CPⅢ控制网测量解决方案

1、CPIII控制网测量解决方案一、CPIII概述与系统预备CPIII控制网丈量系统是为高速铁路轨道施工所使用的CPIII控制网的建网、数据采集等作业而开发的丈量系统，包括：球型棱镜组、CPIII观测数据采集机载软件等。CPIII控制网丈量系统，在位于哈尔滨成高子火车站内的铁道部科技司和工程治理中心的主持的严冷地区无砟轨道板实验段内，采用我们的球型棱镜组建立CPIII控制网标志，并使用CPIII观测数据采集机载软件进行自由设站、边角联合、多测回正倒镜的观测，共完成了22个CPIII点标志安装以及平面和高程控制网的观测，通过内业平差计算、使用西南交大丈量工程系与铁二院合作开发的经过铁道部科技司评审鉴

2、定的无砟轨道CP网数据处理系统软件（CPDataAdjwstmentSoftware）进行CPIII平面控制网的平差计算和CPIII高程控制网的平差计算，终极得到CP控制网的三维坐标。平面坐标相对点位中误差和高程点位中误差均满足客运专线无砟轨道板铁路工程丈量暂行规定中1mm的精度要求，各CPIII的平差坐标成果是可靠的。在高速铁路的修建过程中，不论是线路中线放样、底座混凝土钢模放样方案、凸形挡台钢模放样、轨道板调整还是终极的钢轨调整，都必须使用设计线路的坐标参考系。设计线路的坐标参考系是由建立在线路四周的一些控制参考点确定，这些控制参考点的精确坐标位置由上一级的控制参考点传递。使用这些控制参考

3、点进行自由设站后方交会，就可以精确地获得全站仪设站坐标和方位。无砟轨道板施工过程中所使用的控制参考点是CPIII控制网（点），CPIII控制点将在线路施工过程中被反复使用，控制网的坐标精度决定了后面的无砟轨道板施工中各个工序的丈量和建造精度。在CPIII的建网及后面的坐标传递过程中，将面临两大题目：1)如何由上一级CPII控制网（点）在线路设计坐标系中精确地得到CPIII的位置坐标；2）如何在后面的施工过程中再次精确地传递这些CPIII的坐标。要精确地得到CPIII的位置坐标以及在施工过程中多次重复精确传递这些坐标，要求CPIII标志装置具有高精确性和高重复性。CPIII标志装置一般由永久固定

4、在线路两侧的底座支架和反射棱镜组成。目前国内使用的CPIII反射棱镜均采用常规圆棱镜。常规圆棱镜由：玻璃体、棱镜框、横轴（水平轴）、竖轴（垂直轴）、U型架、棱镜座等部件组成，常规圆棱镜可绕水平轴（即棱镜横轴）俯仰转动，也可在丈量时绕垂直轴（即棱镜竖轴）转动。理论上要求棱镜无论怎样转动横轴和竖轴的中心延长线必须交于一点，丈量光反射中心也要交于这一点，即机械旋转点和丈量点始终保持一致，不会产生水平和垂直移动，但实际加工出的圆棱镜很难做到。这样圆棱镜就带进了自身的误差，互换使用后的误差就更大。在对目标点进行观测时，实际上就是观测代表目标点的棱镜中心。任何目标点都存在需要从不同的位置对它进行观测的要求

5、。要实现多个角度观测并不难，只需要棱镜能旋转就可以实现，常规圆棱镜当然也能旋转，但是常规圆棱镜在棱镜各向异性要求上（从同一位置对以不同的上、下、左、右小角度偏转的棱镜进行丈量，所获得的棱镜中心的三维坐标值的差异）鲜有涉足，当旋转后圆棱镜中心代表的实际丈量的物理中心位置就很难保证一致。需要具有精确高程值的目标点除了使用全站仪进行平面坐标丈量外，还需要使用水准仪进行精确的目标点高程丈量，水准尺不可能立在棱镜的中心点位置来丈量，为了保证水准丈量的高程代表棱镜中心的位置，实际施工中多采用在圆棱镜底座上加装水准气泡的办法让圆棱镜竖轴铅垂，在进行高程水准丈量时拿掉棱镜，直接在底座支架上立尺，获得精确的高程

6、后加上棱镜中心位置到底座支架的定长即是棱镜中心位置的高程。因此，使用传统圆棱镜来代表目标点的丈量装置，不仅构造复杂，使用麻烦，稳定性差，而且安装过程需要对中、整平，调整的正确性完全依靠人工水平和装置的可靠重复性。因而每次重新安装到位后的棱镜中心并不是同一物理位置。目前国内高速铁路CPIII标志装置在进行建网时，为了进步观测精度，往往采用价格昂贵的进口金属圆棱镜，但是实际施工作业中，又是采用普通的圆棱镜，这样很难做到再重复CPIII建网时的棱镜中心的物理位置。为了克服传统的CPIII标志装置存在的缺陷，进步CPIII控制网的精度，方便CPIII控制网观测操纵，同时保证建网和施工后方交会时保持相同

7、的物理条件，我们研制的CPIII控制网丈量系统，采用球棱镜代替常规圆棱镜（具体可参考关于用球棱镜组取代传统的园棱镜组作为CPIII的标志），并直接在全站仪上开发了CPIII自动观测机载软件CPMeas，替换了通常使用的全站仪+专用电子手薄的方法，简化了CPIII丈量设备，节约了专用电子手薄购置使用费。二、CP控制点布设与丈量1、无砟轨道施工丈量的标志点布置在无砟轨道的施工和验收丈量中需要用到在线路的两侧每隔60米所布置的丈量标志点（CP点），这些丈量标志点的作用是：1)作为丈量标志2)安放供全站仪自动扫描的反射棱镜2、CP控制点观测留意事项根据第一步布控的CP控制网，进行外业的数据采集观测，在

8、这里主要包括全站仪和水准仪.1）CP点的编号同一（左侧为奇数，右侧为偶数）2）丈量职员操纵过程中要严格按照规范要求，避免不必要的以为误差3）外业观测时，每个测站观测的CP点为8个，每次搬站只向前移动一对棱镜，且气压温度值输进必须正确，仪器自由设站，无须量仪器高,仪器自动计算。4）每隔一对CP棱镜进行自由建站5）两个方向个观测22个CP控制点6）每个CP控制点至少观测3次以上7）每测站至少观测2测回8）与CP、CP进行连接丈量3、CP控制点成果整理检查外业观测数据的连续性，并对明显的单个错误数据进行改正。利用平差软件对外业CP点的全站仪和水准仪观测的数据，进行平差计算，首先获得CP点的独立坐标，

9、然后再加进CP、CP点的正确坐标值，即可平差计算得到CP点的尽对坐标值（最小二乘法）。三、此系统的市场应用情况：本项目研制的球型棱镜组和CPIII观测数据采集机载软件，已经成功地在哈尔滨成高子火车站内的铁道部科技司和工程治理中心的主持的严冷地区无砟轨道板实验段内，共完成了22个CPIII点标志安装以及平面和高程控制网的观测。结果证实：平面坐标相对点位中误差和高程点位中误差均满足客运专线无砟轨道板铁路工程丈量暂行规定中1mm的精度要求，各CPIII的平差坐标成果是可靠的。从目前反馈到我公司的对CPIII球型棱镜组的市场需求来看，CPIII球型棱镜组在CPIII控制点的丈量原理上优于传统圆棱镜，并且凭借我公司生产的球型棱镜在各向同性的性能上的优良表现、简单可靠的现场安装和丈量装置，有着极大的用户需求。目前我公司存在着进行CPIII球型棱镜组批量化生产的迫切要求，公司为此专门成立了市场推广部、生产治理部和