高铁精测网测量培训讲义2011410

高铁精测网复测、加密测量技术培训讲义一、水准高程测量1、水准高程系统我国解放后统一采用黄海高程系统，即56高程系，高程原水准点设在山东青岛验潮站，1985年该点高程进行修正，85系统高程为72.260m，56系统高程为72.289m，两者相差29mm，目前基本上都采用1985国家高程基准。2、各级水准测量精度指标（即测规对高程测量的限差规定）水准侧量等级每公里水准测量偶然中误差（mm）每公里水准测量全中误差（mm）限差（mm）检测已测段高差之差（即复测值与设计值不符值的限差往返测不符值附和路线或环闭合差左右路线高差不符值二等≤1.0≤2.06√L4√L4√L—三等≤3.0≤6.020√L12√L12√L8√L四等≤5.0≤10.030√L20√L20√L14√L要说明的是二等水准测量必须往返观测，不允许采用两台仪器同方向左右路线观测，三、四、五等既可以往返观测，亦可以左右路线观测，五等水准以后采用会越来越少了。如果是左右路线双置镜法观测，那么对于三等水准来讲，精度评定就是8√L，L—以公里代入，计算结果单位为毫米。3、各级水准测量主要技术要求等级水准尺类型水准仪最低型号视距（m）前后视距差（m）前后视累积差（m）视线高度（m）数字水准仪重复测量次数光学数字光学数字光学数字光学数字二等铟瓦尺DS1≤50≥3≤50≤1.0≤1.5≤3.0≤6.0下丝读数≥0.3≤2.8≥0.55≥2三等双面尺DS2≤75≤75≤2.0≤3.0≤5.0≤6.0三丝能读数≥0.35≥1铟瓦尺DS1≤100≤100水准观测的测站限差（mm）项目等级基、辅分划（黑红面）读数之差基、辅分划（黑红面）高差之差检测间歇点高差之差上下丝读数平均值与中丝读数之差二等0.5（天宝无）0.713三等光学测微法11.53中丝读数法2334、高程测量方法（1）、水准侧量方法。适用于各等级水准测量，采用往返观测。一般复测时采用附合水准路线，由一个已知点出发，最后附合到另一个已知点，控制测量时（加密测量）一般采用闭合水准路线，由一个已知点出发，最后回到该已知点上，由此计算增设的新水准点高程。三、四等水准的观测顺序一般都按“后—前—前—后”操作，二等水准的观测顺序“奇”、“偶”数站交替进行，往测奇数站为后—前—前—后，往测偶数站为前—后—后—前，返测时与往测变换交替观测顺序。仪器在使用前应及时检校，电子水准仪i角（水准管轴与视准轴不平行产生的夹角）指标差不超过15″。（2）、三角高程测量方法，适用于三、四、五等水准测量。全站仪三角高程测量必须往返观测高差，取其平均值，一般隧道洞外高程复测常采用三角高程方法，与洞外导线网一并观测。注意：俯仰角不宜过大，边长不宜过长，避开早、晚时间观测，以减小大气垂直折光的影响，往返观测能够完全消除地球曲率的影响，但不能消除大气折光的影响，若想消除折光的影响，只能选择气象条件好的天气和时段，比如选择阴天观测，或者每天上午8时至11时，下午1时至4时进行观测，往返观测的时间间隔尽可能的短，采用两台全站仪对向同时观测往返高差，往返观测高差的较差一般较大，这项差值意义不大，只是检核是否有粗差出现，如果三角高程环闭合差、每公里测高差的偶然中误差、与已知高差的不符值等均满足规范要求，那么成果就是可靠的。光电测距三角高程测量限差要求（mm）测量等级对向观测高差较差附合或环线高差闭合差检测已测测段的高差之差三等±25√D±12√∑D±20√L四等±40√D±20√∑D±30√L注：D为测距边长，L为侧段间累计测距边长，以千米计。光电测距三角高程测量观测的主要技术要求等级仪器等级(〃)边长（m）观测方式测距边测回数垂直角测回数指标差较差(〃)测回间垂直角较差(〃)三等1≤6002组对向观测2455四等2≤800对向观测2377如果在困难山区或跨河水准由光电测距三角高程代替二等水准测量，那么需要做精密光电测距三角高程测量。要求所采用的全站仪的标称精度为0.5∥，1mm+1PPm。反射镜和对中杆经过特殊加工安装，应用两台全站仪同时对向观测，不量取仪器高和棱镜高。精密光电测距三角高程的测量方法（示意图略）。应用两台高精度智能全站仪，在仪器把手上安置测距棱镜，设A、B为两已知水准点，设测站为1、2、3、4……、N，距离为12、23、34……是随意的。1为起始站，N为结束站，在A和B上架设对中杆棱镜，必须保证A、B两点上的棱镜杆高度一致，测站1的全站仪距离水准点A和测站N的全站仪距离水准点B的距离为10～20m，第一站测量结束后，总是将后点上的全站仪搬站前移，而前点全站仪不动，必须注意的是：对向观测的边数一定是偶数条边。计算公式：hAB=-S1A·sinα1A+0.5·（S12·sinα12-S21·sinα21）+0.5·（S23·sinα23-S32·sinα32）+……+SNB·sinαNB。上式中已没有棱镜高和仪器高，一个测段中只要对向观测的边数是偶数，就不存在仪器高和棱镜高。精密光电测距三角高程测量的主要技术要求等级边长（m）测回数指标差较差(〃)测回间垂直角较差(〃)测回间测距较差（mm）测回间高差较差（mm）二等≤1002553±4√S100～5004500～8006800～10008注：S为视线长度，以千米计。（3）跨河水准测量，根据跨河视线长度，可以选择采用光学测微法、倾斜螺旋法、经纬仪倾角法和测距三角高程法进行跨河水准测量，比较适用的是测距三角高程方法，该方法适用于各等级跨河水准测量，距离和垂直角的观测方法、测回数和限差应严格按规范要求执行。跨越较大河流或水域时，具体实施应参照《国家一、二等水准测量规范》（GB/T12897-2006）有关技术要求执行。5、水准测量有关精度计算。外业、内业完成后，应进行精度统计、分析及评定。（1）、往返闭合差计算，这是一项硬性指标，如超限必须查找原因或重测。往返闭合差是直接衡量本身测量精度的高低及是否合格的重要指标。（2）、每千米水准测量高差的偶然中误差或全中误差。M△=√1/N[△△/L]△——各测段往返测高差不符值（mm）。L——测段长度（km）。N——测段数。全中误差等于偶然中误差的2倍。（3）、检测已测段高差之差（即复测值与设计值不符值的限差）。以二等水准为例，限差为6√L，不超限采用原设计成果，超限采用复测成果。这一项是衡量实测精度与设计精度是否相符。二、平面控制网测量。本标段跨三个坐标投影带，采用WGS-84坐标系椭球参数（长半轴a=6378137.000，扁率f=298.257223563）。在坐标换带处附近的每个CPI、CPII控制点均有两套坐标果，而在线路中线上（本标段以左线为主）的换带里程已由设计院设定，计算线路逐桩坐标时，推算到换带里程处即停止。设计给出的线路换带里程桩号点也同样有两套坐标，线路构造物放样时，构造物在哪一带范围内，就应用哪一带的CPI、CPII及加密点进行放样。为了防止放样点出现错误，放样完毕后，在保持仪器建站的情况下再实测放样点的坐标，并做好记录。1、平面控制网的布设。（1）、GPS网，客运专线无碴轨道工程测量均采用GPS控制网。布网原则分为三级。第一级为CPI，第二级为CPII，第三级为CPIII。CPI为基础平面控制网，CPⅡ主要是为勘测和施工提供基准，CPⅢ主要是为铺设无碴轨道和运营维护提供控制基准，这三级控制主要是为施工单位提供基准。对于设计院来讲，还有CP0和国家控制点。CPI点一般4km布设一个或一对，CPII点600～800m布设一个，CPIII点60米布设一对，CPI点采用二等（B级）GPS网观测，CPII采用三等（C级）GPS网观测，CPIII采用后方交会方法施测，使用马达型全站仪加手簿来完成（也称测量机器人）。平面分级控制的关系：GD（国家点）→CP0→CPI→CPII→加密点→CPIII，逐级控制的关系是引进德国博格公司和旭普林公司的测量技术，由西南交大和铁二院加以研究推广应用。尤其是CPIII控制方法在无碴轨道工程中的应用是前所未有的。PI和CPII网GPS测量作业技术要求GPS作业时其主要技术要求项目CPⅠCPⅡ静态测卫星高度角（°）≥15≥15有效卫星总数≥5≥4时段中任一卫星有效观测时间（min）≥30≥20量时段长度（min）≥90≥60观测时段数21数据采样间隔（S）1515PDOP或GDOP≤6≤8①天线应严格整平对中，对中误差≤1mm。每时段开机和关机前后各量一次天线高，三个方向天线高互差不大于2mm，取平均值作为最后的天线高。②观测时详细记录测站点号、日期、时段、天线高等。③开机后经检查有关指示灯与仪表显示正常后，方可输入测站、观测单元和时段等控制信息。④观测中应查看测站信息、接收卫星数、数据记录信号灯等情况，保证接收机工作正常，数据记录正确。⑤观测中在接收机近旁禁止使用对讲机和手机。⑥每日观测结束后，当天及时将数据转存至计算机硬、软盘上，确保观测数据不丢失。GPS的数据处理是借助随机软件或商业软件运行来完成的，主要处理内容是基线解算和网平差，基线解算的流程：导入观测数据→参数设置→基线解算→质量检核（评估）。参数设置首先选取与设计相一致的坐标系统，然后根据对应的选项输入椭球长半轴、扁率（由长半轴和短半轴计算得到）、中央子午线经度（由设计文件查得，独立网可自行选定）、投影高（由设计文件查得）、卫星高度角（一般选取15。）、星历（一般选广播星历）、基线解算类型等参数。将原始观测数据（DAT文件）转换为标准RINEX数据格式，采用天宝TGO或徕卡LGO进行基线向量解算。网平差的内容包括无约束平差（自由平差）和约束平差。网平差采用武测科傻COSAGPS数据处理软件进行平差计算。GPS网精度评定主要有以下几项：GPS网环闭合差，协方差项基线边的相对中误差，基线边方向中误差和点位中误差等。GPS测量精度指标控制网级别基线边方向中误差最弱边相对中误差二等≤1.3″1/180000三等≤1.7″1/100000四等≤2.0″1/70000可重复性测量精度和相邻点位的相对精度控制点等级同精度复测较差限差(mm)相邻点间坐标差之差的相对精度的限差(mm)二等201/130000三等151/80000四等151/50000注：表中相邻点间坐标差之差的相对精度计算式：dS/S=√（△X2AB+△Y2AB）/S式中△XAB=（XA-XB）复-（XA-XB）原△YAB=（YA-YB）复-（YA-YB）原S——相邻点间的二维平面距离；△XAB，△YAB——相邻A点与B点间二维坐标差之差。（2）全站仪导线网测量。隧道洞外、洞内控制测量技术要求测量部位测量方法测量等级洞口联系边方向中误差（〃）测角精度（〃）适用长度（km）边长相对精度洞外导线测量二1．08～201/2000006～81/100000三1．84～61/100000四2．51.5～４1/80000GPS测量一1．0６～201/250000二1．34～６1/180000三1．7＜41/100000洞内导线测量二1.09～201/100000隧道二等1.36～91/100000三1.83～61/50000四2.51.5～31/50000一级4.0＜1.51/20000①导线网的布设主要有两种网型，多边形闭合环和菱形网。多边形闭合环菱形网多边形网布设自由，不受地形限制，外业推进速度快，菱形网外业观测速度慢，每一站都要测2个角，导线点成对布设，两点的距离根据前后通视情况而确定，导线边尽可能拉长，一般不小于300m，在温福线霞浦隧道洞内最长边达800m，多边形网每一环布设6条边为宜，菱形网每一个环都是4条边，每环的理论角度都是3600，这两种网形是隧道控制测量成熟的经典的网形，洞外、洞内均适用，是八十年代京广线大瑶山隧道（14km）应用推广而来的。后来在大秦线军都山隧道，山西侯月线的云台山隧道等应用。温福铁路客专的霞浦隧道（13.1FD5FD4FD3FD2D4FD1D3D2D1CPI054CPI053FD3FD2FD1D4D3D2D1CPI054CPI053km）的洞外、洞内均采用多边形导线网，精度达到