郑太高铁某标段CPI控制网复测数据处理及稳定性分析_温斌.pdf

总第 134 期Data Processing and Stability Analysis of CPI Control Network Re-surveying in a Section of Zheng-Tai High-speed RailwayWEN Bin1ChenWei2OUYANG Ping2XU Fuxing1(1.Gezhouba Surveying and Mapping Geographic Information Technology Co.,Ltd.,Yichang 443002,China;2.School of Hydraulic and EcologicalEngineering,Nanchang Institute of Technology,Nanchang 330099,China)Abstract:Zheng-Tai Railway is very important in connecting Zhengzhou City and Taiyuan City.This paper introduces the re-surveying plan of the CP plane control network of a certain section of Zheng-Tai high-speed railway,discusses the baselineprocessing of the re-surveying data of the control network,network adjustment and other data processing procedures,andanalyzes the observation data quality and accuracy,and the stability of the control points.The results meet the requirements ofthe specification,and the CP I control points are stable and reliable.Keyword:CP Control Network;Repeated Surveying;Data Processing;Stability Analysis作者简介：温斌（1995-），男，本科，助理工程师，研究方向为工程测量。E-mail:1引言近年来，我国的高铁建设、运营和服务得到了飞速发展，同时见证了我国生产力的提升，而高速铁路基础平面控制网(Control Point，CPI)为勘测、施工、运营维护提供坐标基准，是高速铁路“三网合一”测量体系的核心1。控制点的精度和稳定程度对高铁施工至关重要，为了保证高铁工程建设的顺利进行，保证工程的建设质量，必须对高铁控制网定期进行复测2，为铁路的施工建设、运营管理及维护工作提供可靠的测量基准数据。参考文献3-5中提出了针对不同项目的 CPI 复测技术方案，结果表明各测量方案可以保证 CPI 的精度和质量；为此，本次复测根据复测要求和区域特点，制订了合理的复测技术方案，保证了高质量的外业观测数据，在此基础上进行整网的平差，对控制点的稳定性进行分析4-5。2复测技术方案2.1复测方法本次复测的总体原则是：同网形、同精度分级测量，测量时对遭到破坏、丢失的点按照原网标准进行补埋和测量。经测量，对复测坐标精度不满足 高速铁路工程测量规范6要求的点进行分析，修正位移平面点的坐标成果，使全线各级平面控制网保持完整。CPI 控制网复测采用 Leica GS16 双频接收机，其标称精度为(3.0+0.110-6 D)mm，按二等 GNSS 精度要求测量，GNSS 测量的精度及主要技术指标如表1、表 2 所示。CPI 控制网复测采用边、网联结方式构郑太高铁某标段 CPI 控制网复测数据处理及稳定性分析温斌1陈伟2欧阳平2许福星1（1 葛洲坝测绘地理信息技术有限公司湖北宜昌443002；2 南昌工程学院水利与生态工程学院江西南昌330099）摘要：郑太高铁是连接郑州市与太原市的一条重要的高速铁路。论文介绍了郑太高铁某标段CPI平面控制网复测方案，阐述了控制网复测数据的基线处理、网平差等数据处理过程，对观测数据质量和精度、控制点的稳定性进行了评定分析，认为本次复测成果满足规范要求，CPI控制点稳定可靠。关键词：CPI控制网；复测；数据处理；稳定性分析郑太高铁某标段CP控制网复测数据处理及稳定性分析12022 年第 4 期江西测绘江西测绘江西测绘江西测绘网，形成由三角形或大地四边形组成的带状网。表 1 CPI 控制网 GNSS 测量的精度指标表 2 CPI 控制网 GNSS 测量的主要技术指标2.2复测网数据处理流程外业结束后将采集的数据导出并转换为 RINEX标准格式，补充和完善相关信息，再按图 1 所示的流程进行数据处理工作。图 1 复测网数据处理流程图2.3复测数据处理指标同一基线不同时段重复观测长度较差以及由若干条独立基线边组成的独立环各坐标分量(Wx、Wy、Wz)及全长闭合差 Ws 应满足表 3 的规定。表 3 GNSS 基线质量检验限差表注：n闭合环边数，基线长度中误差，=a2+(b,d)2，本项目 a=5mm，b=1ppm，d 为基线长度，单位为 km。1）三维无约束平差后基线向量各分量的改正数绝对值应满足下式规定：V_DX3、V_DY3、V_DZ3（1）2）三维约束平差后基线向量各分量的改正数与三维无约束平差基线向量改正数较差应满足下式规定：V_DX2、V_DY2、V_DZ2（2）3）二维约束平差后，基线边方位角中误差、最弱边边长相对中误差应满足表 4 的规定。表 4 CPI 控制网 GNSS 测量的精度指标3实例分析3.1测区概况郑太高铁主要位于山西省，末端部分位于河南省，线路长度 358.769km，其中山西省境内 325.358km，河南省境内 33.411km，设计时速 250km/h，其中某标自DK51+452.25 到 DK65+340.35，正线长度 13.89km。根据工程“保证投影长度变形值不大于 10mm/km”的要求及设计院提供的设计分带设置情况，本标段采用的投影为国家 2000 大地坐标系椭球参数。各标段内工程独立坐标系统计表如表 5 所示表 5 工程独立坐标系统计表3.2数据处理标段内无 CP0 点，CPI 网未与 CP0 联测。CPI 网复测共联测桩位 15 个，利用徕卡公司的 LGO 软件解算基线 120 条，形成独立闭合环 36 个，重复基线84 组。复测网形如图 2 所示。图 2 CPI 复测网形图3.2.1基线处理1）重复基线较差检验对 84 组重复基线进行统计分析，重复基线长度较差中最大的为 CPI2018-CPI2024，统计情况如表 6所示，最大差值为 9.5mm，根据表 3 中的计算公式可得该基线的较差允许值为 28.9mm，显然满足要求。2）环闭合差检验控制网类型测量方法测量等级CPIGNSS二等基线边方向中误差1.3最弱边相对中误差1/180 000控制网类型固定误差aCPI5 mm约束点间的边长相对中误差1/250 000约束平差后最弱边边长相对中误差1/180 000比例误差b1 mm/km基线方位角中误差1.3检验项目限差要求X坐标分量闭合差Y坐标分量闭合差独立环(附合路线)Wx3nWy3n重复观测基线较差ds22Z坐标分量闭合差Wz3n环线全长闭合差W3n工程独立坐标系名称中央子午线投影面大地高(m)分界里程范围1121800 753起点DK55+000第一工程独立坐标系第二工程独立坐标系1110600-600 DK50+000DK66+000第三工程独立坐标系1121200 970 DK64+000DK81+000等级基线边方位角中误差最弱边边长相对中误差CPI1.31/180 000表 6 CPI 重复基线最大较差统计表基线序号起点终点CPI2018CPI20241118CPI2018CPI2024DX(m)-7394.1161-7394.1069DY(m)DZ(m)S(m)S实测差值(mm)1264.0456-4824.01088918.62359.51264.0489-4824.00658918.61402总第 134 期由若干条独立基线边组成的独立环各坐标分量(Wx、Wy、Wz)及全长闭合差 Ws 检核。复测网共有独立环36 个，其中，全长闭合差最大环为 CPI2031-CPI2027B-CPI2029，其统计情况如表 7 所示，全长闭合差S=17.8mm，根据表 3 中的计算公式可得该环各分量闭合差限差为 34.7mm、全长闭合差限差为 60.1mm，各项指标均小于限差要求。表 7 CPI 独立环各项闭合差统计表3.2.2三维无约束平差基线处理完成后，选取起点 CPI2018 的三维空间坐标，作为起算数据，进行三维无约束平差，在 WGS-84坐标系下进行，主要目的是检验复测网的内符合精度情况，剔除粗差等。基线向量各分量的限差按式（1）进行计算。三维无约束平差后基线向量各分量的改正数绝对值均满足规范要求，其最大值统计如表 8 所示。表 8 CPI 三维无约束平差基线向量残差统计表三维无约束平差计算得：单位权中误差 m0=0.469cm，最弱点为 CPI2032，其点位误差为：mX=0.17cm，mY=0.28cm，mZ=0.22cm，mP=0.39cm。最弱边为：CPI2020CPI2021A，最弱边相对中误差为 1/476000，均满足限差要求，达到二等 GNSS 控制网的标准，可进行三维约束平差。3.2.3三维约束平差根据实际情况，利用徕卡 LGO 软件中的“基准与投影”组件，选取适当的三维约束平差控制点，并对其进行稳定性分析，从而选定 CPI2018、CPI2021A、CPI2024、CPI2026、CPI2030、CPI2032 的三维坐标成果（空间直角坐标）作为约束条件，采用武汉大学 COSA GPS 软件对 CPI 复测网进行三维约束平差计算。平差过程中，基线向量各分量改正数与无约束平差同一基线改正数限差按式（2）进行计算。其最大值统计如表 9 所示。表 9 CPI 基线向量改正数约束平差与无约束平差较差统计表由表 9 可知，三维约束平差的各项指标均满足限差要求，达到二等 GPS 控制网的标准，可进行二维约束平差。3.2.4二维约束平差首先将本次复测所涉及的 CPI 测前成果全部转换至表 5 中的第二工程独立坐标系下，后续的二维约束网平差和坐标成果比较均在该坐标系下进行。选取对应的已知约束点坐标，对 CPI 网进行二维约束平差，结果均满足表 4 中的限差要求，精度指标统计如表 10 所示。表 10 CPI 网二维约束平差后精度指标统计3.3 CPI控制点稳定性分析为了评定 CPI 控制点的稳定性，参照 CPI 复测的相关技术要求，将本次 CPI 控制点二维约束平差后的平面坐标（以下简称“复测坐标”）与郑太高铁精测网平面坐标成果（以下简称“原测坐标”）进行对比。在第二工程独立坐标系下，比较了全部的 15 个点，统计结果如表 11 所示；然后进一步对相邻点间控制点坐标差之差郑太高铁某标段CP控制网复测数据处理及稳定性分析全长闭合差最大环CPI2031-CPI2027B-CPI2029Y分量闭合差DY(mm)Z分量闭合差DZ(mm)X分量闭合差DX(mm)-2.615.38.8环周长(m)10442.109全长闭合差S(mm)17.8三维基线向量残差最大值(cm)对应边-1.15CPI2019CPI2024V_DXV_DZ1.31CPI2026CPI2030边长(m)5331.3364882.7841.21CPI2024CPI2027BV_DY6881.371限差(cm)2.192.102.55是否合格合格合格合格三维基线向量改正数较差最大值(cm)基线0.34CPI2024CPI20260.24CPI2030CPI2032dVXdVYdVZ0.50CPI2024CPI2027B边长(m)5145.43833022.60706880.9975限差(cm)是否合格1.43合格1.17合格1.70合格统计内容方位角中误差()约束平差后最弱边边长相对中误差CPI2020CPI2021ACPI2020CPI2021A最大值对应点/边最大值0.621/288000限差1.301/18000032022 年第 4 期江西测绘江西测绘江西测绘江西测绘表 11 CPI 网复测坐标及其与原测坐标较差统计表点号原测坐标成果（m)XCPI20184146576.5270CPI20194143521.9435序号12CPI20204141952.611334CPI2021A4141677.883815CPI20324128548.2037Y634790.2230636906.2884639110.9878639491.6759645387.1196坐标较差（mm）是否超限dxdy0.00.0合格-4.55.2合格-10.30.5合格0.00.0合格0.00.0合格复测坐标成果（m）X4146576.52704143521.93904141952.60104141677.88384128548.2037Y634790.2230636906.2936639110.9883639491.6759645387.11965CPI20224140910.6541639341.8762-6.61.9合格4140910.6475639341.87816CPI2023C4139698.2268641072.85964139698.2246641072.8597-2.20.1合格7CPI20244140411.2165641229.43734140411.2165641229.43730.00.0合格8CPI2025A4136442.8079643663.63494136442.8066643663.6296-1.3-5.3合格9CPI20264136375.7382644421.68574136375.7382644421.68570.00.0合格10CPI2027B4134018.8104643776.06184134018.8131643776.06352.71.7合格11CPI2028A4133927.9595644314.08794133927.9593644314.0887-0.20.8合格12CPI20294130919.6925644495.61804130919.6995644495.62217.04.1合格13CPI20304131504.6584644758.20904131504.6584644758.20900.00.0合格14CPI20314129014.7033645240.03394129014.7076645240.03654.32.6合格表 12 CPI 网复测与原相邻点坐标差之差相对精度统计表点号相邻点间的距离(m)CPI20192706.1971CPI2020469.4663序号23CPI2021A781.716945CPI20222113.3583注：相对精度限差为1/130 000坐标差之差（mm）dx-0.00580.0103-0.00660.0044坐标之差相对精度是否超限dyds-0.00470.00751/362506合格-0.00050.01031/45526超限0.00190.00691/113819合格-0.00180.00481/444548合格6CPI2023C729.98010.0022-0.00010.00221/331467合格7CPI20244655.4897-0.0013-0.00530.00551/853106合格8CPI2025A761.01210.00130.00530.00551/139453合格9CPI20262443.75510.00270.00170.00321/765921合格10CPI2027B545.6427-0.0029-0.00090.00301/179698合格11CPI2028A3013.73910.00720.00330.00791/380512合格12CPI2029641.2013-0.0070-0.00410.00811/79040超限13CPI20302536.14500.00430.00260.00501/504712合格14CPI2031489.1381-0.0043-0.00260.00501/97342超限3715.9404-0.00450.00520.00691/540361合格1CPI201815CPI2032（下转第34页）（第二工程坐标系，2000椭球，中央子午线111 0600,投影面大地高-600m)（第二工程坐标系，2000椭球，中央子午线111 0600,投影面大地高-600m)进行对比，其相对精度按公式（3）进行计算，统计如表 12 所示。xij=（xj-xi）复测（xj-xi）原测yij=（yj-yi）复测（yj-yi）原测dsS=（xij2-yij2）S|（3）式中：xij，yij为相邻点 i 与 j 间复测坐标差与原测坐标差之差S 为相邻控制点间的水平距离dsS为相邻控制点坐标之差的相对精度由表 12 可知，在第二工程坐标系下对 CPI 控制网约束平差后数据与测前成果进行相邻点坐标差之差相对精度统计，其中有 3 个相邻点间坐标差之差的相对精度不能满足 1/130000 的限差要求，综合原因主要是其边长均较短（不足 650m）的缘故，再结合表 11，X 方向最大点位较差为-10.3mm(CPI2020)，Y方向最大点位较差为-5.3mm(CPI2025A),均满足规范规定的复测值与原测值较差不超过 20mm 的要求，因而认为相关控制点是稳定的。42022 年第 4 期江西测绘江西测绘江西测绘江西测绘4结束语郑太高铁（太原至焦作段某标段）在 2019 年 7月完成了基础平面控制网的测量工作，本文通过对郑太高铁 CPI 平面控制网复测数据进行处理分析，验证了本次测量方案可行，测量成果各项指标满足规范相关规定，复测成果合格，并严格按照规范中的复测要求，对控制点的稳定性进行了分析，认为本次复测的 CPI 控制点稳定可靠，建议采用设计成果。参考文献：1高小兵.高速铁路基础平面控制网(CPI)复测数据处理研究J.勘察科学技术,2015(4):19-22.2宣伟,花向红,邹进贵,等.成贵高铁控制网复测数据处理与稳定性分析J.测绘地理信息,2016,41(2):77-80，94.3吴波,黄博,安江雷.高铁CPI数据处理及控制点稳定性分析J导航定位学报，2019,7(1):112-116.4方振华.高铁CPI独立控制网的数据处理及分析J.城市勘测,2010(3):51-55.5高小兵.高速铁路基础平面控制网(CPI)复测数据处理研究J.勘察科学技术,2015(4):19-22.6 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