任务14-1：高速铁路轨道CPIII控制测量学习指南
一、概述
学习单元
项目12: 高速铁路轨道测量
任务12-1: 高速铁路轨道CPIII控制测量
学时
讲课2h，实作（课内2h,课外6h)
学习目标
通过案例教学使学生学会高速铁路轨道CPIII控制测量的程序、内容、技术要求及实施；会编写高速铁路轨道CPIII控制测量技术设计及技术总结。
主要内容描述
高速铁路轨道板精调时，通常设计单位与施工单位要在轨道双侧布设CPIII控制点其实施过程——制定CPIII测量方案——实施外业数据获取任务——检核复测结果的正确性——内业成果处理——检查观测结果正确性——CPIII测量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高速铁路轨道CPIII控制测量工作。
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《津秦高铁CPII控制桩复测作业指导书》案例
④《工程测量规范》、《GPS测量规范》、《高速铁路设计文件》、CPIII后处理软件.
项目保障条件
教学条件要求
①多媒体教室；
②任务12-1PPT
③CPIII内业处理软件
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
⑥TC1201+或TC2003智能全站仪、电子水准仪使用说明书及操作视频
⑦高速铁路CPIII控制桩复测及加密技术设计书（案例）
⑧高速铁路CPIII控制桩复测及加密技术总结（案例）
实训条件
①TC1201+或TC2003智能全站仪4台；
②天宝或徕卡电子水准仪4台；
③4公里CPIII线路控制桩实训场；
学习重点与难点
1.学习重点：
①高速铁路CPIII控制桩的测量方案的制定；
②高速铁路CPIII平面控制桩测量实施、计算及精度评定；
③高速铁路CPIII高程测量实施、计算及精度评定；
④编写CPIII控制桩复测报告。
2.学习难点：
①高速铁路CPIII平面控制桩测量实施、计算及精度评定；
②高速铁路CPIII高程测量实施、计算及精度评定。
教学方法建议
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CPIII控制桩的复测计划及方案；
2.撰写CPIII控制桩复测报告。
二、任务书
任务14-1
高速铁路轨道CPIII控制测量
任
务
已
有
资
料
模拟线路控制桩CPI平面布置图；
CPI平面布置图；
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
加密点CPII平面图
CPIII平面图
CPI/CPII
CPI/CPII
CPIII
设站点
先施工作业区
后施工作业区
搭接段CPIII(约180m)
任务要求
6人一组，每组在高铁CPIII测量模拟实训场完成500米CPIII测量任务
技术要求
（1） CPIII外业控制限差
控制网等级
仪器等级
测回数
半测回归零差
同一测回2C互差
同一方向方向值组差
2C误差
距离较差
CPIII
0.5″
3
6″
9″
6″
15″
1mm
1″
4
6″
9″
6″
15″
1mm
（2）CPIII控制网计算精度要求
控制网名称
测量方法
方向观测中误差
距离测量中误差
同精度复测较差限差
相对点位精度
CPIII平面网
自由测站边角交会
±1.8″
±1.0mm
±3.0mm
±1mm
（3）CPIII联测精度要求
控制网名称
与CPI、CPII联测
与CPIII联测
距离中误差
点位
中误差
方向改正数
距离改正数
方向改正数
距离改正数
CPIII平面网
3″
3mm
2.5″
1.4mm
1mm
1.4mm
（4）CPIII高程测量要求
等级
路线长
水准仪等级
水准尺
与已知点联测
环线观测
CPIII精密水准
2Km
DS1
铟瓦
往返
单程
（5）CPIII高程测量精度要求
水准测量等级
每千米水准测量偶然中误差MΔ
每千米水准测量全中误差MW
限差
检测已测测段高差之差
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
CPIII精密水准
2
4
12
8
8
4
（6）CPIII外业观测限差要求
前后视距差
视线高度
两次读数之差
两次读数所测高差之差
2mm
0.3mm
0.5mm
0.7mm
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CPIII平面及高程点测量方案；
④分组实施CPIII平面及高程外业观测；
⑤CPIII内业处理；
⑥技术总结
仪器与工具
leica1201+1台；天宝 DINI03 型号电子水准仪1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
CPIIII平面
CPIII高程
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 CPIII的平面测设方法
CPⅢ控制网应采用自由设站边角交会法施测。CPⅢ平面网应附合于CPⅠ、CPⅡ控制点上，每600m左右应联测一个CPⅠ或CPⅡ控制点，当CPⅡ点位密度和位置不满足CPⅢ联测要求时，应按同精度扩展方式加密CPⅡ控制点。经典控制网形如下图所示：
CPⅢ控制点测量方法及与上一级控制网的关系：
在自由站上测量CPⅢ的同时，将靠近线路的全部CPⅡ点进行联测，纳入网中。应确保线路两侧200m范围内可视的CPⅡ控制点密度达到400m～800m，否则应按同精度加密CPⅡ控制点。按同精度加密的CPⅡ点可设置在桥梁的固定端或路基上。
CPⅢ点与CPⅡ点联测须置镜于CPⅡ点后视与其通视的CPⅡ点，CPⅡ点采用与CPⅢ点一致的棱镜，CPⅡ点联测时至少与一对CPⅢ点进行联测，有可能时应尽可能多的联测CPⅢ点，联测长度控制在150-200米之内。也可在自由设站观测站上直接联测CPⅡ点，联测不少于两个自由站。
每个CPⅢ测量组中需使用同一种棱镜（包含联测CPⅡ等控制点），并做好棱镜常数等参数的设置工作。
自由设站的设站距离为120米时，每个自由设站应观测12个CPIII点，全站仪前方和后方各6个（3对）CPIII点，每次测量应保证每个CPIII点被测量3次以上。
距离测量要求：盘左盘右分别对目标点进行距离观测，取盘左盘右的中数作为一测回观测值，测回数应与方向观测数相同。
起算数据联测：应与3个以上CPI、CPII控制点进行自由设站联测，最少观测3个测回数据。
（1）CPIII外业控制限差
控制网等级
仪器等级
测回数
半测回归零差
同一测回2C互差
同一方向方向值组差
2C误差
距离较差
CPIII
0.5″
3
6″
9″
6″
15″
1mm
1″
4
6″
9″
6″
15″
1mm
（2）CPIII控制网计算精度要求
控制网名称
测量方法
方向观测中误差
距离测量中误差
同精度复测较差限差
相对点位精度
CPIII平面网
自由测站边角交会
±1.8″
±1.0mm
±3.0mm
±1mm
（3）CPIII联测精度要求
控制网名称
与CPI、CPII联测
与CPIII联测
距离中误差
点位
中误差
方向改正数
距离改正数
方向改正数
距离改正数
CPIII平面网
3″
3mm
2.5″
1.4mm
1mm
1.4mm
1.1与后方交会的区别
CPIII的观测采用的是自由测站边角交会，在具体的操作上与常见的后方交会非常相似，但我们应从以下几个方面掌握CPIII观测与后方交会的不同：
1、方法不同：CPIII观测的目的是获取被测目标点的精确坐标位置，特别精密的点间位置关系；而后方交会原是指角度交会测量。测站点与被观测的已知点有较严格的图形控制条件
2、被测点的性质不同：CPIII观测中的被测点主要为未知坐标点，并按要求联测已知坐标点；而后方交会中的被测点均为已知坐标点；
1.2分区段观测及相邻测段搭接测量的要求
1、区段的定义：在上一级控制网点约束下进行本次平差计算的CPII网的I范围；
2、CPIII平面、高程控制网可分区段进行观测和计算，区段长度不宜短于4km；
3、CPIII控制网两端必须起止于上一级控制网点，应保证有三个连续的自由设站与上一级控制点联测；
4、水准与上一级控制点联测的数量不得少于3个；
5、区段与区段间，至少有4对(8个)CPIII点作为公共点，公共点在两个区段均要观测、计算，单独平差计算的成果应满足CPIII的精度要求；
6、公共点在两区段的平差计算成果(X、Y、H)较差应小于2mm；
7、在上述要求达到后，还要再次对后一区段的CPIII网数据进行平差，除使用上一级控制点作约束外，还应至少使用1个前一区段的公共点作为约束，使其他公共点两区段的坐标差小于1mm；
8、公共点的坐标采用前一区段的平差计算成果；
区段间搭接的观测示意图如下图所示：
CPI/CPII
CPI/CPII
CPIII
设站点
先施工作业区
后施工作业区
搭接段CPIII(约180m)
2. CPIII高程测量
CPIII高程测量的经典网形如下图所示：
外业测量时，左边第一个闭合环的四个高差应该由两个测站完成，其他闭合环的三个高差可由一个测站按照后-前-前-后或前-后-后-前的顺序测量。
（1）CPIII高程测量要求
等级
路线长
水准仪等级
水准尺
与已知点联测
环线观测
CPIII精密水准
2Km
DS1
铟瓦
往返
单程
（2）CPIII高程测量精度要求
水准测量等级
每千米水准测量偶然中误差MΔ
每千米水准测量全中误差MW
限差
检测已测测段高差之差
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
CPIII精密水准
2
4
12
8
8
4
（3）CPIII外业观测限差要求
前后视距差
视线高度
两次读数之差
两次读数所测高差之差
2mm
0.3mm
0.5mm
0.7mm
CPⅢ高程测量分段方式与CPⅢ平面测量分段方式一致，每段长度不宜少于4km，前后段接边时应联测另外一段2对CPⅢ点。区段之间衔接时，前后区段独立平差重叠点高程差值应≤±3mm。满足该条件后，后一区段CPⅢ网平差，应采用本区段联测的线路水准基点及重叠段前一区段连续1～2对CPⅢ点高程成果进行约束平差。
（4）水准高程上桥的特殊方法
当桥面与地面间高差大于3m，线路水准基点高程直接传递到桥面CPⅢ控制点上困难时，可采用不量仪器高和棱镜高的中间设站三角高程测量法传递，观测两遍，且要求仪器变换仪器高，每次要求手工观测四个测回。
中间设站三角高程测量方法
就是在没有仪器高和棱镜高量取误差的情况下，求出点A和点B的高差。其测量原理，见下图所示。
不量仪器高、棱镜高的中间设站三角高程测量原理示意图也可在同一侧设置观测点，如下图所示。
中间设站三角高程测量的主要技术要求，应满足下表的要求。测量中，前后视必须是同一个棱镜。观测时，棱镜高不变；仪器与棱镜的距离不宜大于100m，最大不应超过150m。前、后视距应尽量相等，一般距离差值不宜超过5m。观测时，要准确测量温度、气压值，以便进行边长改正。
竖向测距高程传递法
就是通过泄水孔，使用全站仪在垂直竖向进行精密测距，从而获得高程传递的方法，其观测示意图如右图所示：
先在泄水孔正下方投影P点，并在P点四周以精密水准确定四个水准点，以后方交会形式获取P点处仪器中心高程，再旋转仪器至天顶方向，对泄水孔处的球棱镜进行观测，以获得球心的精密高程。
对向三角高程测量法
观测示意图如下：
3. CPIII建网的平差要求及注意事项
CPⅢ点的平面数据处理软件采用铁道部评审通过的软件，测站平差报告应标明控制等级、观测仪器、棱镜类型、天气、观测日期和时间、观测者、记录者、检查者等信息，应正确标明观测量的差值和限差指标。测站平差报告应有文本和表格两种文件形式。
测站平差的成果应能满足平差软件直接读取数据的格式要求。平差前应对联测的已知点进行兼容性判断，采用拟稳平差和地面控制点复测数据综合评判的方法。对不兼容的已知点应进行外业复核，并对成果进行修正。平差计算后的未知点点位中误差±≤1.4mm，相邻点相对点位中误差±≤1mm。对验后单位权中误差、观测值改正数与精度应进行检核，验后单位权中误差≤±1.8″，角度观测值改正数≤2.5″，距离改正数应≤±1.4mm。
跨带处理：该区段的CPIII平面网应在两侧的投影带中分别进行约束平差计算，并提供左右两投影带的CPIII平面网成果，此时两套成果均应满足规范要求的精度。
CPⅢ高程网外业观测成果的质量评定与检核的内容，应该包括：测站数据检核、水准路线数据检核，当CPⅢ水准网的环数超过20个时还要进行每千米水准测量的高差全中误差的计算。CPⅢ高程网内业平差计算和基础控制资料的选用，应满足下列原则：
1）CPⅢ高程网水准测量的外业观测数据全部合格后，方可进行内业平差计算。
2）CPⅢ高程网采用联测的稳定线路水准基点的高程作为起算数据进行固定数据平差计算。