任务71控制桩的复测及加密学习指导.docx

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任务71控制桩的复测及加密学习指导

任务7-1：

高速铁路线路控制桩的复测及加密学习指南

一、概述

学习单元

项目7:

线路中线测量

任务7-1:

高速铁路线路控制桩的复测及加密

学时

讲课2h，实作（课内4h,课外26h）

学习目标

通过案例教学使学生学会线路施工复测及加密的程序、内容及实施；会编写线路施工复测及加密技术设计及技术总结。

主要内容描述

线路控制桩复测时，通常设计单位与施工单位要进行控制桩的交接——制定复测计划及方案——实施控制桩的复测任务——检核复测结果的正确性——控制桩的加密——控制桩的保护——复测结果报告的编写等工作。

该项目就是教会学生如何组织实施线路控制桩复测及加密工作。

教学参考资料

①《高速铁路施工测量》西安交通大学出版社周建东编著

②《无砟轨道工程测量技术》中国铁道出版社朱颖主编

③《京沪高铁CPI、CPII控制桩复测作业指导书》案例

④《京沪高铁CPI、CPII控制桩复测作业指导书》案例

⑤《工程测量规范》、《GPS测量规范》、《高速铁路设计文件》、科傻GPS后处理软件、科傻控制测量平差软件。

项目保障条件

1、教学条件要求

①多媒体教室；

②任务7-1PPT

③GPS内业处理软件（GPS随机软件和武汉大学GPS后处理软件）

④高程平差软件（武汉大学科傻控制测量平差软件）

⑤高速铁路施工测量规范

⑥GPS接收机、电子水准仪使用说明书及操作视频

⑦高速铁路控制桩复测及加密技术设计书（案例）

⑧高速铁路控制桩复测及加密技术总结（案例）

2、实训条件

①天宝GPS、或徕卡GPS接收机4台；

②天宝或徕卡电子水准仪4台；

③5公里CPI、CPII线路控制桩实训场；

学习重点与难点

1.学习重点：

①线路控制桩的复测及加密计划及方案的制定；

②线路控制桩CPI、CPII的测量实施、计算及精度评定；

③精密水准测量实施、计算及精度评定；

④编写控制桩复测及加密报告。

2.学习难点：

①线路控制桩的复测及加密计划及方案；

②编写控制桩复测及加密报告。

教学方法建议

引导文法、头脑风暴法、讨论法、任务驱动教学法

考核标准

成果评定：

根据学生测量成果的精度评定成绩，占50%。

学生自评：

学生根据自己在项目实施过程中的作用及表现进行自评，占10%。

小组互评：

根据工作表现，发挥的作用，协作精神等小组成员互评，占15%。

教师评价：

根据考勤、学习态度、吃苦精神、协作精神，职业道德等进行评定；

根据项目实施过程每个环节及结果经进行评定；

根据实习报告质量进行评定；综合以上评价，占25%。

作业

1.编写线路控制桩的复测及加密计划及方案；

2.撰写控制桩复测及加密报告。

二、任务书

任务7-1

高速铁路施工控制网复测及加密

任

务

已

有

资

料

1、模拟线路控制桩CPI平面布置图；

CPI平面布置图；

2、控制桩CPI平面坐标

CPI点号

平面坐标

X坐标

Y坐标

CPI150

2549845.410

538051.249

CPI152

2548584.710

535675.340

CPI45

2539550.567

518850.363

CPI155

2545145.002

530691.894

CPII500

2539391.510

516948.827

3、加密点CPII平面图

任务要求

6人一组，每组在线路中线测量模拟实训场完成5个CPI点测量任务;完成4个CPII点加密任务;完成2KM高程复测任务。

技术要求

高速铁路施工控制网复测及加密技术要求

1、GPS观测作业的基本技术要求

GPS观测作业的基本技术要求

级别

项目

CPI（B级）

CPII（C级）

静

态

测

量

卫星高度角（°）

≥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

时段长度（min）

≥90

≥60

观测时段数

1~2

数据采样间隔（S）

15~60

PDOP或GDOP

≤6

≤8

2、GPS测量的精度指标

GPS测量的精度指标

级别

Ｅ

a（mm）

≤8

≤10

b（mm）

≤1

≤5

≤10

≤20

3、GPS网基线的质量应符合以下要求：

GPS网相邻点间弦长精度：

式中：

—标准差（mm）

a—固定误差（mm）

b—比例误差系数（mm）

d—相邻点间距离（mm）

4、GPS基线向量质量检验项目：

GPS基线质量检验限差表

检验项目

限差要求

X坐标分量闭合差

Y坐标分量闭合差

Z坐标分量闭合差

环线全长闭合差

同步环

独立环

重复观测

基线较差

5、平差计算应先进行WGS-84坐标系中的无约束平差，平差后基线向量的改正数满足下式要求：

6、GPS测量的精度指标：

GPS测量的精度指标

控制网级别

基线边方向中误差

最弱边相对中误差

CPⅠ

≤1.3″

1/170000

CPⅡ

≤1.7″

1/100000

采用GPS复测CPI、CPII控制点时，复测与原测成果较差应满足下表要求：

CPI、CPII控制点复测坐标较差限差（mm）

控制点类型

复测坐标较差限差（mm）

CPI

CPII

表中坐标较差限差指X、Y坐标分量较差

7、二等水准测量的技术指标及限差

水准测量视线长度、前后视距差、视线高度

等级

仪器类型

视线长度

前后视距差

前后视距累计差

视线高度

二等

DS1,DS05

≤50

≤1.0

≤3.0

≥0.3

测站限差

等级

基辅分划读数的差

基辅分划所测高差的差

检测间歇点高差的差

二等

0.4

0.6

1.0

二等水准测量精度要求

水准测量等级

每千米水准测量偶然中误差

限差

检测已测

测段高差之差

往返测高差不符值

附合路线

闭合差

平原

山区

二等

≤1.0

≤2.0

注：

K为测段水准路线长度，单位为km；L为水准路线长度，单位为km；R为检测测段长度，单位为km；n为测段水准测量测站数。

基本工作步骤

①根据点之记统计控制桩CPI、CPII完整性;

②领取仪器设备并检校；

③制定CPI、CPII、高程点复测及加密方案；

④分组实施CPI复测及CPII加密外业观测；

⑤CPI、CPII复测及加密内业处理；

⑥二等水准点复测外业观测；

⑦二等水准复测内业处理

⑧技术总结

仪器与工具

leica1230GPS（标称精度：

5mm+0.5PPM×D）4台；天宝DINI03型号电子水准仪2台

测量结果检核

检核

内容

小组自检

小组互检

合格点数

不合格点数

合格点数

不合格点数

CPI复测

CPII加密

高程点复测

考核评价

成果评定

根据学生测量成果的精度评定成绩，占50%；

得分

学生自评

学生根据自己在项目实施过程中的作用及表现进行自评，占10%；

得分

小组互评

根据工作表现，发挥的作用，协作精神等小组成员互评，占15%；

得分

教师评价

根据考勤、学习态度、吃苦精神、协作精神，职业道德等进行评定；

根据根据项目实施过程每个环节及结果经进行评定；

根据实习报告质量进行评定；综合以上评价，占25%。

得分

成绩

教师签名

三、教学内容

1.高速铁路工程控制网概述

1.1三网合一的概念

（1）高速铁路三网：

勘测控制网、施工控制网、运营维护控制网

（2）高速铁路三网合一：

为了保证勘测、施工、运营维护各阶段平面和高程测量成果的一致性，应该做到三网合一。

各阶段平面控制测量应以基础框架平面控制网（CP0）为起算基准，高程控制测量应以线路水准基点控制网为起算基准。

1.2三网合一包括的内容

（1）勘测控制网、施工控制网、运营维护控制网坐标高程的统一；

（2）勘测控制网、施工控制网、运营维护控制网起算基准统一；

（3）线下工程施工控制网与轨道施工控制网、运营维护控制网的坐标高程系统起算基准的统一；

（4）勘测控制网、施工控制网、运营维护控制网测量精度的协调统一。

1.3三网合一的重要性

（1）有砟轨道控制网的缺陷：

有砟轨道各级控制网的精度指标主要根据满足线下工程施工控制的要求指定的；没有考虑轨道施工对测量控制网的精度要求。

（2）无砟轨道的要求：

①无砟轨道具有非常精确的几何参数，精度要保持在毫米级范围以内；

②测量控制网的精度必须满足轨道铺设的精度要求；

③使轨道的几何参数与设计的目标位置之间的偏差保持在最小。

（3）三网合一的重要性：

德国睿铁公司（RaiIOne）执行副总裁巴哈曼先生曾说过：

“要成功地建设无砟轨道，就必须有一套完整的、高效且非常精确的测量系统，否则必定失败”。

1.4无砟轨道平面控制网分级

无砟轨道平面控制网分为四级：

一级：

为框架控制网（CP0）

二级：

基础平面控制网（CPI）

三级：

线路控制网（CPII）

四级：

基桩控制网（CPIII）

（1）框架控制网CP0---

沿线路每50km布置一个CPO点，为GPS三维控制网；为高速铁路三网合一的平面坐标基准；CPO网最弱边的相对中误差≤1/1000000；必须采用精密星历进行基线的解算。

（2）一级：

基础平面控制网（CPI）

一级基础平面控制网（CPI）沿线路走向布设；按照GPS静态相对定位原理建立；为线路平面和轨道CPⅢ控制网的起闭的基准；CPI网点间距为4km，为GPS二等二维网，基线边方向中误差≤1.3″，最弱边相对中误差≤1/180000。

（3）二级线路控制网（CPII）

在CPI布设的基础上沿线路附近布设；为勘测、施工阶段的平面控制网起闭基准；轨道CPIII控制网平面起闭基准；CPII网点间距为400~800m，为GPS三等二维网，基线边方向中误差≤1.7″，最弱边相对中误差≤1/100000。

（4）轨道控制网（CPⅢ）

（CPIII）沿线布设的三维控制网；起闭于基础控制网CPI或线路控制网CPII；为无砟轨道铺设和运营维护的基准。

点间距为纵向60m左右一对控制点，点对的横向间距为10~20m，相邻点位的相对中误差≤1mm。

1.5高程控制网

客运专线铁路无碴轨道工程测量中，用于测量CPIII网高程的等级水准测量，其精度介于二等、三等水准测量之间；高差中数偶然中误差和全中误差分别为2mm/km和4mm/km。

2线路施工测量高速铁路平面施工控制网复测

2.1高速铁路施工控制网复测的内容

（1）交接桩

①交接桩内容

设计单位应提交的成果资料：

CPO、CPI、CPII成果表及点之计；

CPI、CPII测量平差计算资料；

测量技术报告；

线路曲线要素表。

②需交接的控制桩：

CPO、CPI、CPII控制桩

③复测的内容:

CPO、CPI、CPII控制桩

（2）技术设计书的编写

技术设计书的内容包括：

任务来源→复测范围及内容→测区概况→作业依据→复测组织及计划→复测方法→坐标高程系统→复测精度要求→数据处理方法→复测提交的成果资料

（3）复测技术总结

复测报告或技术总结应包含以下内容：

①任务名称、内容、来源、目的、工作量，测区和控制网概况，复测控制点的现状及数量。

②生产单位，测量起止日期，任务安排情况，组织情况，完成情况，人员、设备情况。

③作业的技术标准、依据。

④采用的基准、坐标高程系统、投影方法，起算数据的来源与质量，利用既有资料情况。

⑤作业方法及测量精度等级，复测外业作业过程及内业处理方法。

⑥复测控制网测量成果质量及精度统计分析，包括:

1）基线向量独立环闭合差及重复基线较差统计;

2）三维无约束平差基线向量各分量的改正数绝对值精度统计，及约束平差后基线向量各分量改正数与无约束平差同一基线改正数较差的绝对值统计;

3）GPS三维无约束平差和三维（或二维）约束平差后方位角中误差、边长相对中误差、坐标点位中误差统计;

⑦复测与原测成果的对比分析:

1）平面控制网复测与原测坐标成果较差;

⑧复测结论。

2.2控制网复测技术要求

（1）平面控制网复测技术要求

①施工复测等级要求

施工复测等级要求包括新建铁路控制网复测等级要求（见表1.1）和高速铁路控制网复测等级要求（见表1.2）。

表1.1新建铁路控制网复测等级要求

等级

设计行车速度

（km/h）

测量方法

测量

等级

点问距

备注

CPO

200

GPS

50km

左右一个

≤160

CPI

200

GPS

三等

≤4km

一对点

每对点距离≥800m

≤160

GPS

四等

CPII

200

GPS

四等

400-600m

附（闭）合导线长

≤5km

导线

四等

≤160

GPS

五等

导线

一级

表1.2高速铁路控制网复测等级要求

等级

测量

方法

测量

等级

点间距

相邻点的误差（mm）

备注

CPO

GPS

一等

50km

CPI

GPS

二等

≤4km一对点

点距离≥800m

CPII

GPS

三等

600-800m

导线

三等

400-800m

附合导线

②各级控制网复测精度指标

各级控制网复测精度指标见表1.3、表1.4

表1.3各等级复测控制网的主要技术要求

等级

固定误差a

（mm）

比例误差系数b（mm/km）

基线方位角

中误差（″）

约束点间的边长相对中误差

约束平差后

最弱边相对

中误差

一等

≤5

≤1

0.9

≤1/500000

≤1/250000

二等

≤5

≤1

1.3

≤1/250000

≤1/180000

三等

≤5

≤1

1.7

≤1/180000

≤1/100000

四等

≤5

≤2

≤1/100000

≤1/70000

五等

≤10

≤2

≤1/70000

≤1/40000

表1.4GPS复测作业的基本技术要求

等　　　级

一等

二等

三等

四等

五等

接收机类型

双频

双频或

单频

双频或单频

仪器标称精度

10mm+2ppm

10mm+5ppm

观测量

载波相位

同时观测有效卫星数

≥4

卫星高度角（°）

静态

≥15

有效观测卫星数

静态

≥5

≥4

观测时段数

静态

≥2

1～2

观测时段长度（min）

静态

≥120

≥90

≥60

≥45

≥40

数据采样间隔（s）

静态

10～60

10～30

点位几何图形强度因子

（PDOP）

≤6

≤8

≤10

（2）复测结论

①复测结果与设计单位提供的勘测成果不相符时，必须重新测量。

②当确认设计勘测资料有误或精度不符合规定要求时，应与设计单位协商，对勘测成果进行改正。

③复测结果与设计单位勘测成果的不符值满足表1.9规定时，应采用设计单位勘测成果。

④采用GPS复测CPI、CPII控制点时，复测成果与原测成果较差应满足表1.9的规定。

表1.9铁路CPI、CPII控制点复测限差

控制网

类型

GPS

等级

复测坐标

较差限差

相邻点间坐标差

之差的相对精度限差

CPI

二等

20mm

1/130000

CPII

三等

15mm

1/80000

注:

表中坐标较差限差是指x、y坐标分量较差。

2.3CPI控制网复测实施

（1）高速铁路基础平面控制网CPI复测对仪器要求

①CPI复测应采用GPS双频接收机；

②按二等GPS测量作业的有关精度要求进行；

③对点设备必须采用精密对点器及木质脚架；

④对点器的精度应小于Imm；

⑤测量前及测量过程中随时对气泡和对点进行检查，防止对中粗差。

（2）CPI控制网外业观测

①高速铁路CPI点的布设为每4km一对点或一个点，点间距大于800m；

②CPI复测网应形成大地四边形或三角形组成的带状网（如图1.1I所示）

③以CPI对点作为连结边，采用边连式构网;

④实际作业时为了提高工作效率，CPI、CPII的复测工作可以同时进行，但必须以CPI对点作为连结边。

⑤CPI控制网外业观测应注意以下几方面:

1）观测严格执行调度计划，按规定时间进行同步观测作业。

2）采用同步静态观测模式，以CPI对点作为连结边，采用边连式构网。

CPI形成三角形或大地四边形组成的带状网。

3）CPI控制网必须联测管段内所有CP0控制点，CPO控制点还应分布在网的两端，联测按CPI的测量精度进行，为了联测CP0而形成的长边基线，可在中间加测临时点组成三角形，如图1.1所示。

4）CPI同步观测时段数应为2个时段，每时段应观测90分钟。

5）作业前按要求进行仪器检校。

对中设备采用精密对点器，对中精度小于Imm，在作业前及作业过程中对基座水准器、光学对点器进行检校，确保其状态正常。

6）每时段观测前后分别量取天线高，误差小于2mm，取两次平均值作为最终结果。

7）作业中使用对讲机及手机，必须离GPS接收机10m以外。

8）一个时段观测结束后，重新对中整平仪器，要求变动脚架的位置，再进行第二时段的观测。

9）观测过程中应按规定填写观测手簿，对项目名称、观测时段、观测点名、天线高度、仪器型号、仪器编号、开关机时间、测量日期、天气、测点桩材位置描述以及观测者姓名均应进行详细记录，记录采用铅笔。

（3）CPI复测网观测成果质量及精度统计

复测网外业观测完成后，首先要对GPS外业观测的质量进行分析，只有GPS复测网的精度达到相应的精度等级要求后，才可进行下一步的平差计算工作。

①基线向量异步环闭合差

基线向量异步环闭合差是检验基线向量网质量的一项重要技术指标，当满足限差要求时，能说明组成基线向量网的所有基线解算质量合格、成果可靠。

要求GPS控制基线向量网所有异步环闭合差应符合下式规定:

式中:

n为闭合环边数;σ为标准差，即基线向量弦长中误差（mm），a为固定误差，b为比例误差系数，d为弦长（km），各级GPS控制网测量的α、b取值见表1.3。

②重复基线较差

同一边不同观测时段基线较差应满足:

（4）平差处理

①CPI复测网的平差处理软件要求：

GPS基线处理可采用GPS随机后处理软件进行；

平差处理应采用国家或铁道部评审通过的软件进行。

②CPI复测网的三维无约束平差

1）CPI复测网的三维无约束平差的流程

处理合格的基线文件导入→确定一个具有三维坐标的点作为起算数据→选择WGS-84坐标系→进行三维无约束平差→检查基线网内符合精度→剔出含有粗差的基线边→再次进行三维无约束平差→进行二维或三维约束平差

2）基线向量各分量的改正数绝对值应满足下式要求

对于不满足要求的基线认为其存在粗差，应予以剔除，不让其参与平差。

③二维约束平差（或三维约束平差）

1）CPI复测网的二维约束平差的流程

2）二维或三维约束平差后，基线向量各分量改正数与无约束平差同一基线改正数较差的绝对值应符合下式要求：

3）约束平差后检验CPI最弱边边长相对中误差应小于等于1/180000

4）基线方位角中误差应小于等于1.3"的精度要求。

（5）与相邻标段及坐标换带处的联测

①为了保证相邻标段之间的正确贯通，复测时贯通至相邻标段至少两个平面控制点，一个水准基点作为双方的共用点。

②在坐标换带处，复测时相互贯通至相邻坐标带两个CPI控制点，以保证两投影带重合部分线路中线放样时位置的一致和线路的顺接。

2.4CP1I控制网复测实施

（1）高速铁路基础平面控制网CPI复测对仪器要求

①CPII复测应采用GPS双频接收机

②按三等GPS测量作业的有关精度要求进行

③对点设备必须采用精密对点器及木质脚

④对点器的精度应小于Imm；

⑤测量前及测量过程中随时对气泡和对点进行检查，防止对中粗差。

（2）CPII控制网外业观测

CPII点按GPS复测的点间距为600～800m，与相邻的CPI点构成附合网，如图1.2所示。

CPII点按GPS复测的外业观测与CPI网相近，按规范执行即可。

（3）CPII复测网外业观测完成后，应对GPS外业观测的质量进行分析，同样应检测CPII网基线向量异步环闭合差和重复基线较差。

（与CPI网的限差要求相同）

（4）平差处理

①基线解算、平差处理与CPI网的处理相同，分为三维无约束平差和二维约束平差。

②三维无约束平差中基线向量各分量的改正数及二维约束平差基线向量各分量改正数与无约束平差同一基线改正数较差的绝对值也应符合规范要求。

③约束平差时将所有经复测点位稳固、精度可靠的CPI点的平面坐标作为已知点;

④约束平差后检验CPll最弱边边长相对中误差应小于等于1/100000;

⑤基线方位角中误差应小于等于1.7"。

3.高速铁路施工高程控制网复测

3.1高速铁路施工高程控制网复测的内容

（1）交接桩

①交接桩内容

设计单位应提交的成果资料：

1）线路水准点成果表及点之计；

2）水准测量平差计算资料；

3）测量技术报告；

②需交接的控制桩：

线路水准基点桩

③复测的内容：

线路水准基点桩

（2）技术设计书的编写

技术设计书的内容包括：

（3）复测技术总结

复测报告或技术总结应包含以下内容：

①任务名称、内容、来源、目的、工作量，测区和高程控制网概况，复测控制点的现状及数量。

②生产单位，测量起止日期，任务安排情况，组织情况，完成情况，人员、设备情况。

③作业的技术标准、依据。

④采用的基准、高程系统、起算数据的来源与质量，利用既有资料情况。

⑤作业方法及测量精度等级，复测外业作业过程及内业处理方法。

⑥复测高程控制网测量成果质量及精度统计分析，包括:

1）水准测量测段间往返测较差

2）附合水准路线高差闭合差

3）水准路线每千米高差偶然中误差统计。

⑦复测与原测成果的对比分析:

相邻水准点复测与原测高差较差。

⑧复测结论。

3.2高程控制网复测技术要求

（1）高程控制

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