高鐵CPⅢ快速復(fù)測的方法探討

于旺

摘 要：本文研究提出單面觀測、坐標(biāo)變換兩種實(shí)現(xiàn)快速復(fù)測的方法。本文對三角高程代替水準(zhǔn)進(jìn)行CPⅢ高程復(fù)測也進(jìn)行了探討，從理論上提出這一考慮是可行的。

關(guān)鍵詞：高鐵CPⅢ快速復(fù)測方法；單面觀測；坐標(biāo)變換；三角高程測量

高鐵CPⅢ網(wǎng)布置完成之后，在軌道精調(diào)作業(yè)之前要進(jìn)行復(fù)測。這是因?yàn)?，CPⅢ控制網(wǎng)施測完畢到軌道板精調(diào)時(shí)有一段時(shí)間間隔，由于各種自然因素或人為因素，可能引起CPⅢ控制點(diǎn)輕微的變形。復(fù)測的技術(shù)要求和作業(yè)方法均按照初次測量時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。本文之主要目的在于研究有效提高CPⅢ網(wǎng)點(diǎn)的復(fù)測效率的方法，即CPⅢ網(wǎng)點(diǎn)的快速復(fù)測方法。

1 單面觀測用于CPⅢ快速復(fù)測

全站儀三軸誤差的存在，要求測量時(shí)嚴(yán)格的對中整平儀器，而且采用雙面觀測，以盡可能減弱或消除三軸誤差的影響。高鐵CPⅢ測量中，即采用多測回雙面觀測，每個控制點(diǎn)一般至少盤左盤右觀測3個測回。顯然，如果采用單面觀測，將使測量工作大大便利，下面研究CPⅢ快速復(fù)測是否也可考慮采用單面觀測方法。

1.1 單面觀測可行性之考慮

現(xiàn)代全站儀大部分均帶有三軸補(bǔ)償功能，可以補(bǔ)償垂直軸傾斜誤差、視準(zhǔn)軸誤差和水平軸誤差對水平方向和垂直角的影響。改正和補(bǔ)償儀器所有的軸系誤差對水平方向和垂直方向的殘余影響，可得到最準(zhǔn)確的測量結(jié)果，這種方式適合大多數(shù)的測量工作，一個特別的效果就是，單面觀測具有了較高的測角準(zhǔn)確度。高鐵CPⅢ角度測量使用帶目標(biāo)自動搜索及測量的自動化全站儀，如Leica系列的TS30、TCA2003等。ATR是自主式自動目標(biāo)識別、照準(zhǔn)與跟蹤技術(shù)，全站儀發(fā)射紅外光束，并利用自準(zhǔn)直原理和CCD圖象處理功能，無論在白天還是黑夜，都能實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的自動識別、照準(zhǔn)與跟蹤。Leica具有快速精密的新型液體補(bǔ)償系統(tǒng)。徠卡TCA新型垂直軸液體補(bǔ)償器在光路上更加緊湊，并用一線性CCD數(shù)組解決雙軸的補(bǔ)償問題。精密而小巧的架構(gòu)，使液體補(bǔ)償器可以安裝在水平度盤中心上方的垂直軸在線。這樣，即使照準(zhǔn)部快速旋轉(zhuǎn)，補(bǔ)償器液體鏡面也可瞬間平靜如常。另外，補(bǔ)償器所選用的特殊液體能抵御外界溫度變化的影響。故完全滿足采用單面觀測進(jìn)行CPⅢ復(fù)測。

1.2 單面觀測可行性驗(yàn)證方法

對單面觀測可行性進(jìn)行驗(yàn)證，可以僅取盤左或盤右的CPⅢ觀測方向值，計(jì)算控制點(diǎn)坐標(biāo)，平差及精度分析，然后和雙面觀測之下的平差結(jié)果作對比。用單面觀測進(jìn)行CPⅢ控制網(wǎng)點(diǎn)復(fù)測，在國外已得到運(yùn)用，預(yù)計(jì)在國內(nèi)也將會得到使用。

2 坐標(biāo)變換用于CPⅢ快速復(fù)測

2.1 坐標(biāo)變換在測量中的應(yīng)用

工程施工過程中，常會遇到不同坐標(biāo)系統(tǒng)，坐標(biāo)變換解決了兩個不同坐標(biāo)系之間的換算問題，使得在道路工程、建筑工程中的定位測量快速、簡捷，在工程測量中應(yīng)用十分廣泛。其特點(diǎn)表現(xiàn)在以下幾個方面：（1）自行設(shè)立坐標(biāo)系，靈活方便，便于測量工作順利展開；（2）簡化數(shù)據(jù)記錄，便于測量計(jì)算；（3）解決測量實(shí)際中遇到的一些問題，如控制點(diǎn)間由于臨時(shí)出現(xiàn)遮礙而不通視等影響測量工作正常進(jìn)行的情況。例如在礦山測量中，常采用假定坐標(biāo)來指導(dǎo)施工，比如巷道掘進(jìn)方向不是0、90、180、270中的一種或幾種時(shí)，而是0～360之間的其他角值。在這種情況下，采用假定坐標(biāo)對于計(jì)算巷道邊線偏中距，計(jì)算巷道特征點(diǎn)特別有用。此外，采用假定坐標(biāo)對于標(biāo)定這種巷道的皮帶中線也很有利。

2.2 用坐標(biāo)變換分析點(diǎn)位變動

利用坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，CPⅢ復(fù)測后的點(diǎn)位變動情況，可以明顯得出。復(fù)測時(shí)，建立假設(shè)坐標(biāo)系，得到一套復(fù)測坐標(biāo)系下的坐標(biāo)。然后選擇公共點(diǎn)，與復(fù)測前坐標(biāo)聯(lián)系求解轉(zhuǎn)換參數(shù)，將復(fù)測坐標(biāo)由假設(shè)坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換到測前坐標(biāo)系下。由轉(zhuǎn)換后的CPⅢ復(fù)測坐標(biāo)和原CPⅢ坐標(biāo)對比，即可進(jìn)行點(diǎn)位變動分析。也可以剔除變動的點(diǎn)位，改選或增加公共點(diǎn)，以進(jìn)一步提高精度，再進(jìn)行一輪的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換。根據(jù)情況需要，可以進(jìn)行多輪轉(zhuǎn)換，直到滿意為止。

3 三角高程測量代替水準(zhǔn)進(jìn)行CPⅢ高程復(fù)測之探討

CPⅢ控制網(wǎng)是一個平面位置和高程位置共點(diǎn)的三維控制網(wǎng)，平面和高程分開測量，之后合并形成共點(diǎn)的三維網(wǎng)，使用時(shí)平面和高程同時(shí)使用。若用三角高程測量代替水準(zhǔn)，則CPⅢ平面復(fù)測之后可以不必再進(jìn)行水準(zhǔn)高程復(fù)測。高程數(shù)據(jù)可以由平面復(fù)測，即三角高程中的數(shù)據(jù)得出。這不僅將大大提高復(fù)測效率，而且從測量思想上講，實(shí)現(xiàn)了平面高程同步、直接建立了三維網(wǎng)。

3.1 三角高程測量代替高等級水準(zhǔn)的研究

在限制三角高程測量精度提高諸因素中，邊長誤差、垂直角誤差以及折光影響最為突出。三角高程測量在一定條件下可以代替相應(yīng)等級的幾何水準(zhǔn)測量，這是工程實(shí)際需求和現(xiàn)代測量儀器發(fā)展所提供的條件決定的。當(dāng)今，先進(jìn)精密的測距儀器，可使測距精度顯著提高，特別短邊測距精度可在毫米以內(nèi)；對折光誤差影響的研究也有了長足進(jìn)展；照準(zhǔn)目標(biāo)的標(biāo)志的改進(jìn)和采取必要的觀測措施，使垂直角的觀測精度得到進(jìn)一步提高。另一方面，新的三角高程測量方法研究也取得了顯著成就。通過對三角高程測量的原理、誤差來源及精度分析，理論上在特定條件下用三角高程測量代替一等水準(zhǔn)是完全可行的。并在生產(chǎn)實(shí)踐中用三角高程代替一等跨河水準(zhǔn)測量在實(shí)際中已得到應(yīng)用。用智能全站儀進(jìn)行精密三角高程測量來監(jiān)測垂直位移，用邊長幾千米的連續(xù)多跨高精度三角高程測量代替連續(xù)多跨的二等跨海水準(zhǔn)測量，也在像杭州灣大橋跨度幾十千米的跨海工程中得到應(yīng)用。三角高程測量代替二等水準(zhǔn)測量的方法，在路線極長沿線地形復(fù)雜多變的高速鐵路工程測量中也有人研究提出。

3.2 三角高程測量代替水準(zhǔn)進(jìn)行CPⅢ高程復(fù)測的可行性

CPⅢ高程復(fù)測用三角高程測量代替具有可行性，其可行性基于以下考慮：

（1）CPⅢ控制網(wǎng)測量的儀器均采用高精度和自動化程度高的電子測量儀器。其高程測量一律采用電子水準(zhǔn)儀（如Trimble DiNi12、Leica DNA03等），為二等水準(zhǔn)等級。

（2）CPⅢ平面網(wǎng)測量要求全站儀具有電子驅(qū)動、目標(biāo)自動搜索和操作系統(tǒng)功能的測量機(jī)器人，CPⅢ平面網(wǎng)是一個標(biāo)準(zhǔn)的帶狀控制網(wǎng)，測站和測點(diǎn)均強(qiáng)制對中，圖形規(guī)則對稱，多余觀測數(shù)多，可靠性強(qiáng)，具有展開精密三角高程測量的條件。

4 總結(jié)

本文探討指出單面觀測、坐標(biāo)變換分析點(diǎn)位變動，都是可行的高鐵CPⅢ快速復(fù)測方法。關(guān)于三角高程測量代替二等水準(zhǔn)、精密三角高程測量的研究，已有許多成果，但在實(shí)際測量尚并未取得成熟應(yīng)用。本文從理論上提出了三角高程代替水準(zhǔn)進(jìn)行CPⅢ快速復(fù)測的方法，以備參考。

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（作者單位：北京城建勘測設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司廣州分公司）