高速铁路轨道控制网CPIII测量中铁一院西宝线基础培训材料

高速铁路轨道控制网CPIII测量中铁一院西宝线基础培训材料第1页/共97页1.无砟轨道的特点与轨道工程控制标准第2页/共97页无砟轨道的特点与轨道工程控制标准1.1无砟轨道的特点1.2轨道工程几何尺寸控制标准第3页/共97页无砟轨道的特点-1传统的有砟轨道主要采用的是天然道砟材料，其均一性较差，在列车荷载作用下道床肩宽、砟肩堆高、道床边坡、轨枕间距及轨枕在道床中的支撑状态相对易发生变化，导致轨道几何尺寸发生变形，结构稳定性和恒定性较差。随着列车速度的提高，有砟轨道在列车荷载作用下，会产生道砟颗粒磨耗、粉化、相对错位等问题，引起结构大变形，严重影响结构的耐久性，显著增加维修工作量和维护费用。列车在高速行驶中会产生空气动力效应，使道床上的道砟飞溅，增加了运行安全隐患。第4页/共97页无砟轨道的特点-2高速铁路客运专线无砟轨道是以钢筋混凝土或沥青混凝土整体式道床取代散粒体道砟道床的轨道结构，与有砟轨道相比,无砟轨道主要具有以下特点：(1)轨道稳定性、连续性好，轨道几何形位能持久保持，线路养护维修设施和工作量显著减少；(2)耐久性好，轨道使用寿命长(60年以上)；(3)对轨道的平顺性要求高，线路中线必须具备准确的几何线性参数，无砟轨道铺设工艺复杂、精度要求高，误差必须保持在毫米级的范围内；(4)轨道扣件调整量小，一旦基础变形下沉，修复比较困难，要求有坚实、稳定的基础；(5)道床整洁美观，无道砟飞溅带来的一系列问题。第5页/共97页无砟轨道的特点-3无砟轨道结构因其高平顺性和少(免)维修的优点，在国外高速铁路上获得了广泛应用，德国、日本以及台湾二十世纪90年代后期修建的高速铁路无砟轨道比例已接近100%，法国也进行了大量无砟轨道试验，目前中国各类无砟轨道铺设长度已达4000多公里。单元式轨道板。近年来，欧洲国家正在开发一种钢轨埋入式的无砟轨道。德国旭普林双块式

德国雷达2000双块式

无砟轨道主要有两大类，一类是轨枕埋入式，如德国雷达型、旭普林型，一类是板式，如德国博格板式、日本框架式轨道板、第6页/共97页无砟轨道的特点-4德国博格轨道板日本框架式单元轨道板日本单元式轨道板纵联式双向预应力混凝土轨道板

第7页/共97页轨道工程几何尺寸控制标准-1平顺性：平顺性是最终评价轨道几何状态的指标，平顺性评价指标中包含了内部几何精度和外部几何精度两大项内容，平顺性指标直接决定了列车运行速度，旅客乘坐的舒适度。为了轨道最终的验收和评价，轨道的几何状态必须通过内部几何精度和外部几何精度来评定。只有充分的理解和区分这两项指标，才能够理解施工环节中各个测量工序，才能够对轨道几何状态进行评价。内部几何精度：轨道的内部几何精度表述了钢轨的几何状态，是由相邻轨道点的相对位置关系之间的连续性确定的。内部几何精度是通过相对精度来评估。轨道的内部几何精度的好坏，直接影响轨道的质量（舒适性、速度、磨损度）。外部几何精度：轨道的外部几何精度包含轨道在空间内的平面位置和高度。外部几何精度是通过绝对精度来评估。<基本概念>第8页/共97页线路平顺性指标：线路平顺性指标主要包括轨距、高低、轨向、水平和扭曲等轨道静态参数。轨道几何状态检测仪：铁路轨道几何状态检测仪简称轨检仪，也叫轨道检测小车，是一种通过CPIII控制网、智能型全站仪、倾角及轨距传感器和专用测量软件,能够自动检测线路中线坐标、轨顶高程和轨距、高低、轨向、水平和扭曲等轨道静态参数，并自动进行记录整理的智能化轻型轨道检测设备。轨道工程几何尺寸控制标准-2第9页/共97页轨道工程几何尺寸控制标准-3GDEOCE轨道几何状态测量仪第10页/共97页安博格轨道几何状态测量仪轨道工程几何尺寸控制标准-4第11页/共97页轨道工程几何尺寸控制标准-5客运专线高速铁路由于行车速度高、建设标准高、要求无砟轨道具有良好的稳定性、连续性和高平顺性，相关规范对于200km/h以上铁路轨道静态平顺度均制定了较高的精度标准。如《高速序号项目无砟轨道允许偏差检测方法1轨距±1mm相对于1435mm1/1500变化率2轨向2mm弦长10m2mm/8a（m）基线长48a（m）10mm/240a（m）基线长480a（m）3高低2mm弦长10m2mm/8a（m）基线长48a（m）10mm/240a（m）基线长480a（m）4水平2mm—5扭曲（基长3m）2mm—6与设计高程偏差10mm—7与设计中线偏差10mm—铁路工程测量规范》规定铺设精度应达到右表中的要求：注：1.表中a为轨枕/扣件间距；2.站台处的轨面高程不低于设计值。第12页/共97页高低轨向水平扭曲（基长3m）轨距变化率幅值（mm）2222±1mm1/1500弦长（m）10—高速铁路道岔（直向）静态平顺度允许偏差综合我国和德国的验收标准，无砟轨道铺设的控制测量精度可采用以下两种验收要求：(1)以10m弦量测，轨道的方向偏差为2mm，纵向高低偏差为2mm，即2mm/10m；(2)以150m弦量测，轨道的方向偏差为10mm，纵向高低偏差为10mm，即10mm/150m。轨道工程几何尺寸控制标准-6第13页/共97页轨道工程几何尺寸控制标准-7由此可见，无砟轨道的施工测量必须要达到高精度的要求，才能满足轨道的静态平顺性指标，而我国传统的有砟轨道的施工方法是无法满足当前客运专线无砟轨道的精度要求的。因此，要建设好一条高速铁路就必须有一套完整的高精度的控制测量体系，包括工程控制网的建立、轨道安装测量、轨道精调测量和固定及测量人员对轨道实际几何参数进行检查等内容。高精度的控制网是以必要的精度对轨道进行平面和高程精调的基础。第14页/共97页2.轨道控制网网形与施测方案设计第15页/共97页轨道控制网网形与施测方案设计2.1高速铁路工程控制网基本概念2.2CPⅢ在施工、运营中的重要作用2.3CPⅢ控制网的特点2.4CPⅢ目标组件及其埋设2.5CPⅢ轨道控制网测量实施方案2.6中铁一院CPⅢ数据采集系统的功能与特点第16页/共97页2.1高速铁路工程控制网基本概念第17页/共97页高速铁路工程控制网基本概念-1CP0(基础框架平面基准网)为满足线路平面控制测量起闭联测的要求，沿线路每50km左右建立的卫星定位测量控制网，作为全线勘测设计、施工、运营维护的坐标基准。CP0控制网与IGS参考站或国家A、B级GPS点进行联测，通过逐级控制形成铁路工程控制网。工程独立坐标系为满足铁路工程建设要求采用的以任意中央子午线和高程投影面进行投影而建立的平面直角坐标系。边长投影在对应的线路轨道设计高程面上，投影长度的变形值不大于10mm/km。第18页/共97页CPⅠ(基础平面控制网)在基础框架平面控制网（CP0）或国家高等级平面控制网的基础上，沿线路走向布设，约4KM一对（个），在勘测阶段按GPS静态相对定位原理建立，为线路平面控制网起闭的基准。CPⅡ(线路平面控制网)在基础平面控制网(CPⅠ)上沿线路附近布设，为勘测、施工阶段的线路平面控制和轨道控制网起闭的基准。可用GPS静态相对定位原理测量或常规导线网测量，在勘测阶段建立。点间距为400～800m左右，测量精度为GPS三等网或三等导线。高速铁路工程控制网基本概念-2第19页/共97页三网合一高速铁路工程测量的平面、高程控制网，按施测阶段、施测目的及功能可分为勘测控制网、施工控制网、运营维护控制网。为了保证勘测、施工、运营维护各阶段平面测量成果的一致性，时速200公里及以上铁路的“三网”应建立统一的平面、高程控制基准，即三网合一。也就是各阶段平面控制测量应以基础框架平面控制网（CP0）为起算基准，高程控制测量应以线路水准基点控制网为起算基准。高速铁路工程控制网基本概念-3第20页/共97页高速铁路工程控制网基本概念-4CPⅢ（轨道控制网）沿线路布设的三维控制网，起闭于CPⅠ或CPⅡ，点间距为纵向60m左右、横向为线路结构物宽度，为无砟轨道施工和运营维护的基准。CPⅢ网一般采用自由设站边角交会法测量，一般在线下工程施工完成后施测，要求相邻点平面相对精度优于1mm，同精度复测较差优于3mm。第21页/共97页2.2CPⅢ在施工、运营中的重要作用第22页/共97页CPⅢ轨道控制网作为无砟轨道铺设和日后无砟轨道运营维护的控制基准，贯穿于无砟轨道施工与运营维护整个过程。与普速铁路相比，无砟轨道对轨道的平顺性要求更高，要求线路中线必须具备准确的几何线性参数，铺设工艺复杂、要求误差必须保持在毫米级的范围内。1、无砟轨道施工测量中的绝对定位精度序号项目无砟轨道1与设计高程偏差10mm—2与设计中线偏差10mm—CPⅢ重要作用-1第23页/共97页由此可知，为了保证轨道铺设绝对定位精度符合限差的要求，无砟轨道施工测量中的底座板/支撑层定位测量、双块式轨排粗调和精调/轨道板安装测量以及轨道安装和精调测量等环节必须要达到较高的精度要求，而施工测量的高精度又必须依赖于轨道控制网(CPⅢ)的高精度。因此，轨道控制网(CPⅢ)作为轨道定位与安装的基础，为了确保施工测量过程中轨道与设计线路的偏差满足一定的要求，我国规范对轨道控制网(CPⅢ)的绝对定位精度制定了较高的精度要求，如要求平面定位精度优于2mm，同精度复测较差优于3mm；高程定位同精度复测较差优于3mm。CPⅢ重要作用-2第24页/共97页2、无砟轨道施工测量中的相对定位精度序号项目无砟轨道允许偏差检测方法1轨距±1mm相对于1435mm1/1500变化率2轨向2mm弦长10m2mm/8a（m）基线长48a（m）10mm/240a（m）基线长480a（m）3高低2mm弦长10m2mm/8a（m）基线长48a（m）10mm/240a（m）基线长480a（m）4水平2mm—5扭曲（基长3m）2mm—注：表中a为轨枕/扣件间距CPⅢ重要作用-3第25页/共97页综合我国和德国对无砟轨道铺设的控制测量精度的验收要求如下：(1)以10m弦量测，轨道的方向偏差为2mm，纵向高低偏差为2mm，即2mm/10m；(2)以150m弦量测，轨道的方向偏差为10mm，纵向高低偏差为10mm，即10mm/150m。由此可见，无砟轨道施工完成后在保证轨道绝对定位精度满足相关要求后，需要对轨道进行精调测量和固定以及对轨道实际几何参数进行检查，以确保无砟轨道的平顺性满足列车高速运行要求，这些工作均依赖于轨道控制网(CPⅢ)的高精度。因此，轨道控制网(CPⅢ)作为轨道平面和高程精调的基础，为了确保施工测量和运营维护过程中轨道的平顺性，我国规范对轨道控制网(CPⅢ)在相对定位精度方面制定了较高的精度要求，如要求相邻点平面相对精度优于1mm；相邻点高程相对精度优于0.5mm；同精度复测较差优于3mm。CPⅢ重要作用-4第26页/共97页利用CPIII和测量小车进行工具轨法施工测量CPⅢ重要作用-5第27页/共97页利用CPIII和测量小车进行工具轨法施工测量CPⅢ重要作用-6第28页/共97页无砟轨道交付使用之后，随着运营的开始，部分路基或者桥梁会出现变形和沉降以及动荷载作用等多种原因导致了轨道几何形态发生了变化，当变化量超过一定的程度之后，就会对行车安全造成影响。因此，必须在动检车对于整条线路完成检测之后，对于变化量大的地方，利用轨道控制网CPIII和轨检小车进行精确调整，保证轨道的平顺性。部分既有线路的提速和新建有砟轨道以及站场内有砟轨道也开始利用轨检小车进行测量，然后导出测量报告，指导捣固机进行起道、拨道作业。CPⅢ重要作用-7第29页/共97页利用CPIII和测量小车进行轨道运营维护CPⅢ重要作用-8第30页/共97页利用CPIII和捣固机进行工务养护CPⅢ重要作用-9第31页/共97页鉴于轨道控制网(CPⅢ)贯穿于施工测量与后期运营维护整个过程，要求我们必须加倍重视轨道控制网(CPⅢ)的建立、施测与数据处理全过程。因此，要成功地建设无砟轨道，就必须有一套完整、高效且非常精确的测量系统。这就要求我们必须对高速铁路无砟轨道测量全套技术进行广泛而深入的研究与探索，积累丰富的工程实践经验。充分重视轨道控制网(CPⅢ)的建设，对CPⅢ测设工作进行统一管理、统一测量与平差标准、统一组织复测与验交，并能充分考虑到施工测量和日后运营维护的需要，从而更好的为工程建设服务。CPⅢ重要作用-10第32页/共97页2.3CPⅢ控制网的特点第33页/共97页控制的范围长。线路有多长，控制网的长度就有多长。控制点数量众多。沿线路方向通常每公里有16对即32个控制点。精度要求高。要求相邻点平面相对精度优于1mm，相邻点高程相对精度优于0.5mm，平面和高程同精度复测较差均优于3mm。是一个平面位置和高程位置共点的三维控制网。目前CPⅢ三维网平面和高程是分开测量后合并形成共点的三维网，但其使用时却是平面和高程同时使用的。控制点的位置、CPⅢ测量标志较传统控制测量有很大不同。控制点通常设置在接触网杆上（路基部分）、防撞墙上（桥梁部分）和围岩上（隧道部分）。CPⅢ测量标志通常由永久性的预埋件、平面测量杆、高程测量杆和精密棱镜组成。施测方法与国内测量方法显著不同。传统的边角网测量仪器都是架设在控制点上进行观测，距离必须进行往返观测，但CPⅢ平面网却采用自由设站进行边角交会测量，而其距离只能进行单程观测。CPⅢ控制网的特点-1第34页/共97页图形规则对称，多余观测数多，可靠性强。是一个标准的带状控制网，其纵向精度高、横向精度略差。控制网的使用较传统方法有很大不同。首先是采用自由测站后方边角交会测量的方式确定测站点的三维坐标，然后用三维极坐标测量的方式进行双块式无砟轨道和长钢轨的粗调、精调和精测以及轨道的维护管理等。CPⅢ的三维坐标点是一个虚拟的控制点，其对应的位置是CPⅢ目标组件中棱镜的几何中心。实测高程位置一般与平面位置并不重合。CPⅢ控制网的特点-2第35页/共97页2.4CPⅢ目标组件及其埋设第36页/共97页目标组件-1CPⅢ目标组件：轨道控制网（CPⅢ）点的实际空间物理位置的反射目标，由反射棱镜、预埋件和连接件组成，反射棱镜应有相应的资质认证，预埋件和连接件应采用抗腐蚀、耐磨的材料制成，且需易于保护。CPⅢ测量标志几何尺寸的加工误差重复性安装误差互换性安装误差精度指标±0.01mm～±0.05mm±0.3mm±0.3mm德国棱镜组件与销钉(郑西客专)国产球形棱镜与预埋件(哈大客专)

注：CPⅢ测量标志重复性安装误差和互换性安装误差，指的是X、Y、H三方向的误差应均小于±0.3mm。第37页/共97页测量点的定义采用不同类型的目标组件时，CPⅢ控制点平面坐标和高程点在目标组件上定义的位置不同。球形棱镜定义球形棱镜的球心既是平面坐标点又是高程点；德国棱镜组件定义的平面坐标点是标识螺栓的前边缘中心点,高程点是标识螺栓前端的上边缘。定义平面坐标定义高程点德国棱镜组件轨道标记点的定义目标组件-2

CPⅢ网是一个平面位置和高程位置共点的三维控制网，目前CPⅢ三维网平面和高程是分开测量后合并形成共点的三维网，但其施工测量过程中使用时却是平面和高程同时使用的。第38页/共97页目标组件-3中铁一院平面连接件中铁一院高程连接件中铁一院平面组件及预埋件第39页/共97页目标组件-4定义高程点三维放样应归算到的高程位置

中铁一院目标组件分为平面测量组件和高程测量组件。平面坐标的定义点是AL402SIN型反射棱镜的中心，高程点的定义点是高程测量连接件前端球体的上顶面。施工测量使用时应将实际测量高程点减去10mm(球体半径)归算到棱镜中心。定义平面坐标同一铁路项目CPⅢ控制点平面坐标、高程点应定义相同，以便于不同区段CPⅢ控制网之间进行搭接测量和后期运营维护测量。第40页/共97页测量标志的埋设路基地段，预埋件埋设在路基接触网基座上专门为设置CPⅢ控制点埋设的立柱内侧；桥梁地段,简支梁桥预埋件一般埋设在桥梁固定支座端防撞墙顶面，大跨连续梁上应尽量避开跨中位置和活动端，若跨度大于80米，应在跨中部增设CPⅢ点；隧道地段，预埋件埋设在电缆槽顶面以上30~50厘米的边墙内衬上或电缆槽边墙两侧。路基地段埋设方法埋设-1第41页/共97页桥梁地段埋设方法隧道地段埋设方法轨道控制网CPIII点沿线路布置时纵向间距宜为60m左右，且不应大于70m，两侧相对的两点之间允许的最大里程差不超过1米，横向间距不超过结构宽度。CPⅢ点布设高度应与轨道面高度保持一致的高度间距，其高度应在设计轨道顶面以上30cm

的地方。埋设-2第42页/共97页CPⅢ测设范围内有杨凌南站、岐山站和宝鸡南站三个车站。在车站范围内因为股道较多、同期施工的其他工程较多，应该根据施工进度将CPⅢ点设在雨棚柱基础上、站台边墙上或单独埋设CPⅢ的标志桩，在同一个车站形式应统一，要保证标志点的稳定性。车站范围CPⅢ点的布设埋设-3第43页/共97页CPⅢ编号-1CPⅢ点编号共7位数，前4位采用四位连续里程的公里数，第5位正线部分为“3”，第6，7位为流水号，01～99号数循环。由小里程向大里程方向顺次编号，所有处于线路里程增大方向轨道左侧的标记点，编号为奇数，处于线路里程增大方向轨道右侧的标记点编号为偶数，在有长短链地段应注意编号不能重复。CPⅢ点编号路基地段标绘于辅助立柱内侧，标志正下方0.02m；桥梁地段统一标绘于防撞墙内，顶面下方0.02m；隧道地段标绘于标志正上方0.02m。点号标志采用白色油漆抹底，红色油漆喷写点号。点号标牌规格为50cm×20cm，注明CPⅢ编号及“测量标志，严禁破坏”字样，喷写时使用统一规格的字模、字高。第44页/共97页CPⅢ编号-2第45页/共97页2.5CPⅢ轨道控制网测量实施方案第46页/共97页CPⅢ控制网测量的准备工作-1线下工程沉降和变形评估。无砟轨道对线下基础工程的工后沉降要求非常严格，CPⅢ控制网测量应在线下工程沉降和变形满足要求且通过沉降评估后开展。精测网全面复测。根据《高速铁路工程测量规范》（TB10601-2009）要求，CPⅢ建网前，应对全线CPⅠ基础平面控制网、CPⅡ线路平面控制网和线路水准基点进行全面复测。CPⅡ控制网及二等水准基点加密。为满足CPⅢ控制网测量联测的需要，CPⅢ建网前，应对CPⅡ控制网、二等水准基点进行同精度加密。CPⅢ平面网建网前应保证沿线路方向每隔400～800m左右有一个CPⅠ或CPⅡ控制点可供CPⅢ平面网联测，不满足间距条件时应按GPS三等测量的技术要求加密CPⅡ控制点。CPⅢ高程网建网前应保证2km线路长度范围内至少有一个稳定可用的线路水准基点，不满足间距条件时应按二等水准测量的要求加密水准基点。第47页/共97页线下工程平面线位复测。对竣工的线下工程在铺设无砟轨道前应进行线路中线贯通测量，提前处理施工引起的误差，为高精度铺设无砟轨道奠定良好的基础。CPⅢ观测条件的保证。CPⅢ数据采集时必须高度重视外部观测条件的影响。CPⅢ观测时，作业现场应无明显震动、灰尘、光源，观测视线无遮挡物及无交叉施工干扰。CPⅢ观测应选择在阴天或夜间进行，在大风、雨雪天气以及霜冻或水雾较大时均不应进行观测。CPⅢ施测单位及人员资质要求。测量单位必须具有甲级测绘资质和客运专线CPⅢ控制网测量案例，作业人员须有国家测绘部门颁发的测量资质且具有无砟轨道CPⅢ施测经历或通过专业的CPⅢ数据采集及数据处理培训。测量仪器要求。CPⅡ加密与线路水准基点的加密测量，以及CPⅢ网测量所采用的测量仪器设备须经过正规仪器检定部门的检定，并在有效检定期内。作业前和作业期间应按《高速铁路工程测量规范》中的规定进行必要的检校，仪器作业的技术要求应符合规范的规定。CPⅢ控制网测量的准备工作-2第48页/共97页仪器设备配置-1仪器配置原则和要求(1)配置测量仪器时，应充分利用既有设备；(2)CPⅢ测量全站仪应开放相应的通信端口，并能与数据采集软件、平差处理软件、轨道安装、轨道精调软件相互兼容；(3)应采用具有目标自动跟踪锁定功能的测量机器人型高精度智能全站仪；(4)应具备测量效率高、技术先进、性能稳定、抗干扰能力强的特点。TCA2003TCA1201+系列天宝S系列DNA03DiNi03第49页/共97页仪器设备配置-2仪器类型方向中误差测距仪标称精度备注全站仪≤1″≤1mm+2×10-6具备自动测量功能仪器类型水准仪每千米水准测量偶然中误差水准仪≤1mm/km设备类型精度指标精度要求棱镜组件重复性安装误差和互换性安装误差≤0.3mm温度计温度测量误差≤0.5℃气压计气压测量误差≤50Pa水准标尺整体因瓦水准标尺脚架木质脚架尺垫重量不应低于3kg轨道控制网CPⅢ测量的仪器、设备和配件要求第50页/共97页全站仪检校-1望远镜光学性能的检验。调焦镜运行正确性的检验。照准部旋转是否正确的检验。照准部旋转轴正确，各位置气泡读数较差不应超过1格。垂直微动螺旋使用正确性的检验。垂直微动螺旋在使用时，视准轴在水平方向上不产生偏移。照准部旋转时仪器底座稳定性的检验。照准部旋转时，0.5″和1″级仪器基座位移不应超过0.3″。水平轴倾斜误差（水平轴不垂直于垂直轴之差）的检验，0.5″和1″级仪器不应超过10″。视准轴误差（2C，视准轴不与水平轴正交所产生的误差）的检验，0.5″和1″级仪器不应超过20″。光学（或激光）对点器的检验。对点器的对中误差不应大于1mm。仪器测距加常数、乘常数及棱镜常数的检验。第51页/共97页水准仪光学性能的检验。调焦镜运行正确性的检验。水准仪水准器的检校。标尺上圆水准器的检校。数字水准仪补偿误差的检校。补偿误差不超过0.2″。标尺分划面弯曲差的检校。分划面弯曲差不超过4mm。标尺名义米长及分划偶然中误差的检校。中误差不超过0.15mm。i角检校。每天开测前均需利用仪器随机检校程序对水准仪i角进行检校。i角误差不得超过15″。水准仪检校-2第52页/共97页CPⅢ平面观测网形-1对于这种形式的控制网测量，之前在国内未曾见到。这种方法的建网形式在德国被称为轨道设标网(GVN)。在我国经专家论证给它确定的名称是自由设站边角交会法，建立的网称为轨道控制网(CPⅢ)。采用自由设站边角联合观测方法，即：采用全站仪自由设站的测量模式对相邻的多个CPⅢ控制点进行多个测回的采集CPⅢ控制点的方向和边长信息。对于相邻测站，将重复观测3～4对CPⅢ点，以保证每个CPⅢ点都能被至少三组不相关的观测量所确定，从而可使相邻CPⅢ控制点之间达到极高的相对精度，满足无砟轨道铺设高平顺性的要求。轨道控制网(CPⅢ)沿线路左右两侧成对设置，点对间距约60～70m，两点横向距离15m，要求相邻点平面相对精度优于1mm，同精度复测较差优于3mm。第53页/共97页CPⅢ平面观测网形-2CPⅢ观测方法—自由设站边角交会法12个棱镜120m设站8个棱镜60m设站第54页/共97页CPⅢ平面观测网形-3CPⅢ观测方法—三联架法三联架法同自由设站法的差别在于每个测站除了观测6对CPⅢ外，还要观测前后设站点，其中后视点和测站使用前一测站及其前视点的三脚架和基座。第55页/共97页CPⅢ与高级控制点的联测轨道控制网(CPⅢ)与高级控制点的联测方法

轨道控制网(CPⅢ)附合于CPI/CPII或加密的高级控制点，一般情况下应相隔400～800m在2～3个自由测站点上与高级控制点进行方向、边长联测，以传递坐标和控制误差积累。第56页/共97页CPⅢ平面网可根据施工需要分段测量，分段测量的区段长度不宜小于4km，区段间重复观测不应少于6对CPⅢ点，每一独立测段首尾必须封闭。区段接头不应位于车站范围内。CPⅢ平面网测段及测段衔接网型如下图所示。CPⅢ平面网重叠测段衔接网型示意图CPⅢ重叠测段衔接第57页/共97页CPⅢ高程观测网形-1CPⅢ高程网观测方法

CPⅢ高程网按精密水准测量的作业要求进行施测。CPⅢ高程网测量起闭于二等水准基点，且一个测段应至少与3个二等水准点进行联测，以形成检核。

测量模式有德国测量方法和矩形法。这两种测量模式每3或4个相邻CPⅢ点均可构成一个独立且不相关闭合环，可对其闭合差进行检核。轨道控制网CPⅢ高程网外业观测成果的质量评定与检核内容应包括：测站数据、水准路线数据检核和每千米水准测量高差的偶然中误差。当CPⅢ水准网的环数超过20个时还要进行每千米水准测量的高差全中误差的计算。第58页/共97页CPⅢ高程观测网形-2CPⅢ高程网往测水准路线示意图CPⅢ高程网返测水准路线示意图CPⅢ高程网往返观测形成的闭合环示意图德国测量方法第59页/共97页CPⅢ高程观测网形-3CPⅢ高程网矩形法测量原理CPⅢ高程网单程观测形成的闭合环矩形法第60页/共97页外业数据采集-1轨道控制网(CPⅢ)平面外业数据采集

CPⅢ控制网外业观测应待线下工程沉降和变形满足要求、无砟轨道铺设条件评估通过后进行。CPIII数据采集与平差中使用的相关软件应经过铁道部建设主管部门组织的鉴定与审批。1、作业人员应对仪器与CPIII测量软件各部件的性能、作用及操作程序、方法、技术要求等全面了解后，方能独立作业，作业人员不得离开仪器或棱镜。2、平面观测宜安排在夜间或阴天进行。夜间观测时应注意视线方向不能有强光直射，且测站附近不能有震动干扰。3、测量前，应预先将仪器、气压表、温度计打开，使与外界相适应，经过一段时间后再观测。读取气象元素时，气压表应置平，防止指针搁滞，温度计须悬挂在离地面约1.5m左右或与仪器近似同高，不受阳光直射、受辐射影响小和通风良好的地方。每一测站应对测量的距离进行气象改正。温度读至0.2℃，气压读至50Pa。操作流程与注意事项如下：第61页/共97页外业数据采集-24、进行CPIII观测。首先要配置全站仪，对全站仪进行自动检校、开启自动照准功能、精测距模式、补偿器，正确设置棱镜常数和气象参数；按照规范要求设置观测限差；进行测站设置后开始学习测量，学习测量过程中应正确输入各CPIII点号；学习完毕后进行自动测量，测量过程中严格控制数据采集质量，对不合格的观测值重新测量直至合格为止。若长时间测量不合格，需检查温度、气压是否发生变化，若已发生变化，需输入当前的气象参数，并将整个测站返工重测。5、置于CPⅢ控制点上的棱镜杆与预埋件应完全套合连接，并应确保棱镜在棱镜杆上安装到位后正对全站仪。观测人员须待棱镜正确安置后方可进行测量。6、测量开始后，应在现场认真填写CPⅢ平面网自由测站的外业测量记录，不允许事后补填。外业记录内容包括：天气状况、温度、湿度、气压、CPIII点号与观测顺序、示意图上的CPIII点的相互关系以及点号输错问题与其他异常情况。待外业测量完成后，外业测量记录与测量数据一并上交。7、观测时尽量避免施工干扰。棱镜内不能有任何遮挡，务必保证所有目标点都能通视，并且附近没有反光马甲或其他类似的反光表面。8、定时对仪器的工作状况进行检查，避免观测出现系统误差。第62页/共97页外业数据采集-3仪器等级半测回归零差测回内2C互差同一方向归零后方向值较差2C误差正倒镜距离较差各测回距离较差0.5″或1″±6″±9″±6″±15″±1mm±1mmCPⅢ高程控制网观测时，应将标志螺栓旋紧安装在预埋件中，将水准尺轻放在标志螺栓前端的上边缘。观测方法按德国中视法和矩形法均可。观测时水准仪安置在相邻CPⅢ点对中间，电子水准仪存储卡上的观测数据及时进行存储备份，避免数据丢失。点号输错问题与其他异常情况应现场记录。等级水准尺类型水准仪等级视距/m前后视距差/m测段前后视距累积差/m视线高度/m精密水准因瓦DS1DS05<=60<=2.0<=4.0下丝读数>=0.3CPⅢ平面观测精度要求CPⅢ高程观测精度要求注：DS05表示每千米水准测量高差中误差为±0.5mm。轨道控制网(CPⅢ)高程外业数据采集第63页/共97页2.6中铁一院CPⅢ数据采集系统的功能与特点第64页/共97页中铁一院CPⅢ数据采集系统-1是一款专门基于智能型全站仪进行客运专线无砟轨道铁路施工中轨道控制网(CPⅢ)测量数据采集与外业质量控制而设计的自动化观测软件。系统以确保外业数据采集质量，内业无缝数据处理，减少工作人员劳动强度，提高工作效率为中心进行指导设计。我院CPⅢ采集软件有以下三款：LeicaDMS(TCA2003，机载)、LeicaDMS-PDA(支持所有Leica智能型全站仪，PDA)、TrimbleDMS(支持TrimbleS6/S8)。中铁一院CPⅢ采集软件—CPⅢ精密控制测量数据采集系统全站仪与PC串行通信线PDALeica全站仪RS232通信线串口通讯计算机移动数据采集系统数据处理系统机载数据采集系统基于Leica仪器的CPⅢ采集系统基于Trimble仪器的CPⅢ采集系统第65页/共97页中铁一院CPⅢ数据采集系统-2CPⅢ外业测量数据自动化采集第66页/共97页中铁一院CPⅢ数据采集系统-3CPⅢ采集软件功能与特色1、文档管理功能。系统按工程项目进行管理和处理，对采集过程中生成的过程文件和成果文件均在所创建的工程项目中进行统一的管理，既方便用户使用，也便于存档和调阅。系统还对原始观测数据进行了加密，防止人为对测量成果的改动，保证测量成果的可靠。2、数据通信功能。系统实现了与不同仪器进行串口通信的功能，通过PDA可控制全站仪进行测量，同时全站仪测量的数据也可传回到PDA进行计算分析与存储。3、数据质量控制。系统可按不同的测量精度要求灵活设置限差，并在测量过程中每半测回、一测回与测站观测完成时，对各项限差进行实时检核，保证测量成果的正确可靠。4、数据采集自动化与智能化。系统在数据采集过程中无需人工照准和干预，通过内部计算可实现相邻测站重复目标点的自动寻找，完全实现了测量过程的自动化与智能化。5、完整的输出成果。系统输出最终的合格观测数据以及所有中间文件，与中铁一院开发的“CPⅢ精密控制测量数据处理系统”可实现内外业一体化处理。第67页/共97页3.CPI/CPII与CPⅢ的关系第68页/共97页由于CPⅢ网起闭于CPI/CPII控制网，一般情况下应相隔一定的间隔在2～3个自由测站点上与CPI/CPII控制点进行方向、边长联测，以传递坐标和控制误差积累。CPⅢ与CPI/CPII的联测关系CPI/CPII与CPⅢ的关系-1第69页/共97页为了保证CPⅢ网定位的绝对精度和相邻点间的相对精度，CPI/CPII控制点的分布、密度与精度必须进行严格控制。若CPI/CPII控制点的联测间隔为1km时，中间最弱点位中误差约为3.1mm；联测间隔为2km时，中间最弱点位中误差约为6.5mm，均无法满足施工测量的绝对定位精度；若联测距离小于500m，高级点之间可能会存在不兼容性，从而降低CPⅢ控制点之间的相对精度，导致无砟轨道铺设长波平顺性不满足要求。因此，为了满足CPⅢ可重复性测量精度3mm的要求和绝对定位的精度要求，CPⅢ点位中误差不应大于2mm，这就需要CPI/CPII控制点的联测间隔控制在600m左右，且距线路中线的横向距离不大于200m。CPI/CPII与CPⅢ的关系-2CPⅢ网在不同区段、不同标段之间存在搭接处理时，为了保证搭接区平顺过渡，不仅需要各区段外业测量和内业处理精度满足规范要求外，还需要在接头处CPI/CPII同精度扩展时必须进行整网平差，并要求接头处CPI/CPII点距离线路中线的横向距离不超过100m，否则将会导致搭接段CPⅢ精度无法满足无砟轨道静态平顺性的要求。第70页/共97页为了保证CPⅢ网精度的可靠性和均匀性，CPⅢ测量前必须对CPⅠ、CPⅡ控制网进行复测，采用复测后合格的控制点成果进行CPⅢ控制网测量；且路基地段CPⅢ测量前还需对不满足400~800m密度和CPⅢ联测要求的CPI/CPII控制点按同精度内插方式进行扩展；桥梁地段需要将所有桥下CPI/CPII控制点按同精度内插方式进行扩展加密到桥上。因此，CPⅢ网要想达到规范要求的相对精度和重复测量精度，不仅需要外业数据具有极高的内符合精度，而且高等级控制点的密度和精度也是非常重要的。最后，在CPⅢ网测量过程中，CPI/CPII点的分布和密度也往往不能满足CPⅢ测量的需要，CPI/CPII控制点的同精度扩展工作量很大，其构网网形、计算精度和可靠性也将直接影响到CPⅢ网的可靠性和精度，必须引起足够的重视。CPI/CPII与CPⅢ的关系-3第71页/共97页数据处理-3国内某客专CPII加密网形图第72页/共97页4.轨道控制网数据处理与质量控制第73页/共97页轨道控制网数据处理与质量控制4.1数据处理的关键技术及相关理论4.2中铁一院CPⅢ平差处理系统的功能与特点4.3CPⅢ网区段的划分与衔接4.4平差精度控制指标第74页/共97页4.1数据处理的关键技术及相关理论第75页/共97页数据处理技术-1由于CPIII网具有路线长、控制点多、施测方法与国内测量方法显著不同以及控制点间的内符合精度要求高等特点，故传统控制测量数据处理软件已无法处理。为了该类工程的顺利实施，中铁一院开发了“CPⅢ精密控制测量数据处理系统”，用于该类工程以及同类精密工程测量的数据处理。软件融合了各种比较成熟的数据处理算法，得到的成果稳定、可靠，能够客观、合理地评定各项精度，同时提供了许多满足该类工程需要的特殊功能。CPⅢ数据处理关键技术与相关理论主要有：

(1)CPⅢ测站数据质量检查：以测站为单位按照规范要求的精度指标检核外业观测数据。(2)CPⅢ网横向和纵向闭合差的计算与检核：横向闭合差由CPⅢ网中任意两个相邻的自由测站点和任意一对CPⅢ点形成；纵向闭合差由CPⅢ网中任意两个相邻的自由测站点和被这两个测站重叠观测沿线路方向相邻的两个CPⅢ点形成。(3)CPⅢ网分区无定向概略坐标计算：针对CPⅢ网规模较大、采用边角联合后方交会的方法进行施测的特点，采用该法可极大地提高概略坐标计算的正确性和精度。第76页/共97页数据处理技术-2(4)粗差探测与剔除：CPⅢ网数据采集量大，在大量的野外数据观测中难免出现

粗差，粗差的存在会对最小二乘平差参数估计带来严重的影响和扭曲，因此，

粗差的探测与剔除是CPⅢ网数据处理中必不可少的环节。(5)方差分量估计：采用Helmert方差分量估计合理地确定边、角观测值的权比，确定外业观测数据的真实随机模型。(6)经典平差、自由网平差与拟稳平差：经典平差用于CPⅢ网点施工坐标的求解与客观评定测量系统的精度指标；自由网平差可用于客观评定观测数据的内符合精度；拟稳平差可用于选择兼容的起算点。(7)测量成果归算改正：由于CPⅠ/CPⅡ坐标和CPⅢ观测值不在一个系统，需要

对CPⅢ网测距边长进行两化改正，一是将空间距离归算到高斯投影面上的弦

长改正；二是在距离中央子午线不同处，投影变形不同，对弦长根据其距离

中央子午线的概略位置进行长度改正，将投影面上的弦长值改化为高斯平面

距离。如果CPⅢ网处理方法不正确或不合理、处理软件功能不全面将会得到错误的解算结果，导致施工测量的可靠性和精度不能满足轨道平顺性的要求。我院研发的该类软件较好的满足了上述要求。第77页/共97页两化改正-1两化改正的必要性由于设计抵偿投影面与实际测量高程面一般并不能吻合或CPⅢ测区距离投影带距离中央子午线较远时，将导致CPⅢ实测边长与相应高斯平面上的归算边长存在较大的差异，因此，在CPⅢ网数据处理中需要将实测边长进行两化改正以消除尺度不一致引起的系统误差，否则会使得CPⅢ网相邻点相对精度不满足优于1mm的要求，从而导致无砟轨道的高平顺性无法满足。铁一院研发的该类软件具有两化改正的功能。

客运专线采用分带投影107°30′108°00′108°27′第78页/共97页高差投影变形施工高程面参考椭球面投影面改正值平均高程H两化改正-2第79页/共97页中央子午线高斯投影改正值高斯投影面参考椭球面高斯投影变形两化改正-3第80页/共97页4.2中铁一院CPⅢ平差处理系统的功能与特点第81页/共97页中铁一院CPⅢ平差处理系统-1中铁一院CPⅢ平差软件—CPⅢ精密控制测量数据处理系统是专为我国客运专线无碴轨道CPⅢ控制测量数据处理而设计的内业平差软件，能与CPⅢ外业数据采集系统实现无缝集成及内外业一体化，具有平面平差和高程平差处理两个模块。系统完全遵照现行国家规范进行设计和开发，数据处理功能完善、输出成果报告完整，设计思路专业、界面操作友好人性化，符合中国测量人员使用习惯、易学易用，测量用户只需较短时间即可完全掌握。第82页/共97页中铁一院CPⅢ平差处理系统-2闭合差计算、粗差剔除平差参数设置拟稳平差已知点稳定性兼容性分析CPIII平面、高程成果输出概略坐标计算导入原始观测数据闭合环搜索、粗差剔除高程精度评定高程网约束平差计算读入高程原始观测数据生成高程平差数据自由网、约束网平差外业数据采集自由网、约束网精度评定返工高程数据处理方法平面数据处理方法第83页/共97页4.3CPⅢ网区段的划分与衔接第84页/共97页区段的划分与衔接-1轨道控制网(CPⅢ)区段的含义

CPⅢ网中的区段定义为在上一级控制网点约束下进行本次平差计算的CPⅢ网的范围。CPⅢ控制网（包括平面网和高程网）可分区段分别进行观测和平差计算，区段的长度不宜低于4km。区段接头不应位于车站、连续梁范围内。平面网相邻区段之间的衔接与过渡CPⅢ网区段与区段之间重复观测应