轨道控制网CPⅢ平面网测量与计算毕业设计.doc

《轨道控制网CPⅢ平面网测量与计算毕业设计.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《轨道控制网CPⅢ平面网测量与计算毕业设计.doc（55页珍藏版）》请在三一办公上搜索。

1、轨道控制网CP平面网测量与计算的相关问题研讨院 系 专 业 年 级 姓 名 题 目 轨道控制网CP平面网测量与计算的相关问题研讨 指导教师评 语 论文对轨道控制网CP的外业测量方法、外业自动测量软件的使用、 内业平差计算和精度评定的原理、内业数据处理软件的使用和区段间的 平顺搭接处理方法进行学习和讨论。通过对上述内容的毕业设计，作者 对CP平面网的相关知识已基本了解，掌握了CP平面网外业测量和 内业数据处理的原理和过程，学会了使用专业的软件进行外业测量和内 业数据处理。毕业设计中，作者进行CP平面网的外业观测实验，进 行了实测数据的处理和分析，进行了平面网区段间的搭接处理。通过毕 业设计，作者

2、还基本了解了论文的写作方法及其格式规范。论文在内容 创新方面不足，写作技巧还尚待提高，还存在一些小的错误。论文基本 达到学术学位论文的要求，可以进行论文的答辩。 指导教师 (签章)评 阅 人评 语 评 阅 人 (签章)成 绩 答辩委员会主任 (签章) 年 月 日毕业设计任务书班 级 学生姓名 学 号 发题日期： 年 月 日 完成日期： 月 日题 目 轨道控制网CP平面网测量与计算的相关问题研讨 1、本论文的目的、意义 CP控制网又称为轨道控制网，是一个自由测站边角控制网，是控制高速铁路无砟轨道板和轨道施工的测量控制基准，也是检测高速铁路平顺性是否满足要求的测量基准。CP控制网是一个三维控制网，

3、包括平面网和高程网；在我国测绘领域，CP控制网是一个新型的控制网，在我国的历史不长；它的精度要求很高，平面网要求相邻网点的相对点位中误差小于1mm，高程网要求相邻网点的高程中误差小于0.5mm；CP控制网外业测量的自动化程度较高，平面网测量要求采用智能型全站仪在自动控制软件的控制下进行自动测量，高程网测量要求采用电子水准仪进行自动记录的水准测量；CP控制网的内业数据处理必须采用专业的数据处理软件，数据处理的结果能否满足要求需要进行详细的精度分析；指导CP控制网外业测量和内业数据处理的高速铁路工程测量规范2009年底才颁布；CP控制网的测量标志非常特殊，必须采用专业的强制对中标志。到目前为止，C

4、P控制网外业测量和内业数据处理过程中还存在很多值得研究的问题。本论文的目的是希望通过这样的毕业设计，首先学习CP控制网的基本知识，了解CP控制网外业测量及其数据处理的全过程，熟悉智能型全站仪，能够使用智能型全站仪进行CP平面网的外业测量；其次是要求学生学会使用CP平面网和高程网的数据处理软件，学会解决和分析数据处理中出现的各种问题；最后，采用余弦函数进行CP区段间的搭接方法进行实验与计算分析，并与高速铁路工程测量规范的相应精度要求进行比较，以验证这些CP平面网测量与数据处理新技术的可行性与合理性。通过这样的毕业设计，可使学生综合应用大学所学的测量知识，学习和掌握高速铁路精密工程测量的新知识和新

5、技术，并能够胜任高速铁路CP控制网的外业测量和内业数据处理工作。 2、学生应完成的任务 （1） 查阅与论文内容相关的中外文献，并翻译不少于10000字的外文资料； （2） 学习高速铁路精密工程测量的相关内容，学习和掌握CP控制网外业测量与内业数据处理的基本知识； （3） 熟悉智能型全站仪，能够使用智能型全站仪和自动控制软件进行CP平面网的外业测量；熟悉电子水准仪，能够使用电子水准仪进行CP高程网的外业测量。 （4） 学会使用专业的CP控制网数据处理软件，使用软件进行实际CP网的数据处理与结果分析。学会解决CP测量与数据处理过程中的个别问题。 （5） 进行相关的测量实验与计算实验，学会对实验结果

6、进行分析和总结。 （6） 搜集论文写作的相关材料，结合设计过程中所学的知识和所处理的数据，进行本科生论文的写作。 （7） 毕业实习和论文撰写期间，每周至少与指导教师见面一次，交流意见，每天用于毕业设计的时间不得低于7小时，并按时书写实习日志和毕业设计论文。指导记要： 最后把毕业设计过程中该题目涉及到的所有知识进行汇总，形成一篇规范且达到本科生毕业学士学位水平的、能够进行毕业答辩的论文，并进行论文的答辩。 3、论文各部分内容及时间分配：（共16周） 第一部分：收集、查阅、学习有关的教材、规范和参考文献等资料 （3周） 第二部分：CP平面网外业测量相关的实习 （3周） 第三部分：CP控制网专业数据

7、处理软件的学习和使用 （2周） 第四部分：相关的CP平面网外业测量实验与内业计算分析 （3周） 第五部分：论文的书写与修改 （3周） 评阅及答辩： （2周） 备 注 阅读相关的科技文献不少于30篇，书写和提交相应的心得体会。 指导教师： 审 批 人： 年 月 日摘 要目前，我国的高速铁路建设事业已经进入了大规模建设的高速发展阶段，在高速铁路的建设过程中，精密工程测量作为重要的技术保障，是高铁建设中不可或缺的环节。可是说，高速铁路精密工程测量的精度是否能够达到高速铁路精密工程测量规范的要求，将直接决定高铁建设的成败。本文以CP控制网的外业测量与内业数据处理以及平差数据分析为主要研究对象，对CP控

8、制网从外业测量到内业数据处理的过程中所遇到的问题进行探讨。本文的主要研究内容包括：第一、对CP控制网的外业测量方法做进一步的研究分析，详细阐述CP网外业观测的全过程以及观测过程中应注意的问题、外业观测精度的控制；对比自由测站观测与三联基座法各自的优缺点，分析各方法的优势和缺点，相互补充，得出最适合CP控制网测量的观测方法。第二、深入研究CP平面网的平差原理，详细阐述CP平面网自由网平差与约束网平差的基本过程，着重分析自由网平差中秩亏自由网的平差方法。利用CP控制网的数据处理软件对外业所观测的数据进行平差处理，检查CP控制点的点位精度、CP控制点相邻点位的相对精度等重要精度指标是否满足高速铁路精

9、密工程测量规范的要求；分析平差数据，探索外业观测数据与内业数据平差处理的精度之间的联系，通过它们之间的内在联系反过来指导外业观测中应注意的问题，以提高CP控制网外业测量的效率。第三、深入研究CP控制网的区段搭接问题，对比区段独立约束平差与区段约束平差以及余弦函数约束平差的精度，得到最适合CP控制网区段搭接的方法；进一步研究区段搭接的精度问题，探讨如何通过CP坐标系统与CP坐标系的转换尺度的改化来进一步提高区段搭接的精度；研究如何通过观测数据的改化来提高置平平差的精度。 关键词： CP控制网；外业测量；数据处理；区段搭接AbstractNowadays, the high-speed railw

10、ay construction is walking into the stage large-scale construction. In the process of high-speed railway construction, precision engineering measurement, as an important technical support, is indispensable in the construction of high-speed railway. We can say that whether the accuracy of precision e

11、ngineering measurement of high-speed railway can meet the requirements of engineering measurement standard will directly determine the success or failure of the high-speed railway construction. This paper takes the CP control networks field measurement, indoor data processing and adjustment data ana

12、lysis as the main object of the study, to explore the problems in the process of the CP control networks field measurement and indoor data processing. The main contents include:Firstly, we carry on a further analysis of CP control networks field measurement and then make a detailed explanation of th

13、e CP networks whole process as well as the problems we should pay attention in the observation process, at the same time, we must take care of the observation precision control. Contrast the advantages and disadvantages of free station observation and triple base and then complement each other, fina

14、lly obtains the most suitable method for CP networks surveying.Secondly, we take a further study of CP level networks adjustment principle and then make a detailed explanation of the basic process of the CP level networks free network adjustment and constraint network adjustment. Focus on the analys

15、is of the method of rank deficient free network adjustment in the free network adjustment. Using the CP control networks data processing software carry out the data obtained by field measurement by adjustment method and then check that whether the CP control points position precision , CP control po

16、ints relative accuracy can meet the requirements of high-speed railway engineering measurement standard. Explore the relationship between field observation data and indoor adjustment data and then guiding the problems we should pay attention by their internal connection to achieve the purpose of imp

17、roving the efficiency of CPcontrol network field surveying.Thirdly, the problem of CP control networks segment overlap should be taken further study. Compared the accuracy of segment constraint adjustment and the accuracy of cosine function constraint adjustment and then obtains the most suitable me

18、thod for CP control networks segment overlap. Exploring the question of segment overlap and researching that how to get higher precision by reformatting the conversion scale of the CP coordinate system and the CP coordinate system. We also need consider how to improve the precision of horizontalizat

19、ion adjustment.key words：CP control network; field measurement; data processing; segment overlap目 录第一章 绪论11.1 高速铁路控制网体系概述11.2 轨道控制网（CP）概述21.3 本论文的研究内容及意义41.3.1 本论文的研究内容41.3.2 本论文的研究意义4第二章 CP平面网的外业测量及采集软件简介62.1 CP平面网的特点及外业测量原理62.1.1 CP平面网的特点62.1.2 CP平面网的外业测量过程72.2 CP平面网外业测量一般规定及精度要求92.2.1 CP平面网外业测量的一

20、般规定92.2.2 区段搭接的一般规定102.2.3 CP控制测量精度要求112.3 CP平面网外业采集仪器及采集软件13第三章 CP平面网的平差处理153.1 CP平面网平差原理153.1.1 CP平面网自由网平差原理153.2.2 CP平面网约束平差原理233.2 CP平面网区段搭接243.2.1 CP平面网区段搭接概述243.2.2 CP平面网区段搭接的方法253.3 CP网平面测量系统误差分析33第四章 实例分析354.1 CP平面网实例数据概况354.2 各区段独立平差结果分析364.3 约束平差成果精度分析394.4 余弦函数平滑区段搭接方法的精度分析40结论与不足42致谢45参考

21、文献46第一章 绪论1.1 高速铁路控制网体系概述随着我国的高速铁路建设进入大规模建设的高速发展阶段，高速铁路对一个完整、精确、成熟的高速铁路测量控制网体系的依赖也日益明显。考虑到高速铁路具有高精度的特点，在线路设计时需要谨慎考虑换带处理所带来的坐标系的转换等问题；为了保证在整条线路内的精度指标满足高速铁路精密工程测量规范的精度要求，我们需要尽可能的完善现有的高速铁路控制网体系。目前，我国正在使用中的高速铁路控制网体系可分为框架控制网（CP0）、基础平面控制网（CP）、线路平面控制网（CP）、轨道控制网（CP）四级控制：框架控制网（CP0）：CP0控制网应在初测前采用GPS测量方法建立，全线一

22、次性布网，统一测量，整体平差；CP0控制点应沿线路走向每50km左右布设一个点，在线路起点、终点或者其他线路衔接地段，应至少有一个CP0控制点。为保证CP0控制网的正确性与精度要求，CP0控制网应与IGS参考站或国家A、B级GPS点进行联测。全线联测的已知站点数不应少于2个，且在网中均匀分布；每个CP0控制点与相邻的CP0控制点的连接数不得少于3个；IGS参考站或国家B级GPS点与相邻CP0连接数不得小于2个。框架控制网是高速铁路平面控制测量的基准。基础平面控制网（CP）：CP控制网宜在初测阶段建立，困难时应在定测前完成，全线应一次布网，统一测量，整体平差；CP控制点宜设在距线路中心线5010

23、00m范围内不易被施工破坏、稳定可靠、便于测量的地方；同时，CP控制点的布设也必须兼顾桥梁、隧道以及其他大型建筑结构物布设施工控制网的要求，并且要按照高速铁路精密工程测量规范的要求进行埋石。CP应采用边联结方式构网，形成由三角形或者四边形组成的带状网。在线路勘测的起点、终点或者与其他线路平面控制网衔接的地方，必须至少有2个CP点重合，以在测量结果里反映出它们之间的相互关系。CP控制网是平面控制网，需要与它的上一级控制网即CP0进行联测。线路平面控制网（CP）：CP宜在定测阶段完成，可采用GPS测量或者导线测量方法施测，CP控制点宜选在距线路中线50-200m范围内、稳定可靠、便于测量的地方，点

24、间距为400-800m，并按照高速铁路工程测量规范的要求进行埋石。CP控制网应按照高速铁路工程测量规范的要求沿线路布设，CP控制网大部分为GPS网，在极少数情况下比如隧道内为边角网，CP控制网大部分采用边联结方式构网，形成由三角形和四边形构成的带状网，上一级控制网为CP控制网，在进行CP控制网测量时需要与部分CP控制点联测构成附合网。按照高速铁路工程测量规范的要求，CP控制点的主要精度指标如下：（1）起算点的相对中误差不大于1/180000；（2）方位角中误差不大于1.7；（3）边长的相对中误差不大于1/10000。轨道控制网（CP）：CP控制网的平面网测量应在线下工程竣工并且通过沉降变形评估

25、后施测，平面测量的方法应采用自由测站边角交会法施测，高程测量的方法可以采用矩形法和德国法进行测量，这里重点介绍其平面测量的方法及精度评定指标。CP控制网测量前应对全线的CP、CP控制网进行复测，确认复测结果合格后，然后再用合格的CP、CP控制网成果进行CP控制网的测设。CP控制网是高速铁路实际施工控制网，在整个高速铁路控制网体系中占有重要地位。除了以上高速铁路控制网体系的四级控制网之外，高速铁路轨道基准网也是高速铁路控制网体系中不可缺少的组成部分，轨道基准网在博格型轨道板的铺设和精调过程中起到重要作用。1.2 轨道控制网（CP）概述CP控制网是高速铁路控制网体系中最重要的组成部分：在高速铁路施

26、工阶段，CP控制网可用于无砟轨道板的安装、轨道的精调等；在运营阶段，CP控制网可用于轨道的检查与测量。CP控制网在高速铁路的施工、运营、维护过程中应用广泛、作用巨大，因此，CP控制网也一直是高速铁路控制测量体系研究中的重点。CP控制网为三维控制网，平面网和高程网相互独立且（x,y,H）指向同一点。CP控制网的平面测量应采用自由测站边角交会法施测；高程测量方法可采用矩形法和德国法测量，针对我国CP高程控制网的具体情况，理论上矩形法要优于德国法。CP控制网中每隔60m左右布设一对CP控制点（纵向间距为60m，横向间距约为11m，车站除外），CP控制网应附合于CP、CP控制点上，每600m左右（40

27、0-800m）联测一个CP或者CP控制点，当CP控制点的点位密度不能满足CP控制网的联测要求时，可以按照等精度内插的方法来加密CP控制点，以满足CP控制网的要求。CP控制网与CP、CP控制点进行联测时，可以采用两种方法进行联测：（1）自由测站观测CP、CP控制点：即采用自由测站边角交会法观测CP控制点的同时也观测CP、CP控制点；采用该方法时，至少应在连续两个自由测站上观测同一CP、CP控制点。（2）在CP、CP控制点上置镜观测CP控制点；当采用该方法时，在CP、CP控制点上置镜观测的CP控制点的个数至少为3个。CP控制网水平方向应采用全圆方向法进行观测，若要采用分组观测方法，那么必须要有统一

28、的归零方向；对于0.5的智能型全站仪来说，水平方向观测应满足的主要技术要求如下：测回数不小于2次；半测回归零差不大于6；不同测回同一方向2C互差小于或者等于9；同一方向归零后方向值较差不大于6。根据高速铁路实际施工的需要，可对高速铁路CP控制网进行分区段测量，要保证每区段的长度不小于4km，相邻区段的重叠CP控制点不少于6对，并且还要保证相邻区段的重叠部分不在车站范围内。对于相邻区段的CP重叠点，前后区段独立平差所得的重叠点坐标较差应3mm，否则不能进行区段搭接；若满足了该条件，后一区段以该区段的CP、CP控制点以及前一区段的1-3对重叠的CP控制点作为约束点，重新进行平差计算，以达到将各个区

29、段连接在一起的目的。对于经过平差计算的CP控制网成果，我们要根据高速铁路工程测量规范的精度要求检查所得的CP控制网成果，只有完全达到精度指标要求的CP控制网成果，我们才能在高速铁路施工、运营、维护各阶段使用该CP控制网成果。1.3 本论文的研究内容及意义1.3.1 本论文的研究内容高速铁路无砟轨道铁路测量技术是无砟轨道铁路建设成套技术中的一个重要组成部分，其中轨道控制网即CP网测量更是无砟轨道铁路测量技术中的重要环节。CP控制网的可以用自由测站边角交会法进行观测，同时，利用传统的三联脚架法也可完成CP控制网的测量，为了能够得到精度更高的外业观测数据，我们需要对各种方法测得的CP网外业数据进行平

30、差处理，分析用不同方法测得的CP控制网的观测数据之间的精度差异，进而得到最适合CP控制网的观测方法；高速铁路精密工程测量的目的是为了得到满足高速铁路精密工程测量要求的观测数据来指导高速铁路的施工、运营、维护、监测等一系列的工作，因此，我们不仅要进行外业观测，更重要的是对观测数据进行平差处理，得到相应的点位、距离等一系列的精度指标，通过这些精度指标来判断平差后CP控制点坐标值等数据是否满足高速铁路建设、运营及维护的精度要求。由于高铁建设线路里程一般比较长，不可能一次性完成整条线路CP网的观测，因此，必须把高铁CP网划分为若干个区段。为了保证整条线路的连续性，相邻区段必须有部分重叠点，而这些重叠点

31、因为在不同的区段内均参与了所在区段的平差处理，因此会得到至少两套重叠点坐标，为了将各区段连接为一条完整的线路，必须进行区段搭接。区段搭接的方法一般有约束搭接和余弦函数平滑搭接两种，我们要比较这两种搭接方法的优缺点，对不同搭接方法所得的坐标进行进一步的精度分析，得到最适合CP控制网区段搭接的方法，并对CP坐标系与CP坐标系之间的坐标转换问题进行研究。1.3.2 本论文的研究意义我国的高速铁路虽然在最近一些年发展极为迅速，许多技术上已经处于世界领先水平，但是由于我国的高铁建设的时间太短，许多技术是在国外引进的基础上改进的得到的，比如说我国的CP控制网，它是随着我国高速铁路建设的需要而从德国引进的的

32、，因此我国的测量工作人员对该网的特点、观测方法、平差计算方法以及能否满足高速铁路轨道平顺性要求缺乏足够的了解，在外业观测以及内业数据处理方面有许多问题亟待解决。因此，我们要在吸收国外先进理论知识的同时，必须建立一套属于自己的CP网从外业观测到内业数据处理各个环节的完整的理论体系。正是由于我国在CP网的部分理论方面还不够成熟，而这些问题亟待解决以指导高速铁路建设，本文对CP网外业测量及内业数据处理过程进行系统的阐述，对CP网的平差原理及平差过程进行详细的阐述，对CP网区段搭接问题进行深入的研究，并且通过对CP网外业实测数据进行实例分析来说明CP网内业平差处理的详细步骤，借此希望能为我国的高铁建设

33、做出一定的贡献。第二章 CP平面网的外业测量及采集软件简介2.1 CP平面网的特点及外业测量原理2.1.1 CP平面网的特点CP控制网是起闭于基础平面控制网（CP）或者线路平面控制网（CP），CP控制网具有图形强度高、规律性强和易于进行观测前的精度估算等特征。CP控制网的特点主要有以下几点：（1）由于高速铁路线路一般比较长，大多数线路在几百公里甚至上千公里，因此CP控制网中控制点的数量极多，标准的CP网形每公里为16对点，。（2）CP控制网是一个三维控制网，且平面网和高程网彼此独立。（3）控制点的位置、标志与传统测量有很大的不同，CP控制点为空间中的某一点，而且具有强制对中标志。（4）CP控制

34、网的测量方法与传统的测量方法也有很大的不同，在传统的测量方法下，平面控制网的测量方法一般为边角测量，而CP控制网的测量方法为自由测站边角交会测量。（5）传统的测量方法中，平面控制网多采用全站仪进行测量，而在CP控制网的测量作业中，传统的全站仪已不能满足测量工作的需要，多采用精度更高的测量机器人，测量机器人具有马达驱动、独立的视觉系统，常用的测量机器人有Leica TCA2003、Leica TCRA1201等；在高程测量中，CP高程网一律采用电子水准仪，如Trimble DiNi12、Leica DNA03等。（6）CP平面网测量中，测站及测点均采用强制对中，测点标志要求具有互换性和重复安装性

35、。（7）由于CP控制网应用在高速铁路中，而高速铁路主要关心的是垂直于线路方向的精度，因此，CP平面控制测量中，纵向精度较高，而横向精度相对于纵向精度来说不高。一般来说，CP控制点的纵向间距一般为60m，横向间距为11m（车站除外），这就保证了CP控制网有很高的图形强度以及规律性；CP点位空间中某一位置，设置有强制对中标志；CP标志可分为三部分：预埋件、连接件以及棱镜，在进行外业观测时，所使用的连接件以及棱镜的标准应尽量统一，以避免因为硬件的标准不一致而造成不必要的观测错误。2.1.2 CP平面网的外业测量过程CP平面控制网的外业测量是基于智能全站仪实现的，CP控制网是一个规则的矩形网，通过自由

36、测站边角交会法，我们可以逐步完成对整个CP平面控制网的测量，其具体测量过程如下：图2-1 CP网平面测量示意图（1）将脚架大概摆放在如图所示的A点位置，只整平不对中，作为CP平面控制网平面观测的第一个测站，在第一测站上只需要观测2对CP控制点，智能全站仪只需要观测CP控制点的水平距离、方向。（2）将智能全站仪搬站至距离A点大概120m的B点处，以此处作为第二测站的测站点，第二测站需要观测后面1对CP控制点和前面3对控制点，共需要观测4对CP控制点。（3）智能全站仪搬站至距离B点约为120m的C点处，以此点作为CP平面控制网平面控制测量的第三测站，第3个测站所需要观测的CP控制点前后各3对，总计

37、有6对CP控制点需要观测。（4）按照这种方法,，将测站搬站至D点，重复以上观测过程，每个测站均观测6对CP控制点，在观测过程中，若在该测站能看到CP控制点，则联测CP控制点；逐步测量下去，直到完成对该区段所有CP控制点的观测，并保证每个CP控制点至少被观测3次。以上是对各区段CP控制网观测的整体步骤，在各个测站上的具体观测步骤如下：（1）仪器整平后，采用全圆观测的方法，先盘左观测所有CP控制点，此时，智能全站仪已记下所要观测的所有CP控制点的位置。（2）智能全站仪自动观测该测站剩余的观测任务，根据仪器的精度不同，所需观测的测回数也不同：如果使用0.5的智能全站仪进行观测，至少需要观测2个测回；若是使用1的智能全站仪进行观测，则至少需要连续观测3个测回，根据工程的特殊要求，所需观测的测回数还可能会有一定的增加。在对CP控制网进行复测时，由于我们已经有之前各个CP控制点的坐标，考虑到CP控制点的点位只要没有特殊原因不会有太大的位置变化，我们可以在CP平面控制网复测前，提前将所需要观测的CP控制网中所有的CP控制点坐标导入智能全站仪中，这样，在自由测站边角交会法进行外业测量中，每个测站上只需要观测3个CP控制点的水平距离以及方向值就可以解算出测