基桩控制网的设置资料.docx
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基桩控制网的设置资料
基桩控制网（CPⅢ）的设置
（一）CPII的复测和加密
1.GPS接收机的选用
GPS接收机的选用，根据需要按表5-1-1执行。
表5-1-1GPS接收机的选用
级别
双频
标称精度
测量量
同步观测接收机数
C
双频
优于5mm+1ppm
载波相位
2
2.GPS测量精度要求
CPII的复测和加密采用GPS按边连式的观测方法来进行。
GPS测量按其精度划分为A、B、C、D、E五级。
各级GPS网相邻点间弦长精度用式5-1-1表示，并按表5-1-2执行。
（5-1-1）
式中：
——标准差，mm；
a——固定误差，mm；
b——比例误差系数，ppm；
d——相邻点间距离，km。
表5-1-2GPS各等级精度指标（mm）
级别
B
C
D
E
a（mm）
≤8
≤10
≤10
≤10
b（ppm）
≤1
≤5
≤10
≤20
3.观测等级及作业技术要求
CPI、CPII初复测按国家GPS规范中C级网的作业要求施测，其具体技术要求如表5-1-3。
（1）作业时其主要技术要求如下：
表5-1-3C级网的作业具体技术要求
项目
CPⅠ
CPⅡ
静
态
测
量
卫星高度角（°）
≥15
≥15
有效卫星总数
≥5
≥5
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
2
1
数据采样间隔（S）
15
15
PDOP或GDOP
≤6
≤8
（2）天线应严格整平对中，对中误差≤1mm。
每时段开机前和关机后各量一次天线高，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；第一时段天线面向正北方向，第二时段天线旋转180°再严格整平对中，再次按要求量取天线高。
（3）观测时详细记录测站点号、天线编号、日期、时段、天线高、观测者、记录者等；
（4）开机后应检查有关指示灯与仪表；
（5）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；
（6）观测中在接收机10m内禁止使用对讲机和手机；
（7）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。
4.数据处理
GPS数据处理软件采用随接收机的商用软件，但必须经业务技术主管部门检验和鉴定。
数据处理中各项指标如下：
（1）各独立闭合环坐标分量闭合差均符合下式规定：
（5-1-2）
（5-1-3）
（5-1-4）
环全长闭合差应满足：
（5-1-5）
式中：
W为环闭合差，
（5-1-6）
n为独立环中的边数。
（2）同步环的坐标分量闭合差和全长闭合差均符合下式的规定：
（5-1-7）
（5-1-8）
（5-1-9）
（5-1-10）
式中：
W为环闭合差，
（5-1-11）
n为同步环中的边数。
（3）重复基线的长度较差小于
。
（4）无约束平差中基线分量的改正数绝对值均满足下式：
VΔx≤3σ（5-1-12）
VΔy≤3σ（5-1-13）
VΔZ≤3σ（5-1-14）
GPS基线长度精度用下式表示：
（5-1-15）
式中：
d——相邻点间距离（km）；
N——闭合环中的边数；
——相应级别规定的精度（按平均边长计算）。
（5）GPS测量精度指标
表5-1-4 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
CPⅠ
≤1.3″
1/170000
CPⅡ
≤1.7″
1/100000
（6）可重复性测量精度和相邻点位的相对精度：
（mm）
表5-1-5 可重复性测量精度和相邻点位的相对精度
控制点
可重复性测量精度
相对点位精度
CPⅠ
10
8+d×10-6
CPⅡ
15
10
5．CPII的加密
为了高效、准确地建立CPIII基桩网，一般情况下都需要加密CPII网。
CPII的加密的主要目地是为了保证CPIII基桩网有足够的精度和方便观测，以及弥补地面被损毁的CPII点。
下面针对路基和高架桥上如何加密CPII点，提出CPII加密方案：
（1）如在高架桥上，这些加密点一般选在梁的固定端，防撞墙上，与CPIII点共点。
在埋设CPIII标志位置处埋设一个特制的强制对中管。
强制对中管为一圆形不锈钢管，中心有螺孔，在作GPS加密点观测时可以凭借中心螺丝与对中基座相连，在作CPIII点观测时可直接将球棱镜放置在强制对中管上。
安装强制对中管时需要使用特制的水泡安平器保证该管垂直安装即可。
图5-1-3 CPIII加密点及其平面分布图
（2）如在一般路基段，这些加密点的CPII点应选择与CPIII共桩，即将特制的强制对中管预埋在CPIII基桩顶部。
布设方式、埋设要求和设站方法与高架桥的一样。
（3）因隧道内无法使用GPS，CPII点的建立只能借助全站仪，传统方法是将隧道内的CPII预埋点按导线方式施测，为了提高导线的观测精度，可将隧道内的CPII网布设成“等伸旁向导线”。
具体施测方法及所需器材如下。
1）在隧道侧壁适当高度处利用安装支架固定强制对中基座，强制对中基座上既可安放全站仪也可放置球型棱镜，这样在相同的点上即可获得平面坐标，也可获得水准高程，所以引入隧道内的CPII加密点同时也是CPIII点。
隧道内CPII加密点的布设如下图所示：
图5-1-4隧道内CPII点的布设和观测图
旁向导线即在导线点附近设置一个旁向点，在旁向点上只需要设置被前后导线点上的仪器观测的反光镜（球棱镜）；在导线点上设置仪器除了按常规观测前视和后视导线点上的球棱镜外，还需要观测前后视导线点旁的旁向点。
旁向点观测完后即可撤除，无需保留。
但其观测值需要加入平差计算来提高单导线测量的精度和可靠性。
在隧道中加密的CPII点呈之字形布设如上图，旁向点就可以选择对面埋设的CPIII点。
图5-1-5 隧道内支架固定强制对中基座安装示意图
2）隧道内CPII加密点平面坐标的引入：
从隧道外的CPII已知点向设置在隧道内的CPII加密点引测坐标应采用旁向导线法进行观测，隧道内的CPII加密点既能架设仪器，也需放置球型棱镜。
作业时，依此在导线点上架设全站仪，观测前首先采集当时的气象参数输入到全站仪里，可使用全站仪机载软件Inspector按全圆观测方法观测相邻CPII点和旁向导线点，机载软件中测站的限差按国家四等导线（隧道长度≤4000m）或三等导线（隧道长度≥6000m）规定的相应限差进行设置。
观测结束后用严密平差的方法对所有的合格的观测值进行平差而得到各CPII加密点平面坐标值。
并检查相应验后精度评定是否达到相应等级导线要求。
（注意：
为提高精度而设置的旁向观测点最终经平差获得的坐标不使用，在CPIII建网时再重新测设其坐标。
）
3）隧道内CPII加密点高程系统的传递：
在每个CPII加密点的强制对中基座螺孔中央直接放置球型棱镜，水准标尺可立于球型棱镜上来测量和传递高程。
隧道内CPII水准网布设成符合水准路线，从隧道一端的一个CPII出发按“隧道内CPII点的布设和观测图”上所示的测量主线方向，附合到隧道另一段的CPII点上。
观测时测站限差按国家二等水准相应的限差设置，经最后水准导线网平差后，获得隧道内各CPII加密点的准确高程。
6．高架桥上CPII加密点GPS观测方法
观测时尽量使用多台GPS接收机。
在4个相邻的CPI上分别架设一台GPS接收机，此四台GPS接收机暂时保持不动，在在需要复测和加密的的CPII上再架设其余的GPS接收机。
按CPII的GPS作业要求观测，以此方法完成此四个CPI点涵盖范围内的所有的复测和加密的CPII点。
保持两个CPI点上的GPS接收机不动，将另外两个CPI点上的GPS接收机搬迁至下两个CPI点上，再按上面同样的步骤观测完其这四个CPI点涵盖范围内的CPII点，如此类推。
野外观测、数据处理及精度要求与CPII复测时一样。
（二）CPⅢ控制点使用的元器件
1．CPⅢ控制点目标组使用球棱镜及根据不同需求配套相应的立式基座和横插基座，如图5-1-6所示：
球棱镜 立式基座 横插基座
图5-1-6 CPⅢ控制点使用的元器件
每个CPIII点埋设一立式基座或横插基座轴套，球棱镜仅测量时安放使用，两种基座接触面均嵌有磁性材料，有一定吸附力，在进行高程水准测量时，只需在球棱镜球壳表面立尺即可进行测量，测量后的高程减去球棱镜的半径长度就是CPIII目标点测量中心的高程。
2．球棱镜的质量要求：
每个球棱镜都必须提供各向异性和棱镜常数的检测报告。
检测距离在10—15米范围内，应使用1″及以上精度，测距精度应不低于1mm+2ppm，且距离最小显示单位为0.1mm的全站仪来进行检测。
检测时仪器应设置为自动寻找目标的测量模式，而不是人工对准目标。
检测场地应选择无大气热闪烁，无直接日照场地，检测时段气象条件应基本无变化。
检测场地应该远离建筑工地、打井、钻探场所和交通频繁地段。
检测各向异性时，以棱镜的光轴为轴，每转动60°，分别正对全站仪、上仰 10°、下俯10°三个位置，共检测18个位置，测量球棱镜的斜距、X、Y、H坐标值（共测得72个数据）。
每个球棱镜在不同位置所有测量获得的同类数据的互差不超过±0.3mm为合格。
3．提供给每个轨道板铺设作业面的一批球棱镜的棱镜加常数互差不能超过±0.2mm，检测值四舍五入取整到0.1mm位，所有用于CPⅢ标志点的批套球棱镜的加常数的互差不能超过0.3mm。
也就是说用于一个作业面的所有球棱镜的加常数可认为是一个固定值，十分有利于CPⅢ网的建网观测作业，消除了由于加常数不一致带来的诸多麻烦和粗差。
检测记录表格见表5-1-6：
表5-1-6 球棱镜检测记录表单位：
0.1mm
（表第一行中的1、2、3、4、5、6表示沿球棱镜光轴每次旋转60°的位置）
编号：
080905
1
2
3
4
5
6
备注
正
△H
0
0
1
0
0
0
日期：
2008.7.16
SD
0
1
1
1
1
2
仪器：
TCA1800
△E
0
0
0
1
1
0
NO：
426516
△N
0
-1
1
0
0
-2
偏角：
10°
俯
△H
1
2
2
1
1
1
HZ：
0°00′00″
SD
2
3
2
2
3
1
地点：
202室内
△E
0
0
0
1
1
0
观测：
王XX
△N
1
-2
1
1
2
0
记录：
同上
仰
△H
-1
-1
-1
-1
-1
-2
司镜：
李XX
SD
1
1
1
1
2
2
△E
0
0
0
1
1
0
△N
0
-1
0
0
1
1
（三）CPⅢ网点的布设
1．一般路段
在线路两侧的接触网电杆底座上使用钢筋混凝土成对浇筑CPIII基桩，基桩直径不小于20厘米，基桩顶面高于外轨轨顶面30厘米，相邻两对CPIII基桩在里程上相距约60米，待基桩稳定后，在基桩顶面开孔（孔径30毫米，孔深80毫米）然后使用锚固剂埋设立式基座，基座埋设完成后，基座外露部分不高于基桩顶面2毫米。
特殊情况下可以在接触网电线杆上使用横插基座布设。
2．桥梁部分
直接在防撞墙顶面成对开凿铅垂方向的安装孔（孔径30毫米，孔深80毫米），然后使用锚固剂埋设立式基座，相邻两对CPIII点在里程上相距约60米，基座埋设完成后，基座外露部分不高于基桩顶面2毫米。
3．隧道部分
在隧道两侧边墙上成对开凿安装孔（孔径30毫米，孔深100毫米），开孔位置高于外轨轨顶面60厘米，然后使用锚固剂埋设横插基座轴套，相邻两对CPIII点在里程上相距约60米，进行观测时，插入横插基座，并拧紧配合螺母，基本保证横插基座呈水平状即可，观测完后或者不用时需要拧上轴套保护盖。
也可以在隧道底部两侧的排水沟的外侧到边墙的距离中部，向下开凿铅垂方向的安装孔（孔径30毫米，孔深80毫米），然后使用锚固剂埋设立式基座。
相邻两对CPIII点在里程上相距约60米，基座埋设完成后，基座外露部分不高于边沟顶面2毫米。
这是更加便捷的选择。
CPIII目标组观测状态见下图
图5-1-7 CPIII目标组观测状态图
4．CPⅢ控制点的编号及标注
CPⅢ控制网的编号规则是：
（1）按照里程递增方向递增编号，其编号反映里程数；
CPⅢ在某公里后的第1位数是3，代表CPⅢ，再后两位数字代表CPⅢ点编号，按里程递增方向的顺序号自然递增；
（2）所有线路左侧的CPⅢ点编号为奇数，处于线路右侧的CPⅢ点编号为偶数，在有长短链地段应注意编号不能重复；
（3）CPⅢ控制点编号的标注应统一采用大小4cm的正楷字体刻绘，用白色油漆抹底，黑色油漆填写编号字体。
（4）CPⅢ的基桩应用黑白两色油漆各高20cm（像花杆一样）进行标注，并用大小5cm的正楷字体写上“严禁碰撞”（黄底红字）警示语。
表5-1-7 “自由测站”法CPⅢ网络的点编号体系
点编号
含义
数字代码
在里程内点的位置
020301
表示线路里程DK20范围内线路前进方向左侧的CPⅢ第1号点，“3”代表“CPⅢ”
020301
（轨道左侧）奇数
1、3、5、7、9、11等
020302
表示线路里程DK20范围内线路前进方向右侧的CPⅢ第1号点，“3”代表“CPⅢ”
020302
（轨道右侧）偶数
2、4、6、8、10、12等
（四）CPⅢ网控制点的平面测量
1．观测仪器要求
（1）全站仪必须满足如下精度要求：
角度测量精度≤1″
距离测量精度≤1mm+2ppm
（2）全站仪必须是具有自动搜索目标，自动照准目标，自动跟踪目标的全自动全站仪。
如索佳的NET05、NET01，徕卡TCA1800、TCA2003、TRIMBLES6、S8等。
每台仪器配球棱镜14套，使用前应根据厂家提供的棱镜检定表对每个棱镜进行复测检验，以确保球棱镜的各向异性差别≤±0.3mm和加常数的一致性。
2．观测方法
（1）CPⅢ网采用自由设站边角交会网（也称“后方交会网）的方法测量。
从每个自由测站，将以2×6个CPⅢ点为测量目标进行观测。
应保证每个CPⅢ点在不同的测站上至少被观测3次。
（2）CPⅢ控制网的观测距离一般应在30～120m，最大不应超过150m。
在自由站上测量CPⅢ的同时，应将靠近线路可以观测的CPI点及全部CPII点进行联测，纳入网中，CPI/CPII点应至少应在两个自由站上进行联测，有可能时应联测3次，联测长度应控制在200米左右。
最长应不超过300m。
图5-1-8 观测图
当受观测条件限制，只能有一个自由站点和CPI/CPII通视时，应设置辅助点，辅助点上既要架站也要安放测量目标点。
（3）测站编号以Z字母打头，后面是两位数字，以里程增加方向从01自然递增。
（4）为保证棱镜的统一性，CPⅠ或CPⅡ点也采用球型棱镜。
线外联测时采用特制专用球型棱镜转换套筒，套筒可以与普通徕卡棱镜的基座、支架配套，安装两种不同棱镜后，保证两种棱镜的中心重合。
基座可安放在三脚架上并精确整平对中。
转换套筒如图5-1-9所示：
图5-1-9 转换套筒
CPMeas的功能：
A．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；
B．具有记忆待观测目标点位置的功能；
C．具有选择和管理已记忆目标点集的功能；
D．能够按照用户要求选取待观测目标点集；
E．按照CPⅢ控制网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；
F．原始观测数据保存在全站仪CF卡内，按照测站名分别存储在规定格式的数据文件中。
3．CPⅢ网观测要点
（1）每次设站均应选择密实稳定的线路中部，最好在两对CPⅢ点的中间，按图示的位置附近架设仪器，并保证可以顺利地观测预计的目标；
（2）仔细整平仪器，并作纵向横向安平自动检校；
（3）在仪器的相应菜单中输入测量时的气温、气压、湿度，（也可采用配接了自动数字气象传感器的全站仪，则不必人工输入气象参数）必须认真仔细据实输入。
如果测量过程中天气条件有较大变化，必须及时更新所输入的气象元素（如果采用配接了自动数字气象传感器的全站仪，则不必人工输入气象参数）。
这些气象参数将实时改正观测的距离。
注意：
在后续的平差处理软件中是无法对原始观测的边长进行气象改正的。
（4）在使用CPⅢ自动数据采集软件CPMeas观测时，在学习目标点的过程中，应根据观测程序提示将CPⅢ上球棱镜的加常数输入相应位置，如果有联测CPⅡ点时还需要输入CPⅡ点上安置的棱镜加常数，只有遵循以上操作才能保证采集到的边、角数据的正确性；如果全部采用球棱镜，也有相应的与CPII点配套的球棱镜安置转换套管，可以在架设普通棱镜的支架上架设球棱镜。
而放置在CPII、CPIII上的球棱镜都是统一的加常数，则不必考虑输入不同加常数的麻烦。
（5）观测时段应选择在阴天无风的天气条件下进行，如果是晴天，则最好选择日落二小时后，日出前进行观测，否则CPⅢ网的观测数据将无法合格；
（6）水平角和距离测量的精度应按如下要求进行：
1）测量水平方向：
3测回
2）测量距离：
3测回（3次）
3）方向和距离观测的限差根据《精密工程测量规范》（GB/T15314—1994）的要求应不超过表5-1-8的规定，观测最后结果按等权进行测站平差
表5-1-8 方向测量法水平角测量精度表
经纬仪
类型
测回数
光学测微器两次重合读数差
电子经纬仪两次读数差
半测回
归零差
一测回内2C互差
同一方向值各测回互差
DJ05
3
0.5
4
8
4
DJ07
4
1
1
5
9
5
DJ1
4
1
1
6
9
6
注：
① DJ05为一测回水平方向中误差不超过±0.5″的经纬仪。
② 对同一测站的同一边长测距互差不大于1mm。
③ 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。
同测站同一点距离互差1mm。
（7）观测数据存储之前，必须对观测数据的质量进行校核，其中各种观测限差的检校是在观测程序CPMeas中自动进行和提示的，如果超差必须重测至合格；有的观测数据的检核是在完成全部测量后进行的，如果有超差提示，应按要求进行重测，直至取得合格数据方可存储；
（8）每个测站应真实地填写，其中仪器高只是作为参考，其他应按表的要求据实填写。
表5-1-9 自由测站记录表
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测量单位：
天气：
自由测站编号
仪器高
温度
气压
测量点编号
棱镜常数
备注
测量点编号
棱镜常数
备注
测量点标记示意图
说明：
将自由测站编号、CPⅢ控制点编号应在该示意图上标记出来，如与CPⅡ、CPⅠ或中线点进行联测，则应在图上如实标注。
司镜：
记录：
年月日
4．CPⅢ网观测数据内业处理
（1）当取得CPⅢ网合格的观测数据后，需要将这些观测数据导入经过铁道部正式评审鉴定的CPⅢ网平差处理软件中进行平差计算，如西南交大测量工程系与铁二院合作开发的经过铁道部建设司评审鉴定的《无砟轨道CPⅢ网数据处理系统软件（CPⅢDataAdjwstmentSoftware）》。
也可选择其他经铁道部权威机构评审通过的CPⅢ网数据处理系统软件。
（2）使用CPⅢDASCPⅢ数据平差软件的注意事项
1）必须进行测站数据检查：
虽然使用CPMeas机载软件，在采集数据时已经对测站观测数据的质量进行了有效的控制，但还是十分有必要在平差之前利用平差软件的测站数据检查功能对观测数据的质量进行初步评定，测定是否存在超限观测值，然后对含有超限观测值的原始数据进行剔除；
2）应进行闭合环搜索：
在生成平差文件之后，就可以利用闭合环搜索功能，对CPⅢ外业观测数据进行闭合差计算和检查。
此功能的作用，是检查CPⅢ控制网中闭合环闭合差的大小和探测所导入的观测值中是否仍然有超限观测值，也可以检查相邻测站对同一目标点观测的观测值之间的吻合程度，故执行本功能就必须要求平差文件中的测站是顺序排列的，如：
Z01、Z02、Z03、Z04……..；
3）应在平差软件中选择自由网平差校正，以检查观测数据的内容符合精度及其与控制点已知坐标的兼容性。
自由网平差报告中，验后单位权中误差，反映了观测数据的内符合精度，尺度K和控制点变换后较差，反映了观测数据与控制点已知坐标的兼容性；
4）应选择设置方差分量估计参数进行方差分量验后估计以保证测边测角两种不同的内型的观测值定权的合理性，这样才有可能获得尽可能小的观测值改正数，平差后的CPⅢ点坐标能最大限度地反映其真实空间位置；
5）最后选择约束网平差置平，可获得最终CPⅢ网各控制点的平差后坐标及其精度，方位角和边长及其相对精度，平面控制网的总体信息。
表5-1-10 CPⅢ控制点的定位精度表（mm）
控制点
可重复性测量精度
相对点位精度
CPⅢ
边角交会测量
±1.5
1
（五）CPⅢ控制网高程测量
1．CPⅢ控制网高程测量
（1）测量方法
1）每一测段应至少与3个二等水准点进行联测，形成检核。
联测时，每两对点形成闭合环，每次搭接一对点，水准仪置于两对点对角线交点处，水准路线按顺时针方向进行。
2）CPⅢ高程控制点精度要求
CPⅢ控制点水准测量按精密水准测量以图5-1-10设站方式进行往返测观测
图5-1-10 CPⅢ控制点水准测量设站方式
精密水准测量采用满足精度要求的电子水准仪（电子水准仪每千米水准测量高差中误差为±0.3mm），配套铟瓦尺。
使用仪器设备应在鉴定期内，每年必须对测量仪器精确度进行一次校准，每天使用该仪器之前，根据自带的软件对仪器进行检验和校准。
（2）精密水准测量精度要求
1）精密水准测量精度要求
表5-1-11 精密水准测量精度要求 单位：
mm
水准测量
等级
每千米水准测量偶然中误差M△
每千米水准测量全中误差MW
限差
检测已测段高差之差
往返测
不符值
附合路线或环线闭合差
左右路线高差不符值
精密水准
≤2.0
≤4.0
12
8
8
4
注：
表中L为往返测段、附合或环线的水准路线长度，单位km。
2）精密水准测量的主要技术标准
表5-1-12 精密水准测量的主要技术标准
等级
每千米高差全中误差（mm）
路线长度（km）
水准尺
观测次数
往返较差
或闭合差
（mm）
与已知点联测
附合或环线
精密水准
4
2
铟瓦
往返
往返
8
注：
①结点之间或结点与高级点之间，其路线的长度，不应大于表中规定的0.7倍。
②L为往返测段、附合或环线的水准路线长度，单位km
3）精密水准观测
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