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轨道控制网CPIII测量技术设计及精度控制.rar

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    轨道 控制 CPIII 测量 技术设计 精度
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    编号:09009410618南阳师范学院 2013 届毕业生毕业论文(设计)题 目:轨道控制网 CPIII 测量技术设计及 精度控制完 成 人: 袁秀艳 班 级: 2009-06 学 制: 4 年 专 业: 测绘工程 指导教师: 杨 杰 完成日期: 2013-04-20 目 录摘要 ....................................................................................................................(1)0引言 .................................................................................................................(1)1 CPIII控制网测量的方案流程 ........................................................................(1)2轨道控制网 CPIII控制测量实施方案 .............................................................(2)2.1 平面测量 ......................................................................................................(3)2.1.1 测量应具备条件 ......................................................................................(3)2.1.2 平面控制网的测量及精度要求 ..................................................................(4)2.1.3 轨道控制网 CPIII 与 CPI/CPII 平面控制网的衔接测量 .................................(5)2.2 CPIII 控制网高程测量 ..................................................................................(6)2.2.1 水准仪测量法 ..........................................................................................(6)2.2.2 光电测距三角高程测量 ............................................................................(7)2.3 外业测量注意事项及误差问题 .........................................................................(7)2.3.1 关于平面控制网的简单介绍 ......................................................................(7)2.3.2 施测应注意的问题 ...................................................................................(8)2.3.3 误差来源 ................................................................................................(9)3 CPⅢ测量在实际中的应用 ..............................................................................(9)3.1 任务来源 .....................................................................................................(9)3.2 测区概况 ...................................................................................................(10)3.3 作业依据 ...................................................................................................(10)3.4 本次测量组织实施和完成任务情况 ................................................................(10)3.5 采用的坐标系统及起算数据 ..........................................................................(10)3.5.1 CPⅢ平面坐标系统 ................................................................................(10)3.5.2 CPⅢ高程基准 ......................................................................................(11)3.5.3 CPⅢ平面及高程坐标系统的起算数据 ......................................................(11)3.6 CPⅢ元器件埋设与观测实施 ........................................................................(11)3.6.1 元器件的制作 .....................................................................................(11)3.6.2 元器件的埋设 .....................................................................................(11)3.6.3 棱镜说明 ...........................................................................................(12)3.6.4 CPⅢ观测 ...........................................................................................(12)3.7 CPⅢ数据预处理 ..........................................................................................(12)3.7.1 计算软件 ...........................................................................................(12)3.7.2 数据处理与平差计算 ...........................................................................(12)3.8 CPⅢ质量控制方法 .....................................................................................(12)3.9 CPⅢ成果表 ..............................................................................................(12)4数据处理方法及精度控制 ..............................................................................(14)4.1 平面观测数据处理 .......................................................................................(14)4.1.1 数据要求及整理 ....................................................................................(14)4.1.2 观测数据平差处理 .................................................................................(14)4.1.3 数据处理搭接方法研究 ..........................................................................(14)4.2 高程测量数据处理 .......................................................................................(15)4.3 CPⅢ总体平差过程和精度控制方法 ................................................................(16)5小结 ...............................................................................................................(17)参考文献 .......................................................................................................(18)Abstract.........................................................................................................(19)第 1 页 (共 19 页) 轨道控制网 CPIII 测量技术设计及精度控制作 者:袁秀艳指导老师:杨 杰摘要:本文探讨了 CPIII 测量的实施方案,平面测量和高程测量的测量方法以及应注意的问题。介绍了 CPIII 测量数据处理方法和精度的控制方法。基于中铁二十三局向塘至莆田(福州)铁路(施工里程:DK513+427~DK514+184)高速铁路工程项目具体说明了 CPIII 测量的实施方法步骤和数据处理。CPIII 控制网在高速铁路的铺设控制过程中具有重要作用,能够为火车的安全舒适运行提供保障。关键词:高铁;CPIII;数据处理0引言向莆铁路 XPFJ-10 标段左线 DK513+427~DK514+184 段位于福建省庄边镇,全长约 757 ,线下工程已经全部完成。经前期踏勘,该区段内 4 个 CPⅡ加密m点、2 个二等水准点和 36 个完好的 CPⅢ元器件,埋设合格,符合测量要求,具备测量条件。后期观测结束后对各个控制点进行了详细细致的检查,未发现损坏现象,各控制点均完好,可进行后续作业。对于高速铁路的铺设,CPⅢ 控制网测量精度的高低直接决定着铁路运行的时效性、舒适度及平稳度,因此对 CPⅢ控制网的精度要求很高。而高速铁路CPⅢ控制网测设精度受许多环节的影响,由于要求精度高,任何一个环节出现微小的问题,都可能导致测量误差超限。我国无砟轨道控制网由一级基础平面控制网 ( CPI)、二级线路平面控制网( CPⅡ)、三级轨道控制网( CPⅢ)和大地水准点组成。CPⅢ控制网又名基桩控制网,是高速铁路测量中最基本的控制网,在高速铁路的修建过程中,从线路的中线放样、底座混凝土钢模放样方案、轨道板调整到钢轨精调系统都会用到 CPⅢ控制网,在后期线路维护的时候也需要用到 CPⅢ控制网,所以 CPⅢ控制网在施工中显得非常重要。1 CPIII控制网测量的方案流程由于 CPIII 控制网是在 CPII 的基础上加密形成的,所以要对 CPII 控制网进行加密,然后再进行 CPIII 的测量,那么 CPIII 控制网的测量又包括平面测量和高程测量,所以总的来说 CPIII 测量的总流程图如图 1 所示:第 2 页 (共 19 页) 图 1 CPIII测量总流程图CPIII 网观测时需要检验观测值是否符合要求,观测过程中有可能需要返工,所以,CPIII 网的观测是一项复杂的工作,CPIII 网观测流程如图 2 所示:图 2 CPIII网观测流程图2轨道控制网 CPIII控制测量实施方案CPII 加密平面 高程三角高程 导点CPIII 测量平面测量 高程测量数据处理第 3 页 (共 19 页) 2.1平面测量2.1.1 测量应具备条件(1)CPIII 精密工程测量需具备的工况条件 ①桥梁防护墙已完工;②隧道衬砌已经完成,电缆槽完工;③路基上接触网杆基础沉降稳定;④线下工程沉降和变形满足要求,沉降评估已通过;⑤CPI、CPII 高程控制点已复测;(2)CPIII 精密工程测量需具备的软硬件条件①具有自动目标照准和程序控制自动测量功能的全站仪;②CPIII 测量标志;③数字水准仪与配套的因瓦尺水准标尺;④CPIII 外业数据采集软件与 CPIII 内业平差计算软件;(3)控制点的编号CPⅢ控制点的编号定义如下:CPⅢ的点号由七位数组成,从左到右前四位数表示 CPⅢ点所在里程的整公里数,第五位是“3”表示是 CPⅢ网点,后两位数字表示点的顺序号,点的顺序号为单数表示该点在里程增加方向的左侧,点的顺序号为双数表示该点在里程增加方向的右侧,当里程不足千、百、拾公里时,加“0”填充以保证 CPⅢ的点号都是七位数齐全;CPⅢ网测量的自由设站点号也由七位数组成,从左到右第一位为大写英文字母“Z”表示测站,第二、三、四、五位数为 CPⅢ点所在里程的整公里数,第六、七位数字表示测站的序号。当里程不足千、百、拾公里时,加“0”填充以保证 CPⅢ的自由设站号都是七位数齐全。表 1 编号示例点编号 含义 数字代码 在里程内点的位置0513301表示线路里程 DK513 范围内线路前进方向左侧的CPⅢ第 1 号点, “3”代表“CPⅢ”0513301 (轨道左侧)奇数1、3、5、7、9、11 等0513302表示线路里程 DK513 范围内线路前进方向右侧的CPⅢ第 1 号点, “3”代表“CPⅢ”0513302 (轨道右侧)偶数2、4、6、8、10、12 等第 4 页 (共 19 页) 自由设站点编号按“Z035601,Z035602…”沿线路里程增加方向编号。“Z”表示设站点, “0356”表示里程, “01”、 “02”表示该里程的设站号。为了提高 CPIII 控制网的精度,CPIII 控制网测量系统需要采用跟原设计相一致的坐标系统。而采用自由设站边角交会法建立的无砟轨道控制网,在成果精度和网型稳定性方面,明显优于常规布网方式,适合于高速铁路无砟轨道施工精度要求高的特点。例如向塘至莆田(福州)铁路(施工里程:DK513+427~DK514+184)高速铁路工程项目,该测区坐标系统采用 BJ-54 椭球高斯投影工程独立坐标系统,其相关参数如下:椭球参数(BEIJING-54) ;长半轴 = 6378245m;扁率 = 298.3;投影面af/1的中央子午线为 119°00′00″;投影面的大地高:110 ;高程异常:60 。mm2.1.2 平面控制网的测量及精度要求 CPIII 基标精密控制网网点测量是使用全站仪自由设站,并采用自由设站边角交会网法进行施测。全站仪应具有自动目标搜索、自动照准、自动观测、自动记录功能,标称精度应满足:方向测量中误差不大于 1“,测距中误差不大于 1 2 ,同时需输入观测时的环境温度和气压值。注意配套的温度mp计量测精度不得低于 0.5℃,气压计量测精度不得低于 5hpa。每台仪器应至少配 14 个棱镜。在用全站仪进行设站观测时,相邻两对 CPIII 网点之间自由设站的设站距离为 120 时,每个自由设站应观测 12 个 CPIII 点,全站仪前m方和后方各 6 个(3 对)CPIII 点,每个 CPIII 网点的重叠观测次数不少于 3 次(如果 CP III 点重复性观测精度超过 3 需补测或重测) [1]。自由设站如图 3m所示:O O O O O O◎ ◎ ◎O O O O O O注:◎为自由设站点;O 为 CPIII 标记点||m60 图 3 CPIII 自由设站边角交会网 在自由站上测量 CPIII 的同时,要把线路附近的全部 CPII 点联测入网中。应确保线路两侧 200 范围内可视的 CPII 控制点在每 400 ~800 范围内有一m个,否则应按同精度加密 CPII 控制点。按同精度加密的 CPII 点可设置在桥梁的固定端或路基上。CPII 点联测时至少与一对 CPIII 点进行联测,并尽可能多地联测 CPIII 点,第 5 页 (共 19 页) 联测长度控制在 150~200 之内;也可在自由设站观测上直接联测 CPII 点,m联测不少于两个自由站。每个 CPIII 测量组中(包含联测 CPII 等控制点)需使用同一种棱镜。CPIII 施工基标精密控制网网点观测完成后,要用专业软件对测量数据进行严密平差。CPIII 施工基标精密控制网网点测量水平角观测应符合规范的要求。CPIII 控制网水平方向采用全圆方向观测法进行观测。如果观测方向较多时,可采用分组全圆方向观测法。全圆方向观测应满足表 2、表 3 中的规定:表 2 CPIII平面网水平方向观测技术要求控制网名称 仪器等级 /(″) 测回 数 半测回归 零差/(″) 不同测回同一方 向 2C 互差/(″) 归零后方向 值较差/(″) 2C 值/(″)0.5 3 6 9 6 15CPIII 平面网 1 4 6 9 6 15表 3 CPIII 平面网距离观测技术要求控制网名称 测回 半测回距离较差 /m测回间距离较差/ mCPIII 平面网 3 11注:距离的观测应与水平角观测同步进行,并由全站仪自动进行2.1.3 轨道控制网 CPIII 与 CPI/CPII 平面控制网的衔接测量 为了满足 CPIII 控制网的高精确度,确保各作业段落之间搭接平顺,各作业面贯通搭接时,后施工的单位应联测至相邻施工区段内 6 对 CPIII 点,并且搭接测量一个相同的 CPI(或 CPII)控制点。CPIII 测量可根据施工需要分段测量,且分段测量长度不宜小于 4 。作km为分段重叠观测区域,要进行测段衔接。重复观测的点对应按照 CPIII 测量技术要求进行,保证每个点至少被观测三次。测段之间衔接时,前后测段独立平差坐标差值应小于或等于 3 。满足该条件后,后一测段 CPIII 网平差时,m应采用把本段联测的 CPI、CPII 控制点及重叠区域前一测段的 CPIII 点坐标建立约束平差网。高程数据处理时,前后测段独立平差高程差值应小于或等于 3。满足该条件后,采用与平面坐标相同的方法进行平差。搭接测量如图 4m所示:O O O O O O◎ ◎ ◎O O O O O O■ CPI/CPII  已 施 工 作 业 区   后 施 工 作 业 区注:◎为自由设站点;O 为 CPIII 标记点第 6 页 (共 19 页) 图 4 CPIII 平面网搭接段观测图CPI、CPII 平面控制网是指沿线路走向布设,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,在勘测阶段按静态 GPS 相对定位原理建立。CPI 平面控制网点间距为 400 ~800 左右。m在桥或路基上测设 CPIII 时,具备通视条件的 CPI/CPII 平面高级控制网点或加密控制点可以同时进行观测,待观测完成后统一进行平差。如果CPI、CPII 控制点不能通视或观测距离太远时,根据施工现场具体情况,需要在适当位置设置辅助点,通过辅助点与 CPI 或 CPII 控制点进行联测。测设辅助点时,需进行不少于两个测回的观测 [2]。2.2 CPIII控制网高程测量2.2.1 水准仪测量法 轨道控制网 CPIII 网点高程测量采用的仪器标称精度应满足每千米水准测量往返测高差中数测量的中误差不低于 1.0 ,水准尺应采用整体锢瓦水km/准尺,与水准仪配套的尺垫,其重量不低于 3 。与水准仪配套的脚架,应采g用木质脚架。CPIII 高程控制网的外业观测,应采用单程的矩形法进行观测。CPIII 点与上一级水准点的联测应采用独立往返精密水准测量的方法进行,具体见图 5。CPIII 施工基标精密控制网与 CPI/CPII 平面控制网的联测完成后,每个CPIII 网点已具备较为精确的 X,Y 坐标。接下来工作就是将水准基点的高程采用水准测量方法引入到每个 CPIII 网点上。CPIII 施工基标精密控制网网点高程测量采用精密水准测量方法进行,往返测量并起闭于水准基点。测量完成之后进行严密平差,平差计算按有关精密水准测量的规定执行,具体见图 6:O O O O◘O O O O◘注:◘为二等水准点;O 为 CPIII 点,CPIII 高程网每一测段联测到上一水准点数量不少于 3 个,CPIII 高程网段两端起止于上一级水准点图 5 CPIII 点与上一级水准点联测O O O O O第 7 页 (共 19 页) O O O O O图 6 CPIII水准测量路线图2.2.2 光电测距三角高程测量 当桥面与地面间高差大于 3 ,线路水准基点高程直接传递到桥面 CPIIIm控制点上困难时,宜采用不量仪器高和棱镜高的中间设站光电测距三角高程测量法传递。仪器与棱镜的距离一般不大于 100 ,最大不超过 150 ,前后视距m差不应超过 5 。应进行两组独立观测,两组高差较差不应大于 2 ,满足限差m要求后,取两组高差平均值作为传递高差。表 4 中间设站光电测距三角高程测量外业观测技术要求 垂直角测量 距离测量测回数 指标差较差(″) 测回间较差( ″ ) 测回数 测回内较差( )m测回间较差( )4 5.0 5.0 4 2.0 2.02.3外业测量注意事项及误差问题2.3.1 关于平面控制网的简单介绍基础框架平面控制网 CP0:为满足线路平面控制测量起闭联测的要求,沿线路每 50 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km营维护的坐标系统基准。基础平面控制网 CPI: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,沿着线路走向布设,按 GPS 静态相对定位原理建立的线路平面控制网起闭的基准。在勘测阶段按静态 GPS 相对定位原理建立,点间距大约为 4 ,测量精度为 GPS B 级网。km平面控制网 CPⅡ: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 400~800 左m右,测量精度为 GPS C 级网或三等导线。控制网 CPⅢ:沿线路布设的三维控制网,起闭于基础平面控制网(CPⅠ)或线路控制网(CPⅡ) ,通常是在线下工程施工完成后进行施测,为轨道施工和运营维护的基准。CPⅢ网按自由设站边角交会方法测量。点间距为纵向 60左右、横向为线路结构物宽度,测量精度为相邻点位的相对中误差小于m
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