高速铁路无砟轨道控制网（CPIII）
平面测量技术
谢辉，汪君
（中铁大桥局集团一公司，河南 郑州，450053）
摘要：为适应高速铁路无砟轨道高平顺性、高稳定性的要求，保障高速行车安全，如何做好测量控制工作，为线上工程提供可靠性强、精度高的控制网成为新的课题，轨道控制网（CPIII）的引入是解决这一问题的关键。
关键词：平顺 搭接
1、 CPIII控制网的特点
CPIII是高速铁路精测网的第三级控制网，主要为无砟轨道铺设和运营维护提供控制基准。 1.1 全新的作业方式
CPIII采用自由测站边角交会这一全新作业方式进行测量，比较普通控制网（有已知边）的测量，CPIII测量没有已知边提供起算数据，它通过作业过程中涵盖CPII或者CPI的自由交会来确定设站坐标，从而解算出各个CPIII的坐标。其测量距离短，网型繁杂，每个点的测量次数多，工作量十分庞大。 1.2 精度要求高
为满足列车高速行驶时的安全性和舒适性，要求客运专线铁路必须具有极高的精确性和平顺性，这就要求CPIII的精度必须满足毫米级的要求，以便为调轨及维护工作提供可靠的依据。在CPIII平面网中，要求方向观测中误差不大于1.8〞，距离观测中误差以及相邻点相对中误差均不大于1.0mm，可重复测量精度不大于3mm。其中相邻点相对中误差是保证全网高平顺性最关键的精度指标。
因此必须使用具有马达驱动、自动照准和数据自动记录功能的现代化全站仪进行测量，其标称精度不应大于：1〞,1mm+2ppm。如莱卡TCA2003，TCA1201，天宝TrimbleS6等。 1.3 施测难度大，工作量大
CPIII测量对环境要求很高，光线、气压、温度、粉尘、车辆行驶都能对测量产生影响，使测站数据作废，加之网型紧密，测站数多，每个CPIII点（包括已知的CPII或者CPI点）都要至少测量3次，对一条线路来说任务相当繁重。 1.4 自动化程度高、可靠性强
由于采用了具有自动照准、自动记录、自动计算的全站仪进行观测，所以CPIII测量过程的自动化程度较高，操作相对简便。不仅节省了大量人力，并且避免了人员在操作过程中出现的疏漏，从而提高了数据的可靠性。
2、 CPIII测量前的准备工作
针对CPIII控制网高精度、高稳定性的特点，CPⅢ控制网测量必须在线下工程竣工、并通过沉降变形评估后施测。建网前应对全线的CPⅠ、CPⅡ控制网进行复测，并根据高等级控制点采用CPI 约束或CPII 同精度插点方式进行CPII 控制网加密，加密CPII 控制网精度必须满足规范要求，最终采用复测和加密后并通过评审的CPⅠ、CPⅡ成果对CPIII网进行约束平差。
CPI、CPII控制网GPS测量技术要求
相邻点相对中控制网 测量等级 点间距 误差 CPI CPII B级 C级 ≤4km一对 600-800m 10mm 8mm 误差 ≤1.3〞 ≤1.7〞 误差 1/180000 1/100000 基线边方向中最弱边相对中
3、 CPIII的实施
3.1 CPIII控制点的布设
CPⅢ控制点的布设应兼顾施工及运营维护，一般为60 m 左右一对，且不应大于80 m, 相邻CPⅢ 控制点应大致等高，布设高度应与轨道面高度保持一致的高度间距。应设臵在稳固、可靠、不易破坏和便于测量的地方。
一般路基地段应布臵在接触网杆基座上，CPⅢ点基座与接触网杆基础一起浇筑；
桥梁上一般布臵在桥梁固定支座端上方防撞墙顶端，基座套筒外露部分尽量不高于防撞墙顶端。 CPIII点布设完成后应采取措施妥善保护，避免后续施工对其产生破坏。 3.2 CPIII控制网观测
CPIII控制网采用自由测站边角交会法测量，附合于CPI或CPII控制点上，每600m左右联测一个CPI或CPII控制点，每个CPI或CPII控制点至少观测3次，自由测站至CPI、CPII控制点的距离不宜大于300m。网中每个CPIII控制点至少测量3次，自由测站到最远一个CPIII点的距离不大于180m。观测方式有如下几种：
测站间距120m：每个自由测站观测6对12个CPIII点为测量目标
测站间距60m：每个自由测站观测4对8个CPIII点为测量目标
测站间距60m与120m之间的转换
3.3 CPIII控制网技术要求
CPIII平面网应采用全圆方向观测法进行观测，如采用分组观测，应采用同一归零方向，并重复观测一个方向。
CPIII平面网水平方向观测技术要求
同一方向归零控制网名称 仪器等级 测回数 半测回归零差 2C互差 差 0.5〞 CPIII平面网 1.0〞 3 6〞 9〞 6〞 2 6〞 9〞 6〞 CPIII网距离观测一般与水平方向观测同时进行，要求半测回和测回间的距离较差均不能大于1mm。
在每测回、测站完成后，采用的自动化全站仪会自动进行简单的计算、对比，并提示测站是否超限。
3.4 CPIII区段间搭接
CPIII平面网可根据施工需要分段测量，每段CPIII控制网一般为4～8km，最短不宜小于3km。相邻测段至少重复观测6对（12个）CPIII点进行搭接。
3.5 CPIII测量注意事项
CPIII观测所使用的全站仪需在有效鉴定期内。作业前应按照要求对全站仪补偿器、自动照准和轴系误差等多项内容进行检校，待各项指标稳定后方能进行作业。
观测前应将仪器臵于空气中15分钟适应温度。并进行温度、气压、相对湿度等气象元素的改正，温度改正精确至0.2℃，气压改正精确至0.5hPa。
阳光、大风、强光源都可能影响测量结果，使测站超限，因此宜在夜间无风或微风条件下进行CPIII测量。
尽量使用自重较大的三脚架，安臵仪器时不宜过高，尽量使视准轴与CPIII棱镜高度一致，以减弱仪器轴系误差对测量产生的影响。
4、CPIII数据处理
CPIII数据处理包括对外业采集的数据进行现场检查和CPIII控制网平差。 4.1 CPIII外业数据处理
CPIII外业数据采集是通过安装在全站仪上的CPIII专用采集软件实施的。在每个自由设站数据采集完成后，都要对数据质量进行检查。检查内容包括：测量数据是否超限、棱镜常数、棱镜高、相关人员、气象要素、观测日期等。检查方法可以采用手工或程序检查。观测数据经检查不满足要求时，及时进行重测；经检查无误并满足要求时，进行数据存储，提交数据计算、平差处理。 4.2 CPIII控制网平差及成果输出
CPIII平面网平差计算采用铁道部主管部门评审通过的软件。外业数据检查合格后，进行自由网平差，然后进行约束平差，约束平差时应注意与相邻区段搭接测量的数据处理原则，通过约束平差获得控制网平差坐标及相应的精度信息。平差处理流程为：数据传输→坐标概算及距离改化→闭合差检验→粗差剔除→边、角权比的确定→起算点兼容性的确定→平差计算。平差计算完成后，对两次测量平差均合格的成果进行坐标比较，如不超重复测量限差，则取第一组或精度指标较高的一组为最终成果，如有超限的应分析原因，并查找原因或重测，直到两次成果重复测量成果不超限。
5、结束语
随着中国高速铁路的蓬勃发展，传统的工程测量方法已不能满足施工建设的要求，CPIII的引入不仅为我们带来了高稳定性、高精度的工程控制网，同时为我们带来了全新的测量方法及作业理念，使工程测量的理论、方法产生了巨大飞跃，是测量朝着自动化、信息化方向发展迈出的坚实一步。 参考文献
1、《高速铁路工程测量规范》TB10601-2009