高速铁路CPⅢ控制网单边测量精度分析及应用研究

2016-04-13张海涛

铁道勘察 2016年1期

关键词：右线测站高速铁路

张海涛

(中铁工程设计咨询集团有限公司，北京　100055)

高速铁路CPⅢ控制网单边测量精度分析及应用研究

张海涛

(中铁工程设计咨询集团有限公司，北京100055)

Accuracy Analysis and Application Research of Single-side Surveying for High-speed Railway CPⅢ Control Network

ZHANG Haitao

摘要受“V”型天窗作业时间限制，某些运营铁路线或区间无法测量点对双边CPⅢ控制点，需进行单点单边测量。通过试验数据，在对CPⅢ控制网单边测量的数据精度指标与常规点对CPⅢ控制网测量成果进行比较分析的基础上，对单边测量成果进行轨道测量的应用研究。研究分析结果表明，CPⅢ控制网单边测量精度指标能满足高铁CPⅢ控制网测量精度要求，单边测量成果可用于轨道测量。

关键词CPⅢ控制网单边测量观测网形精度分析

1概述

目前高速铁路CPⅢ控制网测量采用自由设站边角交会法观测线路两侧CPⅢ点对，但对于一些受“V”型天窗上线作业时间影响的运营线路或区间，只能在线路的一侧(左线或右线)进行作业，导致无法同时观测线路两边的CPⅢ控制点，只能测量单侧CPⅢ控制点。以某客运专线一段实测资料作为试验数据，对线路左线和右线的CPⅢ控制点分别单独进行数据平差处理，对单边测量成果进行轨道测量的应用研究，提出一种新的CPⅢ控制网测量方法，从一定程度上解决运营线路“V”型天窗CPⅢ控制网测量问题。

2单边测量网形设计及技术要求

2.1单边测量网形设计

(1)平面控制网形设计

CPⅢ控制网单边测量在线路左线或右线作业时，只能观测单侧的CPⅢ控制点，即左线和右线分开进行观测，分别形成左线CPⅢ控制网和右线CPⅢ控制网。同样采用自由设站边角交会法施测，施测网形如图1所示。观测测站间距一般为120 m(或60 m)，测站前后各测量线路单侧3个(或2个)CPⅢ点，相邻两个测站重复观测4个(或3个)CPⅢ点，间隔的测站重复观测2个CPⅢ点，每个CPⅢ控制点至少有3个方向和距离交会。

图1　CPⅢ控制网单边测量网形

(2)高程网形设计

CPⅢ高程控制网采用三角高程，与平面控制网同时进行，比较不同自由设站所测得两相邻点的高差，每相邻两个CPⅢ点之间至少有2个或3个高差重复观测值，按每相邻3个CPⅢ点构建三角形高程闭合环的方法构成三角高程网，高程网形如图2所示。

图2　CPⅢ控制网自由设站三角高程单边测量网形

2.2CPⅢ控制网单边测量观测技术要求

CPⅢ控制网单边测量与常规测量方法技术要求一致，即平面测量水平方向应采用全圆方向观测法进行观测。水平方向观测满足表1的规定。

表1　CPⅢ平面测量水平方向观测技术要求

平面测量距离观测采用多测回距离观测法，满足表2的规定。边长观测应实时地在全站仪中输入温度和气压进行气象元素改正。

表2　CPⅢ平面网距离观测技术要求

用于构建CPⅢ自由设站三角高程单边测量的观测值，除满足CPⅢ平面测量的外业观测要求外，还须满足表3的规定。

表3　CPⅢ三角高程观测主要技术要求

3精度分析

在试验段落采用相同仪器分别进行常规CPⅢ控制网测量和CPⅢ控制网单边测量，试验段共测量2.5 km范围内38对CPⅢ点，数据处理采用相同的原理和方法。平面控制网对独立自由网平差及固定约束平差精度进行统计，三角高程网对三边环闭合差、每km高差偶然中误差和每km高差全中误差等指标进行分析统计。同时对单边测量的左、右线CPⅢ控制网平面和高程成果与常规测量的成果进行比较分析。

3.1平面控制网数据精度分析

平面控制网精度主要通过左、右线CPⅢ控制网自由平差，约束平差精度统计，以及CPⅢ点平面坐标成果与常规CPⅢ坐标成果的比较等方面进行分析。

试验区段左线CPⅢ平面网自由网平差及约束平差的精度统计如表4和表5所示。

表4　左线CPⅢ平面网自由网平差后的精度统计

表5　左线CPⅢ平面网约束平差后的精度统计

试验区段右线CPⅢ平面网自由网平差及约束平差的精度统计如表6和表7所示。

对单边测量左、右线CPⅢ控制网平面坐标平差成果与常规CPⅢ测量成果进行比较分析，坐标差值统计分布如图3和图4所示。

表6　右线CPⅢ平面网自由网平差后的精度统计

表7　右线CPⅢ平面网约束平差后的精度统计

图3　左线CPⅢ网与常规CPⅢ网坐标成果差值分布

图4　右线CPⅢ网与常规CPⅢ网坐标成果差值分布

CPⅢ控制网单边测量的平面坐标成果与常规CPⅢ测量成果较差绝对值最大为2.8 mm，说明单边网平面测量精度满足高铁复测小于3 mm要求。

3.2三角高程控制网精度分析

三角高程控制网精度主要通过三角高程网中数据处理及平差精度、相邻CPⅢ点高差和CPⅢ点高程成果与常规CPⅢ网高差和高程成果的比较进行分析。

试验区段左、右线CPⅢ三角高程数据处理精度统计如表8所示。

表8　三角高程数据处理及平差精度统计

试验区段左、右线CPⅢ单边三角高程测量高差与常规CPⅢ测量高差差值统计分布如图5和图6所示。

图5　左线CPⅢ三角高程网与常规CPⅢ高差差值分布

图6　右线CPⅢ三角高程网与常规CPⅢ高差差值分布

试验段CPⅢ控制网单边三角高程测量高差与常规测量较差绝对值最大为1.60 mm，满足高铁精密高程测量小于2 mm要求。

对左、右线CPⅢ高程成果与常规CPⅢ测量成果进行比较分析，高程成果差值统计分布如图7和图8所示。

图7　左线CPⅢ网与常规CPⅢ网高程成果差值分布

图8　右线CPⅢ网与常规CPⅢ网高程成果差值分布

CPⅢ控制网单边测量的三角高程成果与常规CPⅢ测量的成果较差绝对值最大为1.53 mm，满足高铁复测小于3 mm的规范要求。

4应用研究分析

试验段落在CPⅢ控制网单边测量成果的基础上进行了全站仪自由设站精度及轨道测量搭接精度检验，进而对CPⅢ控制网单边测量成果应用于轨道测量的效果进行分析。

4.1全站仪自由设站精度检验

全站仪自由设站精度统计分析主要通过全站仪设站精度及CPⅢ控制点坐标不符值进行统计，试验区段19个自由设站的精度统计如表9所示。

表9　全站仪设站精度及不符值统计

全站仪设站精度在X、Y、Z三个方向均在1 mm以内，设站后检核CPⅢ控制点坐标不符值均小于2 mm，满足高铁规范要求。

4.2轨道测量搭接精度检验

为检验CPⅢ控制网单边测量成果应用于轨道测量的精度情况，对相邻自由测站的轨道点进行搭接精度检验，相邻测站进行3个搭接点重复测量，相邻测站搭接精度统计如图9所示。

图9　相邻测站的轨道点测量搭接精度统计

相邻自由测站的轨道点重复测量搭接精度均在±2 mm以内，满足高铁规范相关要求，说明单边测量成果应用于轨道测量可行。

5结论

现场测量试验研究和数据计算结果表明，CPⅢ控制网单边测量的数据观测、平面自由网平差及约束平差精度、三角高程网闭合差及平差精度指标等均能满足高铁规范要求。通过对基于CPⅢ控制网单边测量成果进行全站仪自由设站及轨道测量的检验分析，自由设站精度及搭接精度均能满足高铁规范相关要求，单边测量成果可应用于轨道测量。本次试验的精度分析及应用研究表明，CPⅢ控制网单边测量为某些受“V”型天窗作业限制的运营铁路线或区间CPⅢ控制网测量提供了一种新的测量方法，也适用于单线铁路CPⅢ控制网测量。

参考文献

[1]中华人民共和国铁道部.TB 10601—2009高速铁路工程测量规范[S].北京：中国铁道出版社，2011

[2]王斌，姜春杰，杨保华.CPⅢ平面控制测量网型改进的一种方法研究[J].铁道勘察，2014(4)：28-31

[3]刘成龙，杨雪峰，卢建康，等.高速铁路CPⅢ三角高程网构网与平差计算方法[J].西南交通大学学报，2011(3)：434-439

[4]周东卫.高速铁路轨道控制网CPⅢ精密测量若干问题探讨[J].铁道勘察，2011(5)：5-8

[5]赖鸿斌，马德英，郑子天.高速铁路CPⅢ平面网复测若干问题探讨[J].高速铁路技术，2014(3)：54-58

[6]王建红.高速铁路轨道测量控制网区段搭接的探讨[J].铁道勘察，2010(6)：13-15

[7]付建斌，刘成龙，卢建康，等.基于自由测站的高速铁路CPⅢ高程控制网建网方法研究[J].铁道工程学报，2010，146(11)：32-37

[8]王国祥，赖鸿斌.高速铁路轨道控制网CPⅢ建网与精度控制[J].高速铁路技术，2012(1)：18-23

[9]任晓春，周东卫.高速铁路运营阶段CPⅢ复测方法研究与应用[J].铁道工程学报，2013，173(2)：25-29

[10]李明军.基于某高速铁路精密工程控制测量若干问题的研究[D].吉林：吉林大学，2009

中图分类号：U212.24