轨道控制网cpⅲ平面网测量与计算

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，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05MM；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，CP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,THEHIGHSPEEDRAILWAYCONSTRUCTIONISWALKINGINTOTHESTAGELARGESCALECONSTRUCTIONINTHEPROCESSOFHIGHSPEEDRAILWAYCONSTRUCTION,PRECISIONENGINEERINGMEASUREMENT,ASANIMPORTANTTECHNICALSUPPORT,ISINDISPENSABLEINTHECONSTRUCTIONOFHIGHSPEEDRAILWAYWECANSAYTHATWHETHERTHEACCURACYOFPRECISIONENGINEERINGMEASUREMENTOFHIGHSPEEDRAILWAYCANMEETTHEREQUIREMENTSOFENGINEERINGMEASUREMENTSTANDARDWILLDIRECTLYDETERMINETHESUCCESSORFAILUREOFTHEHIGHSPEEDRAILWAYCONSTRUCTIONTHISPAPERTAKESTHECPCONTROLNETWORKSFIELDMEASUREMENT,INDOORDATAPROCESSINGANDADJUSTMENTDATAANALYSISASTHEMAINOBJECTOFTHESTUDY,TOEXPLORETHEPROBLEMSINTHEPROCESSOFTHECPCONTROLNETWORKSFIELDMEASUREMENTANDINDOORDATAPROCESSINGTHEMAINCONTENTSINCLUDEFIRSTLY,WECARRYONAFURTHERANALYSISOFCPCONTROLNETWORKSFIELDMEASUREMENTANDTHENMAKEADETAILEDEXPLANATIONOFTHECPNETWORKSWHOLEPROCESSASWELLASTHEPROBLEMSWESHOULDPAYATTENTIONINTHEOBSERVATIONPROCESS,ATTHESAMETIME,WEMUSTTAKECAREOFTHEOBSERVATIONPRECISIONCONTROLCONTRASTTHEADVANTAGESANDDISADVANTAGESOFFREESTATIONOBSERVATIONANDTRIPLEBASEANDTHENCOMPLEMENTEACHOTHER,FINALLYOBTAINSTHEMOSTSUITABLEMETHODFORCPNETWORKSSURVEYINGSECONDLY,WETAKEAFURTHERSTUDYOFCPLEVELNETWORKSADJUSTMENTPRINCIPLEANDTHENMAKEADETAILEDEXPLANATIONOFTHEBASICPROCESSOFTHECPLEVELNETWORKSFREENETWORKADJUSTMENTANDCONSTRAINTNETWORKADJUSTMENTFOCUSONTHEANALYSISOFTHEMETHODOFRANKDEFICIENTFREENETWORKADJUSTMENTINTHEFREENETWORKADJUSTMENTUSINGTHECPCONTROLNETWORKSDATAPROCESSINGSOFTWARECARRYOUTTHEDATAOBTAINEDBYFIELDMEASUREMENTBYADJUSTMENTMETHODANDTHENCHECKTHATWHETHERTHECPCONTROLPOINTSPOSITIONPRECISION,CPCONTROLPOINTSRELATIVEACCURACYCANMEETTHEREQUIREMENTSOFHIGHSPEEDRAILWAYENGINEERINGMEASUREMENTSTANDARDEXPLORETHERELATIONSHIPBETWEENFIELDOBSERVATIONDATAANDINDOORADJUSTMENTDATAANDTHENGUIDINGTHEPROBLEMSWESHOULDPAYATTENTIONBYTHEIRINTERNALCONNECTIONTOACHIEVETHEPURPOSEOFIMPROVINGTHEEFFICIENCYOFCPCONTROLNETWORKFIELDSURVEYINGTHIRDLY,THEPROBLEMOFCPCONTROLNETWORKSSEGMENTOVERLAPSHOULDBETAKENFURTHERSTUDYCOMPAREDTHEACCURACYOFSEGMENTCONSTRAINTADJUSTMENTANDTHEACCURACYOFCOSINEFUNCTIONCONSTRAINTADJUSTMENTANDTHENOBTAINSTHEMOSTSUITABLEMETHODFORCPCONTROLNETWORKSSEGMENTOVERLAPEXPLORINGTHEQUESTIONOFSEGMENTOVERLAPANDRESEARCHINGTHATHOWTOGETHIGHERPRECISIONBYREFORMATTINGTHECONVERSIONSCALEOFTHECPCOORDINATESYSTEMANDTHECPCOORDINATESYSTEMWEALSONEEDCONSIDERHOWTOIMPROVETHEPRECISIONOFHORIZONTALIZATIONADJUSTMENTKEYWORDSCPCONTROLNETWORKFIELDMEASUREMENTDATAPROCESSINGSEGMENTOVERLAP目录第一章绪论111高速铁路控制网体系概述112轨道控制网（CP）概述213本论文的研究内容及意义4131本论文的研究内容4132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621CP平面网的特点及外业测量原理6211CP平面网的特点6212CP平面网的外业测量过程722CP平面网外业测量一般规定及精度要求9221CP平面网外业测量的一般规定9222区段搭接的一般规定10223CP控制测量精度要求1123CP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1531CP平面网平差原理15311CP平面网自由网平差原理15322CP平面网约束平差原理2332CP平面网区段搭接24321CP平面网区段搭接概述24322CP平面网区段搭接的方法2533CP网平面测量系统误差分析33第四章实例分析3541CP平面网实例数据概况3542各区段独立平差结果分析3643约束平差成果精度分析3944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45参考文献46第一章绪论11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501000M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50200M范围内、稳定可靠、便于测量的地方，点间距为400800M，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17；（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。12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（400800M）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，那么必须要有统一的归零方向；对于05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13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。13本论文的研究内容及意义131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。132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，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21CP平面网的特点及外业测量原理211CP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LEICATCA2003、LEICATCRA1201等；在高程测量中，CP高程网一律采用电子水准仪，如TRIMBLEDINI12、LEICADNA03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。（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。212CP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21CP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05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站点的坐标，在相应的测量软件的控制下，智能全站仪就可以自动完成剩余的观测任务，这种做法可以在一定程度上提高外业作业效率，进一步减少外业观测人员的观测任务。在CP网复测时，在某些特殊情况下，比如智能机器人的激光对中装置出现问题时，为了保证工程进度，在不影响观测精度的情况下，可以采用上述方法。在进行CP网的外业测量时，还应该注意以下一些问题（1）对于每个自由测站，在观测前，都应先量测实时温度和气压并输入测量机器人中进行温度气压改正，对进行气象观测的仪器精度也有一定的要求，一般情况下温度和气压的误差分别应控制在05和50PA。（2）自由测站观测CP控制点时，如果测站能看到CP或者CP点，则还要联测CP和CP控制点，对于每个参与联测的CP和CP控制点来说，每个联测点至少被观测2次，最好能联测3次。（3）由于测量机器人的观测受光线的影响比较严重，因此，CP控制网的外业测量宜在晚上或者阴天进行且尽量避免强光直射；观测前，还应确保测站附近没有强烈震动源干扰。（4）在CP控制点预埋件上安装连接件以及棱镜时，应确保连接件与预埋件以及连接件与棱镜能够完全吻合，安装完毕后，再次检查棱镜以确保棱镜对准自由测站方向；在整个观测过程中，尽可能使用统一的连接件和棱镜，以免因棱镜参数的不同而产生错误。（5）在进行CP平面控制网的外业测量时，应在每个测站上实时检查所测外业数据是否合格，CP平面网外业测量成果精度控制的内容主要包括半测回归零差、同一方向不同测回归零后方向值互差、同一测回不同方向2C值较差、不同测回同一方向距离值较差。22CP平面网外业测量一般规定及精度要求221CP平面网外业测量的一般规定高精度的CP控制网是高速铁路建设、运营、维护的基础，为保证CP控制网的精度能满足高速铁路建设的需要，CP控制网必须满足一下规定（1）首先，对于CP控制点来说，CP控制点必须布设在牢固、不易被损坏及不易产生位移、变形的地方，一般情况下，可将CP控制点布设在路基两侧的基础上，或者将其布设在桥梁的防撞壁、隧道的侧壁上；在桥梁部分的CP控制网，应将CP控制点布设在桥墩固定端上方的防撞墙上。（2）CP控制点沿线路布设，纵向一般60M布设1个CP控制点，CP控制点必须成对出现，横向间距一般为11M；在车站范围内，由于轨道数量的增加，可酌情扩大CP控制点的横向间距。此外，CP控制点的空间位置一般应置于设计轨道面上方约30CM的平面上，并且尽量保持相邻CP控制点等高。（3）CP控制点的预埋件应统一埋设在线路两侧的防撞墙里且埋设稳固；预埋件要按照高速铁路工程测量规范进行埋设如果预埋件是竖直埋设，则预埋件埋设于防撞墙里并保持其铅垂；如果预埋件是水平埋设，则预埋件必须保持严格水平。（4）为了便于测量机器人自动采集数据以及后续的平差处理工作，CP控制点的点号应进行统一标示每个CP控制点均由7位数组成，从左到右依次编号，前四位为该CP控制点当前的里程数，若里程数不满千、百、十公里数，为了保证编号的统一性，不满的CP控制点点号公里数均加零补满4位公里数；在CP控制网中，各CP控制点的第五位编号均为3，表示该点为CP控制点；最后两位数则表示CP控制点的顺序，顺序号沿里程增加方向依次增大，若顺序号为单数，表示该CP控制点在里程前进方向的左侧，反之，如果顺序号为双数，则表示该点再沿里程前进方向的右侧。为保证与CP控制点的一致性，各个测站点的点号同样也是由7位数组成按照从左向右的方向，在CP控制网中，所有测站点的第一位编号均为大写字母“C”，用来表示该点为自由测站点；自由测站点的第25位的编号表示该测站点所在的CP控制点的整公里数，其具体的处理方法与CP控制点的编号方法一致；最后两位则用来表示测站的序号。CP控制网中CP控制点编号系统对于测量机器人的自动测量以及后续的数据处理具有重大意义，由于编号的统一性，无论是对于控制测量机器人进行自动观测的辅助软件还是后续数据平差处理软件的开发应用，都减少了许多工作量。（5）在进行CP平面网的测量前，必须首先要保证高速铁路线路两侧50M范围内的CP控制点的密度达到每600M800M至少有1个CP控制点，若不能满足要求，则按照等精度内插的方法内插出足够的CP控制点；在进行CP高程控制网的测量之前，也必须检查高速铁路线路两侧50M范围内的水准点是否满足每2000M至少有1个水准点的要求，如果不满足要求，则按照等精度内插的方法加密水准点，以满足高程测量的要求。（6）用于CP控制网测量的仪器的配置应满足高速铁路工程测量的要求，架设测量机器人所用的脚架宜采用木质脚架，用于水准测量的水准尺重量不应低于3KG，此外，为保证测量过程及平差处理过程的严谨性，用于控制测量机器人进行自动观测的辅助软件以及参与后续数据平差处理的软件必须经过铁道部的考核和审批后才能正式应用到CP控制网的外业测量和数据平差处理中。222区段搭接的一般规定由于高速铁路线路的长度一般长达几百公里甚至上千公里，若想对整条线路的所有CP控制点进行外业测量并进行一次性的数据平差处理，无论对外业观测人员还是对内业数据处理人员来说，都有很大的难度。为了方便外业观测和内业的数据平差处理，可对整条线路的CP控制网进行分区段观测。为了保证CP控制网的连续性，CP控制网的区段划分和区段搭接应满足以下要求（1）无论是CP平面控制网还是CP高程控制网，均可进行分区段观测和平差处理，但是各个区段的长度不得小于4KM；由于CP平面控制网和CP高程控制网各自都是独立观测的，因此，CP平面控制网和高程控制网的区段划分也可以各自独立进行。（2）每个CP控制网的区段的两端应起止于CP或者CP控制点而且还要保证每一个CP或者CP控制点都至少与3个自由测站进行联测。（3）对CP高程网来说，每个区段的CP高程网应至少与3个上一级的水准点进行联测而且还要保证各区段的CP高程网的两端均起闭于上一级的水准点。（4）为保证对后一区段进行约束平差时有足够的约束点，CP平面控制网相邻的区段的重叠点宜为6对，这些重叠点在相邻的两个区段内都要进行外业观测且这些点在各自的区段中的外业观测和内业平差数据处理都能满足相应的精度要求；为确保搭接点再搭接时不能有太大的位移变化，搭接点在前后两个区段中的两套坐标的（X,Y）较差均不能大于3MM，如果不能满足该要求，则不能进行区段搭接；在达到以上要求后，接下来就可以进行相邻区段的搭接，总的来说，搭接方法可分为两种、约束搭接前一区段的平差结果保持不变，以重叠点中的2对到3对CP控制点作为后一区段的约束点，联合后一区段的CP、CP点对后一区段进行约束平差处理，平差结果也必须满足精度要求。平差后，未约束的搭接点作为检查点，要求检查点的坐标与该点在两个区段分别平差后的坐标差值不应大于1MM，此时检查点的最后坐标可采用前一区段的平差结果。、余弦函数平滑搭接前一区段的平差结果不变，取出搭接点在相邻两个区段中的两套坐标，以余弦函数作为定权模型对相邻区段的两套坐标进行加权重新计算，得到一套新的搭接点坐标；以后一区段的CP、CP点以及平滑后的搭接点坐标作为约束点对该区段重新进行平差计算，可得到后一区段的第二套坐标，以余弦函数平滑后的约束平差坐标作为后一区段的最后坐标，与约束搭接相比，余弦函数搭接更合理。223CP控制测量精度要求在CP平面网的外业测量成果满足精度要求的前提下，其内业平差处理结果也满足高速铁路工程测量的精度要求后，CP平面网的平差成果才能用于高速铁路的建设、运营、维护等各项工作中。CP平面网在外业测量过程中的主要精度指标有（1）水平方向观测的技术要求对于05级的智能全站仪来说，每个自由测站至少要进行3个测回的观测；对于1级的仪器来说，每个自由测站至少要进行4个测回二代观测；无论是05级还是1级的智能全站仪，它们共同的外业精度指标要求如下半测回归零差6；同一测回各方向2C值互差9；同一方向不同测回归零后方向值较差6；2C误差15。（2）CP平面网距离测量的技术要求、CP平面控制测量中方向测量与距离测量可同步测量，即在进行CP平面网的方向测量的同时，也进行CP平面网的距离测量；、距离测量的观测值采用多测回距离观测值，在盘左盘右分别进行方向观测时，同时观测同一CP点的距离值，采用盘左盘右所观测的距离值的平均值作为该测回所测得的距离值；、CP点距离测量所得的距离值的个数应与方向观测的测回数相同，且各测回所得的距离值较差不得大于15MM。由于CP平面网的精度要求比较高，在某些情况下，CP平面网的外业观测成果需要部分或者全部重测、在外业观测过程中，单个自由测站的观测完成后，需要检查其半测回归零差、同一测回不同方向的2C互差、不同测回同一方向归零后方向值较差，如果发现这三项技术指标中的任意一项超出限差要求，则该测站立即重测。、当由相邻测站的外业观测成果计算出的相邻CP控制点的横向和纵向的相对闭合差分别超过1/5200和1/9000时，则该相邻的两测站都应该重测。、在CP平面控制网进行复测时，如果复测所使用的方法与建网时所使用的方法一致，复测时联测的CP或者CP控制点的个数与建网时联测的个数也一致时，复测所得到的CP控制点坐标与建网时的该点坐标较差不能大于3MM，否则，复测的CP平面控制网应进行重测或者部分补测。、在所有的外业精度指标均达到高速铁路工程测量规范的要求后，对外业观测成果进行自由网平差，如果平差后的各CP点的方向值改正数大于35，则该测站进行重测；自由网平差后各CP点的距离改正数不得超过2MM，否则也要对该测站进行重测；在自由网平差后，如果验后单位权中误差大于18，则优先重测该区段内方向改正数和距离改正数较大的测站，直到验后单位权中误差也达到高速铁路工程测量的要求。CP控制网的内业精度指标图22CP平面网的主要精度指标控制网名称测量方法方向观测中误差距离观测中误差可重复性测量精度相对点位精度CP平面网自由测站边角交会1810MM15MM10MM注（1）可重复性测量精度控制点两次测量，其X,Y方向坐标的中误差（2）相对点位精度相邻两个CP点之间的相对误差椭圆长短轴平方和的开根号值。23CP平面网外业采集仪器及采集软件全站仪是由电子测角、电子测距、计算和数据存储等单元组成的多功能三维坐标测量系统，它能够自动显示测量成果，并且能将测量成果通过外围设备转移到计算中以便于对观测数据进行进一步的平差计算分析，它是现代工程测量的主要仪器之一。随着光电子技术、计算机技术等新技术在全站仪中的应用，全站仪逐渐向智能化、自动化的方向发展，这些新技术的出现，提高了全站仪的观测精度、减轻了外业测量人员的工作量并且拓宽了全站仪的应用领域，进而形成了一种新型的测量仪器智能全站仪（俗称测量机器人）。相比于传统的全站仪，智能全站仪具有以下特点（1）智能全站仪拥有自己的眼睛智能型全站仪拥有激光照准装置以及记忆功能，具有自动照准的功能，大大减少了人工照准的工作量，并且提高了作业效率，同时，可以避免人工照准可能出现的偏差，提高了外业观测的精度。（2）智能全站仪拥有大脑也就是说，智能型全站仪拥有独立的操作系统和操作环境，我们可以根据需要在该系统下安装数据处理及分析软件，这大大提高了智能全站仪的实用性及应用范围。（3）智能全站仪有手有脚智能全站仪自带电动马达，可以实现在水平方向和竖直方向的360任意旋转；结合智能全站仪所具有的记忆功能以及数据处理功能，在CP控制网的外业观测过程中，我们只需要每个点照准一次，即只需要人工进行半个测回的观测，智能型全站仪便可以在相应软件的控制下自动完成剩余多个测回的观测，这样，由于节省了大量人工观测的时间，智能全站仪的自动观测功能大大提高了外业观测的效率。由于CP平面网贯穿于整条高铁线路，这导致了CP控制点的数量相当庞大，因此，CP平面网外业测量所要采集的数据量也必定相当庞大；若是用传统的全站仪进行CP控制网的外业数据采集，不仅工作量大，而且工程进度也必定十分缓慢，无法满足工程需要，同时，由于数据量过于庞大，外业采集过程的繁琐，很可能会造成工程人员在数据采集过程中出现错误，不可避免得会严重影响到高速铁路的施工进度。为了提高工作效率，尽可能的减少在CP平面网外业观测可能出现的错误，智能全站仪由于其自身的特点逐渐取代了传统的全站仪，在CP平面网测量中的应用日益广泛。目前，在我国高速铁路精密工程测量中常见的智能全站仪主要有LEICATCRA1201、TCA2003,TRIMBLES6、S8等。第三章CP平面网的平差处理31CP平面网平差原理我国最早使用的CP平面网的平差方法是从德国直接引进的，而且由于技术保密性，当时我们并没有掌握CP平面网平差处理的核心技术；随着我国的高速铁路进入大规模建设的高速发展阶段，我国对由自己自主研究的整套CP平面网的外业测量软件及内业平差处理软件的需求日益迫切，为了满足我国高速铁路发展的需要，高速铁路的相关研究人员探索出适用于我国现有CP平面控制网的平差方法先对CP平面控制网进行自由网平差，得到CP平面控制网的整体模型；然后通过该区段已知的CP、CP控制点对自由网平差所得成果进行约束平差。311CP平面网自由网平差原理CP平面控制网进行自由网平差时，网中不设定已知点坐标，测站点与CP点均为待平差坐标。由于自由网中不存在坐标基准，故而如果根据观测值所开列的误差方程式求解待定点坐标，所得的待定点坐标值必定不唯一。为了得到待定点坐标的最优值，可以给该自由网一个基准条件，该基准条件可以确保待定点坐标的估计量是最优估计值，这样，再通过最小二乘原理，便可以求解出唯一的最优未知参数值。CP平面网自由网平差的具体过程如下（1）求解待定点坐标近似值CP控制点的坐标近似值可以通过观测值来确定，在自由网中，以测站C为坐标原点，以C到CP控制点S的方向为零方向，则测站C的坐标为（0,0）,CP0控制点S的坐标（X,Y），如下图所示II图31求解待定点坐标估计值示意图由上图可得，S的坐标（X,Y）可表示为IIXSCOSIYSSINI用通过观测值计算得到的CP点的坐标值作为各待定点的估计值。（2）开列误差方程方向观测值误差方程的开列在图32中，测站点与CP控制点J均为待定点，测站点与待定点的坐标KK估计值分别为（X，Y）、（X，Y），0JJ0设其改正数分别为（,）、（,）,ZXJYKXY表示该测站的零刻度的坐标方位角，即J方向的坐标方位角，称为定向角。H定向角的近似值Z可以在计算待定点0J坐标近似值中求得，定向角的改正数可以图32CP平面观测示意图JZ在平差计算中求得，由此可得，定向角的平差值为JZZ（31）J0JJZNJ0HKJZJKL设V为从测站到CP控制点的方向值改正数，为从测站到CP控JKJKJKJ制点的方位角，由图32可得方向观测值与其坐标方位角之间的关系为J（32）JKJJIKVLZ式中L表示测站到点的方向观测值；JK为测站到观测点的坐标方位角的平差值。IKK由于测站点和观测点的坐标估计值以及改正数都已经给出，由坐标反算可J求得的关系式为JK（3ARCTN00JJKJJIKXXXYYY3）将公式（33）按照泰勒公式展开，只取其中的一次项，将高次项省略后可得，的表达式为IK（34）KJKJJJJKJJJKJKJKYYXXYYXXY00000ARCTN在公式34中（35）20202020001JKJJKJKJKJKJJKJJJKSYYXXYX同理可得（3200JKJJKSY200JKKJSYX20JKKJSYX6）将公式（31）、（32）、（35）、（36）统一代入式（34）中，整理后可得方向值的误差方程式为JKKJKJJJJKJJJKJJKLYYXXYYXXZV0000即（37）JKJKKJJJKJJKJJKLYSXYSXZV20202020“式（37）中将单位统一的系数，在这里206265；S测站与观测点之间的近似距离值；JKK表示式（37）中的常数项，即。JL00JKJJJKJJKLZLL在开列方向观测值的误差方程式过程中，为该测站的定向角未知数的近似值，0J设该测站观测点的个数为N，则定向角未知数可采用以下方法计算J（38）NLZJKJJ100距离观测值误差方程的开列设测站点到观测点的观测距离为S，其观测距离的改正数为V，测站点JKJKJKS和观测点的坐标估计值分别为（，）、（，），其改正数分别为JK0J