高铁CPⅢ快速复测的方法探讨

于旺

摘 要：本文研究提出单面观测、坐标变换两种实现快速复测的方法。本文对三角高程代替水准进行CPⅢ高程复测也进行了探讨，从理论上提出这一考虑是可行的。

关键词：高铁CPⅢ快速复测方法；单面观测；坐标变换；三角高程测量

高铁CPⅢ网布置完成之后，在轨道精调作业之前要进行复测。这是因为，CPⅢ控制网施测完毕到轨道板精调时有一段时间间隔，由于各种自然因素或人为因素，可能引起CPⅢ控制点轻微的变形。复测的技术要求和作业方法均按照初次测量时的标准进行。本文之主要目的在于研究有效提高CPⅢ网点的复测效率的方法，即CPⅢ网点的快速复测方法。

1 单面观测用于CPⅢ快速复测

全站仪三轴误差的存在，要求测量时严格的对中整平仪器，而且采用双面观测，以尽可能减弱或消除三轴误差的影响。高铁CPⅢ测量中，即采用多测回双面观测，每个控制点一般至少盘左盘右观测3个测回。显然，如果采用单面观测，将使测量工作大大便利，下面研究CPⅢ快速复测是否也可考虑采用单面观测方法。

1.1 单面观测可行性之考虑

现代全站仪大部分均带有三轴补偿功能，可以补偿垂直轴倾斜误差、视准轴误差和水平轴误差对水平方向和垂直角的影响。改正和补偿仪器所有的轴系误差对水平方向和垂直方向的残余影响，可得到最准确的测量结果，这种方式适合大多数的测量工作，一个特别的效果就是，单面观测具有了较高的测角准确度。高铁CPⅢ角度测量使用带目标自动搜索及测量的自动化全站仪，如Leica系列的TS30、TCA2003等。ATR是自主式自动目标识别、照准与跟踪技术，全站仪发射红外光束，并利用自准直原理和CCD图象处理功能，无论在白天还是黑夜，都能实现目标的自动识别、照准与跟踪。Leica具有快速精密的新型液体补偿系统。徕卡TCA新型垂直轴液体补偿器在光路上更加紧凑，并用一线性CCD数组解决双轴的补偿问题。精密而小巧的架构，使液体补偿器可以安装在水平度盘中心上方的垂直轴在线。这样，即使照准部快速旋转，补偿器液体镜面也可瞬间平静如常。另外，补偿器所选用的特殊液体能抵御外界温度变化的影响。故完全满足采用单面观测进行CPⅢ复测。

1.2 单面观测可行性验证方法

对单面观测可行性进行验证，可以仅取盘左或盘右的CPⅢ观测方向值，计算控制点坐标，平差及精度分析，然后和双面观测之下的平差结果作对比。用单面观测进行CPⅢ控制网点复测，在国外已得到运用，预计在国内也将会得到使用。

2 坐标变换用于CPⅢ快速复测

2.1 坐标变换在测量中的应用

工程施工过程中，常会遇到不同坐标系统，坐标变换解决了两个不同坐标系之间的换算问题，使得在道路工程、建筑工程中的定位测量快速、简捷，在工程测量中应用十分广泛。其特点表现在以下几个方面：（1）自行设立坐标系，灵活方便，便于测量工作顺利展开；（2）简化数据记录，便于测量计算；（3）解决测量实际中遇到的一些问题，如控制点间由于临时出现遮碍而不通视等影响测量工作正常进行的情况。例如在矿山测量中，常采用假定坐标来指导施工，比如巷道掘进方向不是0、90、180、270中的一种或几种时，而是0～360之间的其他角值。在这种情况下，采用假定坐标对于计算巷道边线偏中距，计算巷道特征点特别有用。此外，采用假定坐标对于标定这种巷道的皮带中线也很有利。

2.2 用坐标变换分析点位变动

利用坐标转换，CPⅢ复测后的点位变动情况，可以明显得出。复测时，建立假设坐标系，得到一套复测坐标系下的坐标。然后选择公共点，与复测前坐标联系求解转换参数，将复测坐标由假设坐标系转换到测前坐标系下。由转换后的CPⅢ复测坐标和原CPⅢ坐标对比，即可进行点位变动分析。也可以剔除变动的点位，改选或增加公共点，以进一步提高精度，再进行一轮的坐标轉换。根据情况需要，可以进行多轮转换，直到满意为止。

3 三角高程测量代替水准进行CPⅢ高程复测之探讨

CPⅢ控制网是一个平面位置和高程位置共点的三维控制网，平面和高程分开测量，之后合并形成共点的三维网，使用时平面和高程同时使用。若用三角高程测量代替水准，则CPⅢ平面复测之后可以不必再进行水准高程复测。高程数据可以由平面复测，即三角高程中的数据得出。这不仅将大大提高复测效率，而且从测量思想上讲，实现了平面高程同步、直接建立了三维网。

3.1 三角高程测量代替高等级水准的研究

在限制三角高程测量精度提高诸因素中，边长误差、垂直角误差以及折光影响最为突出。三角高程测量在一定条件下可以代替相应等级的几何水准测量，这是工程实际需求和现代测量仪器发展所提供的条件决定的。当今，先进精密的测距仪器，可使测距精度显著提高，特别短边测距精度可在毫米以内；对折光误差影响的研究也有了长足进展；照准目标的标志的改进和采取必要的观测措施，使垂直角的观测精度得到进一步提高。另一方面，新的三角高程测量方法研究也取得了显著成就。通过对三角高程测量的原理、误差来源及精度分析，理论上在特定条件下用三角高程测量代替一等水准是完全可行的。并在生产实践中用三角高程代替一等跨河水准测量在实际中已得到应用。用智能全站仪进行精密三角高程测量来监测垂直位移，用边长几千米的连续多跨高精度三角高程测量代替连续多跨的二等跨海水准测量，也在像杭州湾大桥跨度几十千米的跨海工程中得到应用。三角高程测量代替二等水准测量的方法，在路线极长沿线地形复杂多变的高速铁路工程测量中也有人研究提出。

3.2 三角高程测量代替水准进行CPⅢ高程复测的可行性

CPⅢ高程复测用三角高程测量代替具有可行性，其可行性基于以下考虑：

（1）CPⅢ控制网测量的仪器均采用高精度和自动化程度高的电子测量仪器。其高程测量一律采用电子水准仪（如Trimble DiNi12、Leica DNA03等），为二等水准等级。

（2）CPⅢ平面网测量要求全站仪具有电子驱动、目标自动搜索和操作系统功能的测量机器人，CPⅢ平面网是一个标准的带状控制网，测站和测点均强制对中，图形规则对称，多余观测数多，可靠性强，具有展开精密三角高程测量的条件。

4 总结

本文探讨指出单面观测、坐标变换分析点位变动，都是可行的高铁CPⅢ快速复测方法。关于三角高程测量代替二等水准、精密三角高程测量的研究，已有许多成果，但在实际测量尚并未取得成熟应用。本文从理论上提出了三角高程代替水准进行CPⅢ快速复测的方法，以备参考。

参考文献

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[3]张正禄，邓勇，罗长林，等.精密三角高程代替一等水准测量的研究[J].武汉大学学报：信息科学版，2006，31（1）：5-8.

（作者单位：北京城建勘测设计研究院有限责任公司广州分公司）