工程测量课程设计.docx
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工程测量课程设计
辽宁省大连市金州段铁路控制网技术设计
学院：
应用技术学院
专业：
工程测量技术
学号：
**********
学生姓名：
指导教师：
*****
2010年11月
摘要
铁路线上分布着大量的建筑物和设施，如桥涵、隧道、车站、供电、通讯、信号及给排水等。
铁路线的位置决定了各项建筑物的配置和设备的位置；反之有一些建筑物的配置也影响铁路线的位置。
铁路线的位置不仅对工程数量和工程费用有巨大影响，而且对运行安全和运输效率产生深远影响。
因此，铁路修建之前必须定好铁路线位置，才能进行各种建筑物的具体设计。
勘测设计阶段由于铁路的复杂环境与要求，必须经过由广到狭，由概略到精细的勘测，同时使铁路线位置设计有步骤地从较多的方案中经过多次选优，最终达到最佳的空间位置。
要成功地建设铁路轨道，就必须有一套完整、高效且非常精确的测量系统，而铁路的关键技术——CPIII控制网是铁路测量的核心技术。
关键词：
测量系统CPIII控制网测量系统
一、测区概况
大连市金州区地处辽东半岛南部，地理坐标为北纬39°4′～39°23′、东经121°26′～122°19′，东临黄海，西濒渤海，南与大连市甘井子区、大连经济技术开发区、金石滩国家旅游度假区、大连保税区为邻，北与普兰店市相接。
全区面积1074.6平方公里，海岸线长161.23公里。
二、测区铁路建设的资料来源、文字记载
三、测区铁路修建的技术依据
有关各修建铁路的规程
公路测量规范
GB12879-91《国家一、二等水准测量规范》
CH1002-95《测绘产品检查验收规定》
CH1003-95《测绘产品质量评定标准》
四、测区所使用的坐标系统
平面坐标系统：
1980西安坐标系
高程坐标系统：
1985国家高程基准，等高距为5m
图例为：
1993年版图式
五、金州段铁路控制网的构成
铁路控制网由平面控制网和高程控制网构成。
铁路平面控制网由四级构成，分别为CP0框架基准网、CPI基础平面控制网、CPⅡ线路控制网和CPIII控制网。
铁路高程控制网的布设形式为附合水准路线。
六、CPIII布网要求
CPⅢ控制点距离布置一般为60m左右，且不应大于80m,离线路中线3-4米，且应成对布设。
CPⅢ控制点布设高度应比轨道面高度高30cm左右。
1、桥梁段CPⅢ控制点的布设
桥梁段CPⅢ控制点的布设可直接在梁固定端的防撞墙顶面，对于标准32米简支箱梁每两孔布置一对CPⅢ点，相邻两对CPⅢ点在里程上相距约64米；24米简支箱梁每两孔布置一对CPⅢ点，相邻两对CPⅢ点在里程上相距约49米，对于32+48+32的连续梁布置形式可与32米简支箱梁相同；对于40+64+40米连续梁，在每孔梁的固定端设置CPⅢ点对；对于64+100+64米的连续梁，在64米跨固定端防撞墙处布置CPⅢ点，100米跨的在跨中和固定端布置CPⅢ点；其他类型的梁按不大于80米间距布置CPⅢ点。
2、路基段CPⅢ控制点的布设
路基段CPⅢ可直接布置在接触网支柱上，若接触网未完成施工，在线路两侧的接触网底座上使用钢筋混凝土成对浇筑CPⅢ基桩，基桩直径25厘米为宜，基桩顶面高于外轨轨顶面30厘米左右，如图1所示；若接触网已完成施工，则可直接布置在接触网支柱上，如图2所示。
相邻两对CPⅢ基桩在里程上相距约50米，待基桩稳定后，在基桩顶面埋设，布置在接触网支柱上有以下几个优点：
（1）接触网支柱的基础安全稳定
（2）点位不易遭受破坏
（3）未来可用的控制点均匀分布在线路上（每隔50m）
（4）可以在线路两侧布置标记点
七、CPIII网观测方法
1、CPⅢ平面网外业观测
1.1、测量方法
CPⅢ控制网采用自由设站边角交会的方法测量，从每个自由测站，将以前后各2x3个CPⅢ-点为测量目标，每次测量应保证每个点测量3次，测量方法见下图。
测站（自由站点）
测量点
向CPⅢ点进行的测量（方向、角度和距离）
图4CPⅢ自由设站边角交会测量
CPⅢ控制点距离为60m左右，且不应大于80m，观测CPⅢ点的目标距离一般为150m左右，最大不超过180m。
每次测量开始前在全站仪初始行中输入起始点信息并填写自由测站记录表，每一站测量3组完整的测回。
应记录于每个测站的：
T温度、气压以及CPI、CPⅡ点上的目标点的棱镜高测量，并将温度、气压改正输入每个测站上。
对于线路有长短链时，应注意区分重复里程及标记的编号。
1.2精度指标控制
水平角测量的精度应按如下要求进行：
（1）水平方向测回数：
3-4
（2）测站至CPⅢ标记点间的距离：
2测回。
（3）观测各项限差要求不应超过下表的规定，观测最后结果按等权进行测站平差。
表1CPⅢ平面网水平方向观测技术要求
控制网名称
仪器等级
测回数
半测回归零差
不同测回同一方向2C互差
归零后方向值较差
2C值
CPⅡI平面网
0.5″
3
6″
9″
6″
15″
1″
4
9″
9″
6″
15″
（4）距离的观测应与水平角观测同步进行，并由全站仪自动进行，并满足下表精度要求。
表2CPⅢ平面网距离观测技术要求
控制网名称
测回
半测回距离较差
测回间距离较差
CPⅢ平面网
3
±1mm
±1mm
距离测量一测回是全站仪盘左、盘右各测量一次
（5）平面测量可以根据测量需要分段测量，其测量范围内的CPI及CPⅡ点应联测。
表3CPⅢ平面网主要技术指标
控制网名
测量方法
方向观测中误差
距离观测中误差
相邻点相对点位中误差
同精度复测坐标较差
CPⅢ平面网
自由测站边角交会
±1.8″
±1.0mm
±1mm
±3mm
1.3、与CPI、CPⅡ控制点联测
与上一级CPI、CPⅡ控制点联测时应600米左右的间隔联测一个。
（1）与上一级CPI、CPⅡ控制点联测，一般情况下应通过至少2个或以上线路上的自由测站，见图5。
图5CPⅢ与CPI、CPⅡ控制点联测示意图
（2）与上一级CPI、CPⅡ控制点联测时，应最少观测3个完整测回数据。
（3）由于CPⅢ网分区段测量，为了使相邻区段能够满足CPⅢ网络的测量高均匀性和高精确度，每个相邻区段至少要有5到6对CPⅢ点（约为360米的重合）一起测量，并且考虑平差，每个区域不宜小于4公里。
（4）现场记录
在现场测量时必须记录各测站的实际情况，它是测量中的重要数据，在进行外业测量时，应正确填写测站记录表。
1.4、CPⅢ网相邻测段及不同投影带的衔接测量
（1）CPⅢ网相邻测段的衔接测量
CPⅢ测量可根据施工需要分段测量,且分段测量长度不宜小于4km。
为解决相邻测段的平顺衔接，保证CPⅢ网络的相对精度，各相邻测段衔接观测时应该重复观测不少于6对CPⅢ点，作为分段重叠观测区域以便进行测段衔接，重复观测的点对应该按照CPⅢ测量技术要求进行，保证每个点至少被观测三次。
测段之间衔接时，前后测段独立平差坐标差值应该满足≤±3mm。
满足该条件后，后一测段CPⅢ网平差时，应该采用本段联测的CPI、CPⅡ控制点及重叠区域前一测段的CPⅢ点坐标进行约束平差；高程数据处理时，前后测段独立平差高程差值应该满足≤±3mm，满足该条件后，采用与平面坐标相同的方法进行平差。
（2）CPⅢ网不同投影带的衔接测量
为解决相邻不同坐标系统的平顺衔接，保证CPⅢ网络的相对精度，不同坐标系统衔接观测时应该重复观测不少于800米CPⅢ点，作为分段重叠观测区域以便进行测段衔接，重复观测的点应该按照CPⅢ测量技术要求进行，保证每个点至少被观测三次。
坐标系统换带处CPⅢ平面网计算时，应分别采用相邻两个投影带的CPI、CPⅡ坐标进行约束平差，并分别提供相邻两个投影带两套CPⅢ网平面坐标成果。
两套坐标成果都应该满足CPⅢ相关测量精度要求，提供两套坐标的CPⅢ测段长度不小于800米。
2、CPⅢ高程控制网测量
CPⅢ控制点高程测量采用国家二等水准测量方法进行，金州段测区内的水准网形式主要为附合水准路线。
1、测站视距长度要求：
等级
仪器类型
视线长度
前后视距差
任一测站上前后
视距累积差
视线高度
（下丝读数）
一等
DSZ05,DS05
≤30
≤0.5
≤1.5
≥0.5
二等
DS1,DS05
≤50
≤1.0
≤3.0
≥0.3
2、测站观测限差要求：
等级
上下丝读数平均值与中丝读数的差
基辅分划
读数的差
基辅分划所
测高差的之差
检测间歇点
高差的差
0.5cm刻划标尺
1cm刻划标尺
一等
1.5
3.0
0.3
0.4
0.7
二等
1.5
3.0
0.4
0.5
1.0
3、往返高差不符值、环闭合差、检测高差较差的限差
等级
测段、区段、路线
往返测高差不符值
附合路线闭合差
环闭合差
检测已测测段高差之差
一等
1.8
2
3
二等
4
4
4
5
注：
K----测段、区段或路线长度，km
L----附合路线长度，km
F----环线长度，km0................
R----检测测段长度，km
八、CPIII网测量对仪器、人员、环境条件的要求
用于CPⅢ测量的仪器应通过国家定点机构的鉴定并在有效期内，且全站仪必须满足如下精度要求：
角度测量精确度：
≤±1″；
距离测量精确度：
≤±1mm+2ppm；
CPⅢ高程控制点与平面控制点共点，用于CPⅢ高程测量的水准仪应通过国家定点机构的鉴定并在有效期内，且水准仪必须满足如下精度要求：
仪器标称精度不低于DS1级，并配备相应的铟瓦尺。
全站仪应有自动气象改正设备或观测时适时输入气温、气压，每台仪器应至少配14个棱镜，使用前应对棱镜进行检测，并对每个棱镜编号，相同的点使用固定的棱镜进行观测。
1、CPIII外业数据采集、内业计算
为了满足铁路施工测量中轨道控制网（CPⅢ）的建网与测设的要求，减少测量人员的工作强度，提高测量的工作效率，全站仪机载软件应该具备以下一些特点：
（1）可以设置CPⅢ控制网外业数据采集的各项限差，包括：
半测回归零差、2C差、指标差、2C互差、指标互差、水平角互差、竖直角互差、距离互差等；
（2）按照CPⅢ控制网外业数据采集数据的各项限差的规定，采集符合规范要求的质量合格的CPⅢ控制网原始数据；
（3）采集过程中建立了严格的实时质量控制体系，实时检核各项限差，对不合格超限的数据要求重测；
（4）按照CPⅢ控制网外业数据采集限差的要求，对采集数据进行筛选，最终将符合规范要求的质量合格的CPⅢ控制网观测数据保存在规定的数据文件中；
（5）同时也自动保存观测过程中的所有原始观测数据，供事后粗差的溯源分析；
（6）观测数据文件导入数据后处理软件时，CPⅢ网数据处理系统软件还要按照相关的限差规定，对原始观测数据进行再次的检查和筛选，保证最终参与CPⅢ平面控制网的平差计算的观测数据是满足各项限差规定的合格的数据。
（7）CPⅢ平面网观测应在气象条件相对比较稳定的天气下进行（温差变化较小，湿度较小，如阴天），夜间观测应避免强热光源对观测的影响。
观测时段的选择：
①应尽量选择无风的阴天进行；
②应完全避开日出，日落、日中天的前后1小时的时段进行观测；
③如果允许，首先应选择夜晚无风的时段观测。
2、平面网平差计算
在自由设站CPⅢ测量中，测量时必须使用与全站仪能自动记录及计算的专用数据处理软件。
观测数据存储之前，必须对观测数据的质量进行检核。
包括如下内容：
仪器高、棱镜高；
观测者、记录者、复核者签名；
观测日期、天气等气象要素记录。
检核方法可以采用手工或程序检核。
观测数据经检核不满足要求时，及时提出重测，经检核无误并满足要求时，进行数据存储，提交给数据计算、平差处理。
CPⅢ网络平面闭合差限差应满足下表要求。
表4CPⅢ平面闭合差限差
控制网名称
闭合差
CPⅢ平面网
1/3500
自由设站点、CPⅢ点进行整体平差。
平差计算后精度应满足表5、表6要求。
表5CPⅢ平面网平差后主要技术要求
控制网名称
与CPI、CPⅡ联测
与CPⅢ联测
距离中误差
点位中误差
方向改正数
距离改正数
方向改正数
距离改正数
CPⅢ平面网
4.0″
4mm
3.0″
2mm
1mm
2mm
表6CPⅢ平面网平差计算取位
控制网名称
水平方向观测值（″）
水平距离观测值（mm）
方向改正数（″）
距离改正数（mm）
点位中误差（mm）
点位坐标（mm）
CPⅢ平面网
0.1
0.1
0.01
0.01
0.01
0.1
九、结束语
CPⅢ测量作为铁路施工的核心技术之一，控制网的建立与实施是一项复杂的系统工程。
作为一项全新的测量的技术，测量过程劳动强度大，精度控制严格，对气象条件要求较高，从整个测量的过程来看，做好前期技术准备，配置满足要求的人员和仪器，按相关规范进行操作，测量精度是有保证的，其观测方法和技术指标也还可以进行再优化。
参考文献
[1]《客运专线铁路无碴轨道铺设条件评估技术指南》（铁建设[2006]158号）；
[2]《国家一、二等水准测量规范》GB12897-2007；
[3]《全球定位系统（GPS）铁路测量规程》（TB10054-1997）；
[4]《全球定位系统（GPS）测量规范》（GB/T18314-2001）；
[5]《高速铁路测量规范》（TB10601-2009）；
致谢
在课程设计完成之际，我要特别感谢我的指导老师的热情关怀和悉心指导。
在我撰写的过程中，老师倾注了大量的心血和汗水，无论是在设计的选题、构思和资料的收集方面，还是在设计的研究方法以及成文定稿方面，我都得到了老师悉心细致的教诲和无私的帮助，特别是他广博的学识、深厚的学术素养、严谨的治学精神和一丝不苟的工作作风使我终生受益，在此表示真诚地感谢和深深的谢意。
在课程设计的写作过程中，也得到了许多同学的宝贵建议，在此一并致以诚挚的谢意。
感谢所有关心、支持、帮助过我的良师益友。
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