，导线应在方位角闭合差及导线全长闭合差满足要求后，采用严密平差（专业软件Cosa，山维或自行开发并申请检定合格的软件）获取成果坐标；,二、精测网施工加密测量方法,平面加密测量具体方法及精度要求数据平差处理方法对于加密导线测量网来说，应进行多段落的整体严密平差(推荐一个CPI点对构成一个段落)；不宜按单一附合导线计算平差；控制点的点位中误差应满足mx、my15mm，导线点坐标成果保留到0.1mm。,二、精测网施工加密测量方法,高程加密测量具体方法及精度要求水准加密观测按照国家二、三等水准（首级控制的高程
16、等级标准）施测，采用单路线往返观测。加密点设置同平面点，测量时附合在相邻的水准点上。,仪器使用SOKKIA SDL30/Leica NA3003/Trimble Dini12等不低于DS1级的精密电子水准仪用配套铟瓦条码水准尺、尺垫。,二、精测网施工加密测量方法,高程加密测量具体方法及精度要求水准仪与水准尺在使用前及使用过程中，经常规检校合格，水准仪视准轴与水准管轴的夹角均不超过15。外业测量自动观测记录，一条路线的往返测使用同一类型仪器和转点尺垫，沿同一路线进行。观测成果的重测和取舍按国家二、三等水准测量规范要求执行。,二、精测网施工加密测量方法,高程加密测量具体方法及精度要求单站观测要求（
17、视线长、视距差、视线高度）视线长度50m，前后视距差1.0 m（光学），1.5 m（电子）；前后视距累积差3.0m（光学），6.0 m（电子）；视线高度0.3m（光学），0.5m（电子）；单站测量限差两次读数差0.4mm，两次所测高差之差0.6 mm，检测间歇点高差之差1.0 mm；观测读数和记录的数字取位：使用DS05 或DS1级仪器，读记至0.05mm或0.1mm；使用数字水准仪读记至0.01mm。,二、精测网施工加密测量方法,高程加密测量具体方法及精度要求观测流程一般按后-前-前-后的顺序进行，对于有变换奇偶站功能的电子水准仪，按以下顺序进行。 往测：奇数站为后前前后，偶数站为前后后前；
18、 返测：奇数站为前后后前，偶数站为后前前后一测段均为偶数测站。一组往返测一般安排在不同的时间段进行；由往测转向返测时，互换前后尺再进行观测；晴天观测时给仪器打伞，避免阳光直射；扶尺时借助尺撑，使标尺上的气泡居中，标尺垂直。,二、精测网施工加密测量方法,高程加密测量具体方法及精度要求观测前30分钟，将仪器置于露天阴影处，使仪器与外界气温趋于一致；对于数字式水准仪，进行不少于20次单次测量，达到仪器预热的目的。测量中避免望远镜直接对着太阳；避免视线被遮挡，遮挡不超过标尺在望远镜中截长的20%。观测时用测伞遮蔽阳光，对于电子水准仪，施测时均装遮光罩。,二、精测网施工加密测量方法,高程加密测量具体方法
19、及精度要求自动安平水准仪的圆水准器严格置平。在连续各测站上安置水准仪时，使其中两脚螺旋与水准路线方向平行，第三脚螺旋轮换置于路线方向的左侧与右侧。除路线拐弯处外，每一测站上仪器与前后视标尺的三个位置，一般为接近一条直线。,二、精测网施工加密测量方法,高程加密测量具体方法及精度要求观测过程中为了保证水准尺的稳定性，选用2.5KG以上的尺垫，水准观测路线必须路面硬实，观测过程中尺垫踩实以避免尺垫下沉。观测过程中避免仪器安置在容易震动的地方，如果临时有震动，确认震动源造成的震动消失后，再激发测量键。水准尺均借助尺撑整平扶直，确保水准尺垂直。,二、精测网施工加密测量方法,高程加密测量具体方法及精度要求
20、数据平差处理方法高差（程）闭合差满足限差后，采用严密平差软件做水准平差。高程成果保留到0.1mm。水准测量计算取位按下表进行：,二、精测网施工加密测量方法,高程加密测量具体方法及精度要求数据平差处理方法水准点间满足限差要求的情况下，以联测的水准点为起算点，宜进行整段严密平差计算。水准测量作业结束后，每条水准路线应按测段往返测高差不符值计算偶然中误差M；当水准网的环数超过20个时，还应按环线闭合差计算Mw。,二、精测网施工加密测量方法,高程加密测量具体方法及精度要求数据平差处理方法M和Mw应符合下表的规定，否则应对较大闭合差的路线进行重测。M和Mw应按下列公式计算：,三、CPIII测量简介,CP
21、主要为轨道铺设和运营维护提供控制基准。控制网精度要求高，施测难度大，特别是CPIII采用自由设站边角交会网，是一种全新的测量方式，该测量方式在国内并不多见。实践上，在京津城际和武广客专轨道铺设前，各施工标段均需要进行CP的测量，其技术难度高，工作量十分庞大，在此做简要介绍，希望提前公司及施工单位提前有思想准备，加强此方面的工作。,三、CPIII测量简介,CP测量精度要求如下表：,三、CPIII测量简介,CP测量的网形结构如下图：,三、CPIII测量简介,CP测量的软、硬件要求：全站仪与反光镜高精度、高稳定性和高可靠度的自动化全站仪；强制对中的站标和高精度反光镜；自动观测软件实现测量机器人操作模
22、式严密数据平差软件精度置平,三、CPIII测量简介,CP测量的实施：全站仪（1秒，1mm+1ppm）与反光镜（片）首次观测人工与自动收索相结合网型衔接的重复性测量要求保证每个CPIII点被测量3次CPI/CPII点至少在两个自由站上进行联测，联测长度150米受观测条件限制，应设置辅助点,三、CPIII测量简介,CP测量的实施：有整平无对中，但仪器安置应尽量居中；首次半测回观测后，实行自动观测；自动点位编号与数据记录；自动进行测站的数据质量检核。,三、CPIII测量简介,CP精密水准的实施：每一测段应至少与3个沿线路的水准控制点进行联测，形成检核。每次设站均需联测。联测时，往测时以轨道一侧的CP
23、水准点为主线贯通水准测量，另一侧的CP水准点在进行贯通水准测量摆站时就近观测。返测时以另一侧的CP水准点为主线贯通水准测量，对侧的水准点在摆站时就近联测。,三、CPIII测量简介,CP的维护：每由于CP网布设于桥梁、隧道及路肩上，线下工程的稳定性等原因的影响，为确保CP点的准确、可靠，建议施工单位在使用CP点进行后续轨道安装测量时，每次都要与周围其它点进行校核，特别是要与地面上布设的稳定的CPI、CP点进行校核，以便及时发现和处理问题；同时应加强对永久CP点的维护，为客运专线建成后的养护维修提供控制基准。,三、CPIII测量简介,CP实际测量的问题与挑战：施工干扰通视条件；电磁噪声、粉尘、震动
24、；多目标干扰等；CPIII控制点点位问题反射镜标志中心同一性问题（包括人工和自动照准的差异）；反射镜入射角问题；平差处理中的点位精度置平CPI或CPII的外符合问题,三、CPIII测量简介,CP测量软件介绍：根据暂规和指南的误差标准编写的具有自主知识产权的精密工程测量平差软件介绍；支持SOKKIA Net系列和Leica TCA系列的高精度全站仪；基于蓝牙无线通讯的PDA集成解决方案；内外业一体化，观测和平差软件模块无缝连接。,四、注意事项,严格进行测量技术设计。各类测量仪器设备如全站仪、光学水准仪、气压计、温度计等精度指标要满足要求，且须在计量检定有效期内使用。项目开工前以及作业过程中，按有关规定做好仪器的常规检校工作，并认真填写仪器常规检校记录。尤其加强对中器的日常检校。加强测量技术人员的培训和力量，外业严格按照技术要求进行操作，加强质量控制。,四、注意事项,加密和放样时要加强对已知控制点的检核工作。尤其在放样时，要后视两个点，对已知控制点检核无误后再进行放样，防止出现错误。放样时放样点和已知点尽量缩短边长，以减小放样误差，保证放样精度。数据处理时加强计算、复核工作，使用合格的计算软件，确保资料的正确性和测量精度指标满足要求。 原始观测记录的确认与归档。,
