一种增加铁路轨道控制网自由测站之间观测量的方法与流程

本发明涉及铁路或长隧道施工领域，具体地指一种增加自由测站之间观测量的铁路轨道控制网。

背景技术：

为适应高速铁路对线路高平顺性的要求，线路必须具备准确的几何线形参数。无碴轨道施工工艺复杂，一般采用cpⅲ平面控制网以满足无碴轨道测量精度要求。cpⅲ控制网是控制无砟轨道施工的三维施工控制网，其平面控制网是一个自由测站的边角网，起闭于上一级控制网(cpⅰ)或(cpⅱ)上；上一级控制网点的点间距为800～1000m。cpⅲ网控制点对称布设于线路两侧，距线路中线的距离一般为3～6m，控制点间的纵向间距一般为60m左右。

现有技术中，cpⅲ网一般采用设置间距为60m或120m自由测站的标准测量方案，其中采用传统的自由测站边角交会进行测量，自由测站位于左右线中线上，图1为自由测站间距为120m的情况，每个测站测量左右线前后6对cpⅲ点，即2×6个cpⅲ点；图2为自由测站间距为60m的情况，每个测站测量左右线前后4对cpⅲ点，即2×4个cpⅲ点，网中每个cpⅲ点至少有3个方向的边角交会。但现有技术存在以下缺陷：由于自由测站边角交会较为特殊，自由测站之间无直接的观测量形成联系，常用的极坐标法、前方交会法均不适用于cpⅲ平面控制点的坐标计算，导致坐标计算复杂；cpⅲ的交会角只有7.5°～9°、157°～165°，明显超过“不应大于100°或不小于30°”的要求，导致图形强度较差且点位误差较大；图形检核条件有横向公共边(如cp05-cp07)闭合差，纵向公共边(如cp05-cp06)闭合差，导致仅有边长条件，图形检核条件单一，难以发现角度粗差。

因此，需要开发出一种坐标计算简单、测量精度高、图形检核强的增加铁路轨道控制网自由测站之间观测量的方法。

技术实现要素：

本发明的目的就是要解决上述背景技术的不足，提供一种坐标计算简单、测量精度高、图形检核强的增加铁路轨道控制网自由测站之间观测量的方法。

本发明的技术方案为：一种增加铁路轨道控制网自由测站之间观测量的方法，其特征在于，它包括以下步骤：

(1)、在左右线间沿线路方向间隔设定测站，每个测站以其前后的左右线n对cpⅲ点以及前后的相邻测站为测量目标，n为≥4的正整数，保证每个cpⅲ点至少被观测3次，每个测量目标均观测边长、水平角；

(2)、采用无定向角导线法计算各cpⅲ点的坐标，每个测站与相邻的测站以及二者之间的cpⅲ点构成交会三角形，通过步骤(1)中测量数据得到交会三角形的三边长度以及各测站处的水平角γ、相邻测站处的水平角β；

(3)、对水平角γ进行验核，验核步骤为：

计算水平角γ的较差：δγ＝γ′-γ，

其中γ为测量值，以交会三角形中各测站与cpⅲ点间边长为b、各测站与相邻的测站间边长为a、cpⅲ点与相邻的测站间边长为c，a、b、c为测量值，γ′＝cos^-1[(a²+b²-c²)/2ab]；

计算限差w″γ：

其中md/d为各观测边的平均测距相对中误差，d＝(a+b+c)/3，md＝1mm，m″β＝2"，ρ″＝206265″，令交会三角形中cpⅲ点处水平角为α，α＝180-β-γ；

当δγ≤w″γ时，水平角γ通过检核。

优选的，步骤(1)中在左右线间沿线路方向间隔60m或120m设定测站，间隔60m时每个测站以其前后的左右线4对cpⅲ点以及前后的相邻测站共10个点为测量目标；间隔120m时每个测站以其前后的左右线6对cpⅲ点以及前后的相邻测站共14个点为测量目标。

优选的，步骤(1)中各测站对前后的相邻测站测量方法为：各测站以及向后临近的至少一个测站、向前临近的至少两个测站上设置棱镜与全站仪通用的对中基座，对中基座至少为4个且形成基座队列，各测站的对中基座上设置全站仪，各测站前后相邻的两个对中基座上设置棱镜，当各测站观测完毕后基座队列不动，将全站仪前方相邻的棱镜、全站仪、全站仪后方相邻的棱镜依次分别向前迁移一个测站并与对应测站的对中基座固定，继续测量，以此重复，直至基座队列前方无空置的对中基座。

进一步的，当基座队列前方无空置的对中基座时，将基座队列最尾端空置的1个或多个对中基座移至基座队列前方，再将全站仪前方相邻的棱镜、全站仪、全站仪后方相邻的棱镜依次分别向前迁移一个测站并与对应测站的对中基座固定，继续测量，以此重复，直至所有测站测量完毕。

优选的，步骤(1)中各测站测量时通过前后不少于2个测站与cpⅱ控制点联测。

本发明的有益效果为：

1.采用无定向角导线法，坐标计算大大简化。

2.增加了测站与前后测站间的观测量，通过不同交会三角形的三边求出的水平角，对水平角观测量进行检核，有利于观测量(边长、水平角)的粗差发现与定位。

3.采用不少于四个全站仪与棱镜通用的对中基座，对中基座相对不动，依次观测并迁站，消除了测站和前后镜站的对中误差。

附图说明

图1为现有技术中测站间距为120m的cpⅲ平面控制网

图2为现有技术中测站间距为60m的cpⅲ平面控制网

图3为本发明中测站间距为60m的cpⅲ平面控制网

图4为交会三角形示意图

图5为测站上全站仪、棱镜初态布置图

图6为测站上全站仪、棱镜迁移示意图

具体实施方式

下面具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

如图1-2所示为现有cpⅲ平面控制网，已在背景技术中作了详细说明，于此不再赘述。

本发明提供的一种增加铁路轨道控制网自由测站之间观测量的方法，包括以下步骤：

(1)、在左右线间沿线路方向间隔设定测站，每个测站si以其前后的左右线n对cpⅲ点以及前后的相邻测站(后测站si-1、前测站si+1)为测量目标，保证每个cpⅲ点至少被观测3次，每个测量目标均观测边长、水平角，本方案中左右线间沿线路方向间隔60m或120m设定测站，间隔60m时每个测站以其前后的左右线4(n＝4)对cpⅲ点以及前后的相邻测站共10个点为测量目标，如图3所示，测站s03的测量目标为cp01-08、后方的测站s02、前方的测站s04；间隔120m时每个测站以其前后的左右线6(n＝6)对cpⅲ点以及前后的相邻测站共14个点为测量目标。测量时各测站通过前后不少于2个测站与cpⅱ控制点联测，如图3中以测站s03为观测点时，通过后方的测站s02、前方的测站s04与cpⅱ控制点联测；

对前后的相邻测站测量方法为：各测站si以及向后临近的至少一个测站(后测站si-1)、向前临近的至少两个测站(前测站si+1、前前测站si+2)上设置棱镜、全站仪通用的对中基座，对中基座至少为4个且形成基座队列，测站si的对中基座上设置全站仪，测站前后相邻的两个对中基座(位于后测站si-1、前测站si+1)上设置棱镜，当测站si观测完毕后基座队列不动，将全站仪前方相邻的棱镜(位于前测站si+1)、全站仪(位于测站si)、全站仪后方相邻的棱镜(位于后测站si-1)依次分别向前迁移一个测站并与对应测站的对中基座固定，即此时全站仪位于前测站si+1、两棱镜分别位于测站si、前前测站si+2，以前测站si+1为观测点继续测量，以此重复，直至基座队列前方无空置的对中基座，此时将基座队列最尾端的对中基座移至基座队列前方，当基座队列前方无空置的对中基座时，将基座队列最尾端空置的1个或多个对中基座移至基座队列前方，再将全站仪前方相邻的棱镜、全站仪、全站仪后方相邻的棱镜依次分别向前迁移一个测站并与对应测站的对中基座固定，继续测量，以此重复，直至所有测站测量完毕。

如图5-6所示，以s03为测站(安置全站仪)，令后方的测站s02为后镜站，前方的测站s04为前镜站，测站s02-05处设有4个棱镜与全站仪通用的对中基座，测站s03的对中基座上设有全站仪，测站s02、测站s04的对中基座上设有棱镜，测站s05上的全站仪空置，当测站s03的全站仪测量完毕，4个对中基座不动，测站s02的棱镜、测站s03的全站仪、测站s04的棱镜均朝前移动一个测站，即测站s04的对中基座上设置全站仪，测站s03、测站s05的对中基座上设置棱镜，测站s02上的对中基座空置，以测站s04为观测点继续测量；当测站s05前方无空置的对中基座时，将测站s02上的对中基座移至测站s06，即测站s04上的全站仪、测站s03和测站s05上的棱镜可继续朝前移动，继续测量，以此重复，直至所有测站测量完毕。

对cpⅲ点测量方法为：在各测站si对应的cpⅲ点上设置棱镜，当全站仪架设于测站si的对中基座时，对cpⅲ点进行测量。

(2)、采用无定向角导线法计算各cpⅲ点的坐标，每个测站si与相邻的测站(后测站si-1或前测站si+1)以及二者之间的cpⅲ点构成交会三角形，通过步骤(1)中测量数据得到交会三角形的三边长度以及各测站si处的水平角γ、相邻的测站(后测站si-1或前测站si+1)处的水平角β；如图4所示，以测站s02为观测点，与测站s03(前测站)、cp03构成交会三角形，测站s02处的水平角为γ，测站s03处的水平角为β，cp03处水平角为α。

(3)、对测站si的水平角γ进行检核，检核步骤为：

以s02、s03和cp03组成的三角形为例，进行水平角检核。

β、γ为已知水平角(由测量得到)，β＝18°26′05.44″，γ＝18°26′04.56″；a、b、c为已知距离(由测量得到)，a＝60.0008m，b＝31.6236m，c＝31.6229m。

用α＝180-β-γ得到，α＝143°07′50″。

利用γ′＝cos^-1[(a²+b²-c²)/2ab]计算得到γ′＝18°26′06.07″；计算水平角γ的较差：δγ＝γ′-γ，则δγ＝1.51″。

，其中d＝(a+b+c)/3，md＝1mm，w″β＝2"，ρ″＝206265″，得到wγ″＝52.44″，

经判断本实施例中δγ≤w″γ，测站s02处水平角γ通过检核。

当δγ＞w″γ时，则水平角γ不能通过检核，可能含有粗差，需要对交会三角形的边长、水平角进行重测。

经试验，对于标准长度(780m)铁路轨道控制网，最大纵向(与轨道方向正交)坐标中误差仅1.4mm，比常规cpⅲ平面控制网提高了93.8％。