高速铁路CPⅢ平面控制网长度投影变形处理方法研究

在建立CPⅢ平面控制网时,由于设计和现场客观因素将造成测量数据发生长度投影变形,对CPⅢ平面控制网的整网精度产生影响。为了尽量消除长度投影变形,令在地面上观测的长度能与设计值相匹配,提高CPⅢ平面控制网的精度,提出了两化改正及尺度改化两种方法对CPⅢ平面控制网的观测数据进行处理,并将改化前后数据的约束平差结果进行对比,证明长度投影变形改化方法的处理结果与原成果基本一致,并且可消除长度投影变形,提高CPⅢ平面控制网的精度。     

归化投影改正对CPⅢ控制网精度影响分析

针对CPⅢ控制网是否需要进行归化投影改正,以及归化投影改正数在多少时需进行改正的问题,采用模拟数据计算并统计了以一定梯度变化的归化投影改正数对CPⅢ网约束平差后的精度影响情况;研究结果表明:归化投影改正数对约束平差后的方向平差结果没有影响,对距离平差结果以及相邻点位相对精度影响较为显著,提出了当归化投影改正数在5 mm/km以下时,可不进行归化投影改正,反之则需进行归化投影改正。     

高速铁路轨道控制网CPⅢ精密测量若干问题探讨

轨道控制网CPⅢ测量是高速铁路无砟轨道施工测量的关键。结合参与国内多条高速铁路CPⅢ测量的实践,探讨了CPⅢ外业观测中提高测量精度的一系列方法与措施,以及数据处理中涉及到的方法、理论和算法;针对CPⅠ、CPⅡ控制点与CPⅢ观测值存在系统性尺度差异的问题,探讨了将CPⅢ观测值改化到CPⅠ、CPⅡ控制点坐标所在高斯平面内的数据处理方法,并分析了CPⅢ观测值经两化改正后对后续施工测量的影响。最后,针对CPⅢ测量中的大跨连续梁问题,提出了测定大梁缝长度,对CPⅢ点位坐标进行改化的方法,以达到消除或减弱桥梁伸缩变形对CPⅢ点位影响的目的。     

2C互差对CPⅢ平面网精度影响的仿真计算与分析

研究目的:在满足CPⅢ网点间相对点位精度要求的前提下,在CPⅢ网实测数据添加符合正态分布的随机误差,以此来模拟2C互差值,同时采用边角网间接平差的严密精度估算方法,探究2C互差对CPⅢ平面网主要精度的影响。研究结论:根据无碴轨道CPⅢ平面网外业观测的方法和特点以及测量现状,通过添加符合正态分布随机误差的方法,模拟2C互差值,并采用某客专的部分数据进行了仿真计算。通过对结果的分析,证明了2C互差对CPⅢ平面网的主要精度有一定的影响,然而,在起算数据精度较好和投影变形较小的前提下,通过本文的研究认为可以适度放宽2C互差的限差至15″,这时CPⅢ平面网的主要精度指标仍能满足规范的要求,这样的话放宽2C互差的限差指标可提高CPⅢ平面网的测量效率,也为高速铁路工程测量规范的修订与完善提供基础资料。     

基于自由测站的高速铁路CPⅢ高程控制网建网方法研究

研究目的:针对高速铁路轨道控制网CPⅢ高程网的建网测量,本文分析了CPⅢ高程网的技术要求及其德国建网方法和中国已有建网方法的技术特点,并根据CPⅢ平面网自由测站测量的原理,探讨利用CPⅢ平面网自由测站观测值构建CPⅢ三角高程网的可行性。研究结论:通过引进中间法三角高程测量技术构建CPⅢ三角高程网,并比对高精度三角高程网测量的前提条件,认为CPⅢ三角高程网是可行的;通过对其实际精度指标的大量比较和统计分析,认为可以达到二等水准测量和CPⅢ高程网的精度要求,因此是CPⅢ高程网建网测量的一种全新方法。     

隧道独立控制网建立的方法

针对某长大隧道洞外控制网的边长投影变形和控制网外附核精度,将两种方法相结合建立独立坐标系,即以平均高程面作为投影面、隧道中部子午线作为中央子午线来减弱长度变形,使用一点一方向方法提高隧道外控网的精度,取得了显著效果。     

高速铁路CPⅢ平面网的闭合差研究及其应用

CPⅢ平面网精度要求高、外业观测的数据量大.如何评定CPⅢ平面网外业观测数据的精度,以及如何进行CPⅢ平面网外业观测数据的粗差探测,是CPⅢ网理论研究和测量实践的重要内容之一.本文在充分研究CPⅢ平面网网形特点的基础上,提出CPⅢ网纵横向闭合差的概念,并推导CPⅢ网纵横向闭合差限差的计算模型.通过模拟计算,确定了CPⅢ网纵横向闭合差极限误差的建议值,并据此进行CPⅢ网外业观测数据中是否含有粗差的检核.剔除并重测含有粗差的外业观测数据,可以有效提高CPⅢ网的可靠性和精度.本文的研究成果,对CPⅢ平面网测量及相关测量规范的制定和完善有参考价值.     

基于单侧水准测量的CPⅢ三角高程测量方法研究

为提高高速铁路自由设站CPⅢ三角高程测量的精度,可采用加入单侧水准测量的CPⅢ三角高程测量法进行测站的天顶距改正。实测数据显示,改正后的CPⅢ点三角高程与水准高程较差落在[-3 mm,3 mm]之内的占99. 29%,较改正前提高3. 58%;改正后CPⅢ三角高程中误差全部落入[-2 mm,2 mm]之内;改正后相邻CPⅢ点间纵横向高差较差精度得以提高。研究结果表明,单侧水准测量法可以提高CPⅢ三角高程测量的精度,且只需对CPⅢ控制网单侧控制点进行水准测量,在一定程度上提高了CPⅢ控制网的工作效率,具有实用价值。     

基于尺度比确定工程椭球在隧道独立控制网中的应用

为提高隧道独立控制网的精度,减少隧道独立控制网的投影变形,需要建立工程椭球。将求定的相对于实测边长的尺度比等价转换为抵偿投影面的高程值,从而求出工程椭球长半径,建立工程椭球,再在该工程椭球下进行一点一方向平差,减少隧道独立控制网的投影变形,提高隧道独立控制网的精度。     

铁路精测网对桥隧施工测量的影响分析

铁路测量虽然建立了精密平面控制网(CPⅠ、CPⅡ),但不可避免地存在长度投影变形残余误差,分析了长度变形误差对桥梁、隧道施工测量的影响,以及采用精测控制网加密施工控制网存在的问题,提出特大桥、长大隧道应建立独立施工控制网,以保证桥梁墩台到位、隧道准确贯通。     

高速铁路GPS控制网投影变形处理方法的探讨

针对高速铁路GPS控制网投影变形问题,探讨了任意中央子午线任意高程面的高斯投影处理方法、斜轴墨卡托投影处理方法(斜轴圆柱投影转换为横轴圆柱投影的处理方法、斜轴圆柱投影转换为正轴圆柱投影的处理方法)。并以某段高速铁路CPⅠ级GPS控制网为例,对以上两类投影处理方法进行了比较与分析。得出了有益结论:对于线路GPS控制网,特别是高速铁路GPS控制网,在保持边长投影与地面网的边长尺度一致方面,斜轴墨卡托投影比高斯投影更加适用。     

CPⅢ平面网半盘位观测的可行性研究与分析

研究目的:将实测于某高速铁路客运专线的CPⅢ平面网数据分全盘位和半盘位分别进行平差处理,通过对CPⅢ平面网半盘位观测方式进行的可行性研究与分析,以期望能够用半盘位的观测方式来代替现在CPⅢ平面网全盘位观测的外业数据采集方式。研究结论:通过理论分析和采用大量CPⅢ平面网半盘位观测数据进行平差计算,并且与用全盘位观测数据进行平差计算的各项精度指标进行对比分析,证明能够用半盘位的外业观测方式代替现在CPⅢ平面网的全盘位的外业观测方式,这一研究结论可为《高速铁路工程测量规范》的修订与完善提供依据。     

高海拔地区控制网长度变形异常的处理

研究了投影变形理论,以一个实际工程控制网算例进行分析,阐述了高海拔地区控制网长度变形异常处理的具体方法,使边长投影变形值满足规范不大于25 mm/km的勘测设计和施工测量要求。     

客运专线无砟轨道施工平面控制网优化设计

研究目的:本文通过对客运专线无砟轨道施工平面控制网设计的研究,提出平面控制网的布网方法、精度设计准则。研究方法:采用仿真实验的方法,通过误差理论分析,反演推算各级控制网精度,研究控制网的布网方法和精度设计准则。研究结果:提出了客运专线无砟轨道平面控制网的布网方法及精度设计准则。研究结论:客运专线无砟轨道施工平面控制网的坐标投影长度变形限定值应不大于10 mm/km;控制网沿线路应不大于5 km布设1对相距1 km左右且相互通视的GPS点,在GPS点之间布设近似直伸附和导线,导线边长400~600 m;任意3个相邻控制基桩点位误差引起的角度中误差应不大于8″。     

高海拔地区铁路施工控制网的建立

研究目的:在高海拔地区的铁路控制测量中,控制网的边长将产生较大的长度投影变形,在这个区域如果采用国家坐标系建立控制网,其长度变形不能满足铁路施工控制网精度要求,这会对线路施工放样及隧道贯通测量等工作造成比较大的影响.因此合理评价及处理长度投影变形对坐标成果的影响,建立适合高海拔地区的铁路施工控制网,已成为这个区域工程控制测量的一项重要内容.研究结论:在高海拔地区铁路施工控制测量中,长度变形主要是以高程归算变形为主,所以选择"抵偿高程面"作为投影面,按正形投影3°带建立独立坐标系应该是最佳选择.该方法换算简便,而且换系后的新坐标与原国家统一坐标系的坐标十分接近,有利于测区内外之间的联系.如果线路东西向跨度比较大,而且测区中心离中央子午线比较远时,应该考虑"选择任意投影带"或其它方法.     

高海拔地区铁路施工控制网的建立

研究目的：在高海拔地区的铁路控制测量中，控制网的边长将产生较大的长度投影变形，在这个区域如果采用国家坐标系建立控制网，其长度变形不能满足铁路施工控制网精度要求，这会对线路施工放样及隧道贯通测量等工作造成比较大的影响。因此合理评价及处理长度投影变形对坐标成果的影响，建立适合高海拔地区的铁路施工控制网，已成为这个区域工程控制测量的一项重要内容。研究结论：在高海拔地区铁路施工控制测量中，长度变形主要是以高程归算变形为主，所以选择“抵偿高程面”作为投影面，按正形投影3°带建立独立坐标系应该是最佳选择。该方法换算简便，而且换系后的新坐标与原国家统一坐标系的坐标十分接近，有利于测区内外之间的联系。如果线路东西向跨度比较大，而且测区中心离中央子午线比较远时，应该考虑“选择任意投影带”或其它方法。     

任意带高斯正形投影平面直角坐标系统在武广客运专线勘测设计中的应用

由于定义国家大地坐标系的椭球面是一个凸起的不可展平的曲面,当采用高斯正形投影将曲面上的元素投影到平面上时,投影后的长度就会发生改变。当边长的两次归算投影改正不能满足2.5 cm/km的要求时,需要对坐标系统进行修正。结合武广客运专线勘测设计,分析引起投影变形的因素,研究改正投影误差的方法,并对任意带高斯正形投影平面直角坐标系统进行实践,取得良好的效果。     

高速铁路运营期间CPⅢ平面网复测方法优化探讨

为满足高速铁路线路运营维护的需要,提高CPⅢ网复测作业效率,结合运营期间CPⅢ平面网复测特点,提出了平面网复测的优化方法—"固定2C半盘位测量法",并对该方法的测量精度进行了初步分析。结合某高速铁路运营期CPⅢ平面网复测数据,采用"固定2C半盘位测量法"进行平差文件计算和CPⅢ网平差处理,并与常规全盘位测量数据计算结果进行对比分析,进一步验证了该方法在运营期间CPⅢ平面网复测中的可行性。     

CPⅢ平面网的解算方法研究及仿真计算

在详细研究CPⅢ平面网的构网方式的基础上,推导了CPⅢ平面网的严密平差数学模型并通过仿真计算得到三点有益结论:(1)方向及距离残差符合均值为0的正态分布;(2)每对CPⅢ点在x和y方向的中误差几乎相等,整网精度较为均匀;(3)相对点位中误差均小于1mm,且主要位于区间0.62~0.70mm,满足文献[1]规定的CPⅢ平面建网精度要求.仿真计算表明,采用标称精度为±5″,±(1+1×10-6D)mm的全站仪施测,能够达到相对定位精度≤±1mm的要求.     

CPⅢ平面网必要点位精度的研究

研究目的:在考虑CPⅢ网的观测网形以及网中观测值的必要观测精度的前提下,对CPⅢ标准网以及改进网的必要点位精度进行仿真计算.通过误差理论分析,探讨CPⅢ点在2种网形下的合理点位精度,并进一步推算CPⅢ标准网以及改进网2次测量CPⅢ点X、Y方向坐标较差的合理允许误差.研究结论:采用边角网精度估算的方法,推算CPⅢ控制网的必要点位精度.认为改进CPⅢ网的交互强度虽比标准的CPⅢ网好,但其点位精度却比标准的CPⅢ网差,在横向精度方面差异更大.对标准CPⅢ网而言,其合理的可重复性测量精度应≤±1.5 mm,2次测量CPⅢ点X、Y方向坐标较差的允许值应≤±3.0 mm;对改进的CPⅢ网而言,其合理的可重复性测量精度应≤±2.0 mm,2次测量CPⅢ点X、Y方向坐标较差的允许值应≤±4.0 mm.