1、CPIII控制網(wǎng)測(cè)量解決方案一、CPIII概述與系統(tǒng)預(yù)備CPIII控制網(wǎng)丈量系統(tǒng)是為高速鐵路軌道施工所使用的CPIII控制網(wǎng)的建網(wǎng)、數(shù)據(jù)采集等作業(yè)而開(kāi)發(fā)的丈量系統(tǒng)，包括：球型棱鏡組、CPIII觀測(cè)數(shù)據(jù)采集機(jī)載軟件等。CPIII控制網(wǎng)丈量系統(tǒng)，在位于哈爾濱成高子火車(chē)站內(nèi)的鐵道部科技司和工程治理中心的主持的嚴(yán)冷地區(qū)無(wú)砟軌道板實(shí)驗(yàn)段內(nèi)，采用我們的球型棱鏡組建立CPIII控制網(wǎng)標(biāo)志，并使用CPIII觀測(cè)數(shù)據(jù)采集機(jī)載軟件進(jìn)行自由設(shè)站、邊角聯(lián)合、多測(cè)回正倒鏡的觀測(cè)，共完成了22個(gè)CPIII點(diǎn)標(biāo)志安裝以及平面和高程控制網(wǎng)的觀測(cè)，通過(guò)內(nèi)業(yè)平差計(jì)算、使用西南交大丈量工程系與鐵二院合作開(kāi)發(fā)的經(jīng)過(guò)鐵道部科技司評(píng)審鑒

2、定的無(wú)砟軌道CP網(wǎng)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)軟件（CPDataAdjwstmentSoftware）進(jìn)行CPIII平面控制網(wǎng)的平差計(jì)算和CPIII高程控制網(wǎng)的平差計(jì)算，終極得到CP控制網(wǎng)的三維坐標(biāo)。平面坐標(biāo)相對(duì)點(diǎn)位中誤差和高程點(diǎn)位中誤差均滿足客運(yùn)專線無(wú)砟軌道板鐵路工程丈量暫行規(guī)定中1mm的精度要求，各CPIII的平差坐標(biāo)成果是可靠的。在高速鐵路的修建過(guò)程中，不論是線路中線放樣、底座混凝土鋼模放樣方案、凸形擋臺(tái)鋼模放樣、軌道板調(diào)整還是終極的鋼軌調(diào)整，都必須使用設(shè)計(jì)線路的坐標(biāo)參考系。設(shè)計(jì)線路的坐標(biāo)參考系是由建立在線路四周的一些控制參考點(diǎn)確定，這些控制參考點(diǎn)的精確坐標(biāo)位置由上一級(jí)的控制參考點(diǎn)傳遞。使用這些控制參考

3、點(diǎn)進(jìn)行自由設(shè)站后方交會(huì)，就可以精確地獲得全站儀設(shè)站坐標(biāo)和方位。無(wú)砟軌道板施工過(guò)程中所使用的控制參考點(diǎn)是CPIII控制網(wǎng)（點(diǎn)），CPIII控制點(diǎn)將在線路施工過(guò)程中被反復(fù)使用，控制網(wǎng)的坐標(biāo)精度決定了后面的無(wú)砟軌道板施工中各個(gè)工序的丈量和建造精度。在CPIII的建網(wǎng)及后面的坐標(biāo)傳遞過(guò)程中，將面臨兩大題目：1)如何由上一級(jí)CPII控制網(wǎng)（點(diǎn)）在線路設(shè)計(jì)坐標(biāo)系中精確地得到CPIII的位置坐標(biāo)；2）如何在后面的施工過(guò)程中再次精確地傳遞這些CPIII的坐標(biāo)。要精確地得到CPIII的位置坐標(biāo)以及在施工過(guò)程中多次重復(fù)精確傳遞這些坐標(biāo)，要求CPIII標(biāo)志裝置具有高精確性和高重復(fù)性。CPIII標(biāo)志裝置一般由永久固定

4、在線路兩側(cè)的底座支架和反射棱鏡組成。目前國(guó)內(nèi)使用的CPIII反射棱鏡均采用常規(guī)圓棱鏡。常規(guī)圓棱鏡由：玻璃體、棱鏡框、橫軸（水平軸）、豎軸（垂直軸）、U型架、棱鏡座等部件組成，常規(guī)圓棱鏡可繞水平軸（即棱鏡橫軸）俯仰轉(zhuǎn)動(dòng)，也可在丈量時(shí)繞垂直軸（即棱鏡豎軸）轉(zhuǎn)動(dòng)。理論上要求棱鏡無(wú)論怎樣轉(zhuǎn)動(dòng)橫軸和豎軸的中心延長(zhǎng)線必須交于一點(diǎn)，丈量光反射中心也要交于這一點(diǎn)，即機(jī)械旋轉(zhuǎn)點(diǎn)和丈量點(diǎn)始終保持一致，不會(huì)產(chǎn)生水平和垂直移動(dòng)，但實(shí)際加工出的圓棱鏡很難做到。這樣圓棱鏡就帶進(jìn)了自身的誤差，互換使用后的誤差就更大。在對(duì)目標(biāo)點(diǎn)進(jìn)行觀測(cè)時(shí)，實(shí)際上就是觀測(cè)代表目標(biāo)點(diǎn)的棱鏡中心。任何目標(biāo)點(diǎn)都存在需要從不同的位置對(duì)它進(jìn)行觀測(cè)的要求

5、。要實(shí)現(xiàn)多個(gè)角度觀測(cè)并不難，只需要棱鏡能旋轉(zhuǎn)就可以實(shí)現(xiàn)，常規(guī)圓棱鏡當(dāng)然也能旋轉(zhuǎn)，但是常規(guī)圓棱鏡在棱鏡各向異性要求上（從同一位置對(duì)以不同的上、下、左、右小角度偏轉(zhuǎn)的棱鏡進(jìn)行丈量，所獲得的棱鏡中心的三維坐標(biāo)值的差異）鮮有涉足，當(dāng)旋轉(zhuǎn)后圓棱鏡中心代表的實(shí)際丈量的物理中心位置就很難保證一致。需要具有精確高程值的目標(biāo)點(diǎn)除了使用全站儀進(jìn)行平面坐標(biāo)丈量外，還需要使用水準(zhǔn)儀進(jìn)行精確的目標(biāo)點(diǎn)高程丈量，水準(zhǔn)尺不可能立在棱鏡的中心點(diǎn)位置來(lái)丈量，為了保證水準(zhǔn)丈量的高程代表棱鏡中心的位置，實(shí)際施工中多采用在圓棱鏡底座上加裝水準(zhǔn)氣泡的辦法讓圓棱鏡豎軸鉛垂，在進(jìn)行高程水準(zhǔn)丈量時(shí)拿掉棱鏡，直接在底座支架上立尺，獲得精確的高程

6、后加上棱鏡中心位置到底座支架的定長(zhǎng)即是棱鏡中心位置的高程。因此，使用傳統(tǒng)圓棱鏡來(lái)代表目標(biāo)點(diǎn)的丈量裝置，不僅構(gòu)造復(fù)雜，使用麻煩，穩(wěn)定性差，而且安裝過(guò)程需要對(duì)中、整平，調(diào)整的正確性完全依靠人工水平和裝置的可靠重復(fù)性。因而每次重新安裝到位后的棱鏡中心并不是同一物理位置。目前國(guó)內(nèi)高速鐵路CPIII標(biāo)志裝置在進(jìn)行建網(wǎng)時(shí)，為了進(jìn)步觀測(cè)精度，往往采用價(jià)格昂貴的進(jìn)口金屬圓棱鏡，但是實(shí)際施工作業(yè)中，又是采用普通的圓棱鏡，這樣很難做到再重復(fù)CPIII建網(wǎng)時(shí)的棱鏡中心的物理位置。為了克服傳統(tǒng)的CPIII標(biāo)志裝置存在的缺陷，進(jìn)步CPIII控制網(wǎng)的精度，方便CPIII控制網(wǎng)觀測(cè)操縱，同時(shí)保證建網(wǎng)和施工后方交會(huì)時(shí)保持相同

7、的物理?xiàng)l件，我們研制的CPIII控制網(wǎng)丈量系統(tǒng)，采用球棱鏡代替常規(guī)圓棱鏡（具體可參考關(guān)于用球棱鏡組取代傳統(tǒng)的園棱鏡組作為CPIII的標(biāo)志），并直接在全站儀上開(kāi)發(fā)了CPIII自動(dòng)觀測(cè)機(jī)載軟件CPMeas，替換了通常使用的全站儀+專用電子手薄的方法，簡(jiǎn)化了CPIII丈量設(shè)備，節(jié)約了專用電子手薄購(gòu)置使用費(fèi)。二、CP控制點(diǎn)布設(shè)與丈量1、無(wú)砟軌道施工丈量的標(biāo)志點(diǎn)布置在無(wú)砟軌道的施工和驗(yàn)收丈量中需要用到在線路的兩側(cè)每隔60米所布置的丈量標(biāo)志點(diǎn)（CP點(diǎn)），這些丈量標(biāo)志點(diǎn)的作用是：1)作為丈量標(biāo)志2)安放供全站儀自動(dòng)掃描的反射棱鏡2、CP控制點(diǎn)觀測(cè)留意事項(xiàng)根據(jù)第一步布控的CP控制網(wǎng)，進(jìn)行外業(yè)的數(shù)據(jù)采集觀測(cè)，在

8、這里主要包括全站儀和水準(zhǔn)儀.1）CP點(diǎn)的編號(hào)同一（左側(cè)為奇數(shù)，右側(cè)為偶數(shù)）2）丈量職員操縱過(guò)程中要嚴(yán)格按照規(guī)范要求，避免不必要的以為誤差3）外業(yè)觀測(cè)時(shí)，每個(gè)測(cè)站觀測(cè)的CP點(diǎn)為8個(gè)，每次搬站只向前移動(dòng)一對(duì)棱鏡，且氣壓溫度值輸進(jìn)必須正確，儀器自由設(shè)站，無(wú)須量?jī)x器高,儀器自動(dòng)計(jì)算。4）每隔一對(duì)CP棱鏡進(jìn)行自由建站5）兩個(gè)方向個(gè)觀測(cè)22個(gè)CP控制點(diǎn)6）每個(gè)CP控制點(diǎn)至少觀測(cè)3次以上7）每測(cè)站至少觀測(cè)2測(cè)回8）與CP、CP進(jìn)行連接丈量3、CP控制點(diǎn)成果整理檢查外業(yè)觀測(cè)數(shù)據(jù)的連續(xù)性，并對(duì)明顯的單個(gè)錯(cuò)誤數(shù)據(jù)進(jìn)行改正。利用平差軟件對(duì)外業(yè)CP點(diǎn)的全站儀和水準(zhǔn)儀觀測(cè)的數(shù)據(jù)，進(jìn)行平差計(jì)算，首先獲得CP點(diǎn)的獨(dú)立坐標(biāo)，

9、然后再加進(jìn)CP、CP點(diǎn)的正確坐標(biāo)值，即可平差計(jì)算得到CP點(diǎn)的盡對(duì)坐標(biāo)值（最小二乘法）。三、此系統(tǒng)的市場(chǎng)應(yīng)用情況：本項(xiàng)目研制的球型棱鏡組和CPIII觀測(cè)數(shù)據(jù)采集機(jī)載軟件，已經(jīng)成功地在哈爾濱成高子火車(chē)站內(nèi)的鐵道部科技司和工程治理中心的主持的嚴(yán)冷地區(qū)無(wú)砟軌道板實(shí)驗(yàn)段內(nèi)，共完成了22個(gè)CPIII點(diǎn)標(biāo)志安裝以及平面和高程控制網(wǎng)的觀測(cè)。結(jié)果證實(shí)：平面坐標(biāo)相對(duì)點(diǎn)位中誤差和高程點(diǎn)位中誤差均滿足客運(yùn)專線無(wú)砟軌道板鐵路工程丈量暫行規(guī)定中1mm的精度要求，各CPIII的平差坐標(biāo)成果是可靠的。從目前反饋到我公司的對(duì)CPIII球型棱鏡組的市場(chǎng)需求來(lái)看，CPIII球型棱鏡組在CPIII控制點(diǎn)的丈量原理上優(yōu)于傳統(tǒng)圓棱鏡，并且憑借我公司生產(chǎn)的球型棱鏡在各向同性的性能上的優(yōu)良表現(xiàn)、簡(jiǎn)單可靠的現(xiàn)場(chǎng)安裝和丈量裝置，有著極大的用戶需求。目前我公司存在著進(jìn)行CPIII球型棱鏡組批量化生產(chǎn)的迫切要求，公司為此專門(mén)成立了市場(chǎng)推廣部、生產(chǎn)治理部和