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摘要：目前，国内传统的铁路工程测量技术在测控精度方面远未达到这点要求。全新的工程测量技术和测量方法将在这方面发挥至关重要的作用。本文主要探讨在无砟轨道平面控制测量中的观测方法，引入 GPIII 控制网，采用自由设站的方式进行观测。以及在进行平面控制网数据处理时，通过程序设计进行数据处理时的关键技术探讨。
关键词：CPIII；平面控制；数据处理；关键技术
前言
高速铁路客运列车的行驶速度一般在 250～350km/h，就目前的铁路客运系统来说，这已是一个相当快的行进速度。乘客的人身安全以及乘坐时的舒适度主要取决于高速铁路是否平顺、稳定。因此，必须将高速铁路集合线性参数的精度误差控制在毫米级的范围内。普通铁路的控制测量基本上都是以导线测量为主，具有外业观测量小、内业计算简单、网型比较灵活自由，受控制点点间距长度影响小的特点，但是其精度无法满足无砟轨道施工控制测量和轨道精调的要求。在实际的无砟轨道铁路工程测量中，引入了 GPIII 控制网，其平面观测主要采用自由设站的方式。
1、CPIII 平面控制网布设和测量方法
采用自由设站测量方式是通过测量机器人自动照准目标来完成的，主要测量方法如下：
（1）在相距 60 米左右的一对接触网柱上建立一对永久标记点，就是我们所说的 CPIII 控制点。
（2）对 CPIII 控制点的测量在局部系统内按组进行，采用后方交会方法，最大的测量范围距离约 150 米。
（3）每组两个方向各测量 3×2 个 CPIII 控制点（共计6 对 12 个），其中 3 对 6 个 CPIII 控制点为重合测量点，从而使得每个 CPIII 控制点被测量三次，如图 1 所示。
（4）每组测量中如遇测站与 CPI 或 CPII 控制点通视，须与 CPI 或 CPII 控制点进行连接测量。
（5）当测站点与 CPII 控制点间不能通视时，应考虑增加辅助点。
2 CPIII 平面控制网数据处理关键技术
高速铁路 CPIII 数据处理通过计算机程序设计完成。采用间接平差和秩亏自由网拟稳平差模型进行程序设计。程序设计过程中近似坐标的推算是非常关键的，它和普通的平面控制网近似坐标的推算方法不一致。下面以上图 1 为例对高铁 CPIII 程序设计中近似坐标的推算方法作一个详细的说明。
首先由观测数据寻找到第一个具有已知坐标的高等级的点，比如为 CPII，并由此找到与该 CPII 点对应的测站点J1，假定测站 J1 的 0 方向为已知的方位角，由 CPII 的坐标可以反算 J1 点的坐标，从而由 J1 点的坐标及方向、距离观测值可以推算出所有 CPIII 照准点的坐标，这里包括 1、3、5、7、9、2、4、6、8、10 和 CPII。
其次，假定第二测站 J2 点为坐标原点，同样假定 0 方向作为已知的方位角方向，根据 J2 点的坐标及方向、距离观测值可以推算出该测站所有照准点的坐标，这里包括 3、5、7、9、11、13、4、6、8、10、12、14 和 CPII。由于测站 J1和 J2 具有公共点（3、5、7、9、4、6、8、10 和 CPII），可以选择其中的两个点，将以 J2 为参考基准的坐标进行平面四参数改正纠正到以 J1 为参考基准的坐标。公共点的选择也要遵循一定原则，这里选择距离相距较远的 3 和 10 或者选择 4 和 9 比较合适。
同理，在 J3 测站仍假定 J3 为坐标原点根据已知的方向值和边长推算所有照准点的坐标，然后根据 J3 和 J2 的公共点进行坐标纠正，依此类推，直到出现包含下一个已知点（不妨取名 CPII0）的测站。
然后，根据两已知点 CPII 和 CPII0 的两套当地坐标对刚解算的所有点进行平面四参数改正，这样才能得到各待求CPIII 控制点的比较准确的近似坐标值。
同样的道理，在每两个相邻的已知的 CPII 点之间进行上述操作，完成坐标纠正。
和普通的平面控制网近似坐标推算方法不同，如果不在每两个已知 CPII 点之间进行坐标纠正，而采取在整条线路上整体纠正的话，受误差积累的影响到最后推算的 CPIII 点坐标与设计值会相差一个很大的值，可能达到幾米甚至几十米。通过在每两个相邻的 CPII 点之间进行坐标纠正的方法可以严格控制误差累计。
CPIII 数据处理对近似坐标的推算要求如此之高，究其原因，如果得不到比较精确的近似坐标，在列立误差方程时会得到比较大的系数差值，这样通过间接平差公式计算出来的未知数解很有可能达不到收敛的状态，这时我们必须通过迭代，把未达到收敛的解加到近似坐标上得到第一次平差后的坐标，我们把这个坐标当作近似值很有可能与设计值相差更远了，这样解算下来仍得不到收敛的未知数解，如此会形成一个恶性循环，因此不能通过简单的迭代运算得到收敛的解。
3 总结
采用自由设站方法不像导线测量一样会产生 1-2mm 的对中误差，在每个点测量 3 个测回以减小观测误差，这样存在大量的多余观测值，大大提高了控制网的稳定性，在轨道铺设阶段便于粗调和精调，是一种比较好的布网方式。在通过程序设计进行 CPIII 平面控制网数据处理时，各待求 CPIII 控制点的近似坐标推算非常关键。在平差前尽可能得到非常精确的近似坐标值，这样通过一次平差计算基本上就能得到收敛的未知数解，避免因近似坐标误差较大造成解算未知数达不到收敛以及因迭代过程中产生恶性循环的问题。
参考文献：
[1] 蔡士毅，李博峰，石德斌等，无砟轨道高速铁路精密测量数据处理[J].大地测量与地球动力学，2008，28（1）：114-117.
[2] 潘正风，徐立，肖进丽，高速铁路平面控制测量的探讨[J]，铁道勘察，2005，31（5）：1-3.
[3] 王建民，王发祥.高速铁路平面控制网测量数据处理方法研究[J].工程勘察，2011，07：86-89.
[4] 谷付堂，张璐璠，谷宁，芦小辉.高速铁路轨道控制网数据处理方法探讨[J].四川建筑，2014，05：193-195.
（作者单位：中铁十一局集团第二工程有限公司）
关键词：CPIII；平面控制；数据处理；关键技术
前言
高速铁路客运列车的行驶速度一般在 250～350km/h，就目前的铁路客运系统来说，这已是一个相当快的行进速度。乘客的人身安全以及乘坐时的舒适度主要取决于高速铁路是否平顺、稳定。因此，必须将高速铁路集合线性参数的精度误差控制在毫米级的范围内。普通铁路的控制测量基本上都是以导线测量为主，具有外业观测量小、内业计算简单、网型比较灵活自由，受控制点点间距长度影响小的特点，但是其精度无法满足无砟轨道施工控制测量和轨道精调的要求。在实际的无砟轨道铁路工程测量中，引入了 GPIII 控制网，其平面观测主要采用自由设站的方式。
1、CPIII 平面控制网布设和测量方法
采用自由设站测量方式是通过测量机器人自动照准目标来完成的，主要测量方法如下：
（1）在相距 60 米左右的一对接触网柱上建立一对永久标记点，就是我们所说的 CPIII 控制点。
（2）对 CPIII 控制点的测量在局部系统内按组进行，采用后方交会方法，最大的测量范围距离约 150 米。
（3）每组两个方向各测量 3×2 个 CPIII 控制点（共计6 对 12 个），其中 3 对 6 个 CPIII 控制点为重合测量点，从而使得每个 CPIII 控制点被测量三次，如图 1 所示。
（4）每组测量中如遇测站与 CPI 或 CPII 控制点通视，须与 CPI 或 CPII 控制点进行连接测量。
（5）当测站点与 CPII 控制点间不能通视时，应考虑增加辅助点。
2 CPIII 平面控制网数据处理关键技术
高速铁路 CPIII 数据处理通过计算机程序设计完成。采用间接平差和秩亏自由网拟稳平差模型进行程序设计。程序设计过程中近似坐标的推算是非常关键的，它和普通的平面控制网近似坐标的推算方法不一致。下面以上图 1 为例对高铁 CPIII 程序设计中近似坐标的推算方法作一个详细的说明。
首先由观测数据寻找到第一个具有已知坐标的高等级的点，比如为 CPII，并由此找到与该 CPII 点对应的测站点J1，假定测站 J1 的 0 方向为已知的方位角，由 CPII 的坐标可以反算 J1 点的坐标，从而由 J1 点的坐标及方向、距离观测值可以推算出所有 CPIII 照准点的坐标，这里包括 1、3、5、7、9、2、4、6、8、10 和 CPII。
其次，假定第二测站 J2 点为坐标原点，同样假定 0 方向作为已知的方位角方向，根据 J2 点的坐标及方向、距离观测值可以推算出该测站所有照准点的坐标，这里包括 3、5、7、9、11、13、4、6、8、10、12、14 和 CPII。由于测站 J1和 J2 具有公共点（3、5、7、9、4、6、8、10 和 CPII），可以选择其中的两个点，将以 J2 为参考基准的坐标进行平面四参数改正纠正到以 J1 为参考基准的坐标。公共点的选择也要遵循一定原则，这里选择距离相距较远的 3 和 10 或者选择 4 和 9 比较合适。
同理，在 J3 测站仍假定 J3 为坐标原点根据已知的方向值和边长推算所有照准点的坐标，然后根据 J3 和 J2 的公共点进行坐标纠正，依此类推，直到出现包含下一个已知点（不妨取名 CPII0）的测站。
然后，根据两已知点 CPII 和 CPII0 的两套当地坐标对刚解算的所有点进行平面四参数改正，这样才能得到各待求CPIII 控制点的比较准确的近似坐标值。
同样的道理，在每两个相邻的已知的 CPII 点之间进行上述操作，完成坐标纠正。
和普通的平面控制网近似坐标推算方法不同，如果不在每两个已知 CPII 点之间进行坐标纠正，而采取在整条线路上整体纠正的话，受误差积累的影响到最后推算的 CPIII 点坐标与设计值会相差一个很大的值，可能达到幾米甚至几十米。通过在每两个相邻的 CPII 点之间进行坐标纠正的方法可以严格控制误差累计。
CPIII 数据处理对近似坐标的推算要求如此之高，究其原因，如果得不到比较精确的近似坐标，在列立误差方程时会得到比较大的系数差值，这样通过间接平差公式计算出来的未知数解很有可能达不到收敛的状态，这时我们必须通过迭代，把未达到收敛的解加到近似坐标上得到第一次平差后的坐标，我们把这个坐标当作近似值很有可能与设计值相差更远了，这样解算下来仍得不到收敛的未知数解，如此会形成一个恶性循环，因此不能通过简单的迭代运算得到收敛的解。
3 总结
采用自由设站方法不像导线测量一样会产生 1-2mm 的对中误差，在每个点测量 3 个测回以减小观测误差，这样存在大量的多余观测值，大大提高了控制网的稳定性，在轨道铺设阶段便于粗调和精调，是一种比较好的布网方式。在通过程序设计进行 CPIII 平面控制网数据处理时，各待求 CPIII 控制点的近似坐标推算非常关键。在平差前尽可能得到非常精确的近似坐标值，这样通过一次平差计算基本上就能得到收敛的未知数解，避免因近似坐标误差较大造成解算未知数达不到收敛以及因迭代过程中产生恶性循环的问题。
参考文献：
[1] 蔡士毅，李博峰，石德斌等，无砟轨道高速铁路精密测量数据处理[J].大地测量与地球动力学，2008，28（1）：114-117.
[2] 潘正风，徐立，肖进丽，高速铁路平面控制测量的探讨[J]，铁道勘察，2005，31（5）：1-3.
[3] 王建民，王发祥.高速铁路平面控制网测量数据处理方法研究[J].工程勘察，2011，07：86-89.
[4] 谷付堂，张璐璠，谷宁，芦小辉.高速铁路轨道控制网数据处理方法探讨[J].四川建筑，2014，05：193-195.
（作者单位：中铁十一局集团第二工程有限公司）