CPIII控制网测量系统

CPIII控制网测量系统是为高速铁路轨道施工所使用的CPIII控制网的建网、数据采集等作业而开发的测量系统，包括：球型棱镜组、CPIII观测数据采集机载软件等。

　　CPIII控制网测量系统，在位于哈尔滨成高子火车站内的铁道部科技司和工程管理中心的主持的严寒地区无砟轨道板实验段内，采用我们的球型棱镜组建立CPIII控制网标志，并使用CPIII观测数据采集机载软件进行自由设站、边角联合、多测回正倒镜的观测，共完成了22个CPIII点标志安装以及平面和高程控制网的观测，通过内业平差计算、使用西南交大测量工程系与铁二院合作开发的经过铁道部科技司评审鉴定的《无砟轨道CPⅢ网数据处理系统软件(CPⅢ Data Adjustment Software)》进行CPIII平面控制网的平差计算和CPIII高程控制网的平差计算，最终得到CPⅢ控制网的三维坐标。平面坐标相对点位中误差和高程点位中误差均满足《客运专线无砟轨道板铁路工程测量暂行规定》中1mm的精度要求，各CPIII的平差坐标成果是可靠的。

　　在高速铁路的修建过程中，不论是线路中线放样、底座混凝土钢模放样方案、凸形挡台钢模放样、轨道板调整还是最终的钢轨调整，都必须使用设计线路的坐标参考系。设计线路的坐标参考系是由建立在线路附近的一些控制参考点确定，这些控制参考点的坐标位置由上一级的控制参考点传递。使用这些控制参考点进行自由设站后方交会，就可以地获得全站仪设站坐标和方位。

　　无砟轨道板施工过程中所使用的控制参考点是CPIII控制网(点)，CPIII控制点将在线路施工过程中被反复使用，控制网的坐标精度决定了后面的无砟轨道板施工中各个工序的测量和建造精度。在CPIII的建网及后面的坐标传递过程中，将面临两大问题：1) 如何由上一级CPII控制网(点)在线路设计坐标系中地得到CPIII的位置坐标;2)如何在后面的施工过程中再次地传递这些CPIII的坐标。

　　要地得到CPIII的位置坐标以及在施工过程中多次重复传递这些坐标，要求CPIII标志装置具有高性和高重复性。CPIII标志装置一般由固定在线路两侧的底座支架和反射棱镜组成。

　　目前国内使用的CPIII反射棱镜均采用常规圆棱镜。常规圆棱镜由：玻璃体、棱镜框、横轴(水平轴)、竖轴(垂直轴)、U型架、棱镜座等部件组成，常规圆棱镜可绕水平轴(即棱镜横轴)俯仰转动，也可在测量时绕垂直轴(即棱镜竖轴)转动。理论上要求棱镜无论怎样转动横轴和竖轴的中心延长线必须交于一点，测量光反射中心也要交于这一点，即机械旋转点和测量点始终保持一致，不会产生水平和垂直移动，但实际加工出的圆棱镜很难做到。这样圆棱镜就带入了自身的误差，互换使用后的误差就更大。

　　在对目标点进行观测时，实际上就是观测代表目标点的棱镜中心。任何目标点都存在需要从不同的位置对它进行观测的要求。要实现多个角度观测并不难，只需要棱镜能旋转就可以实现，常规圆棱镜当然也能旋转，但是常规圆棱镜在棱镜各向异性要求上(从同一位置对以不同的上、下、左、右小角度偏转的棱镜进行测量，所获得的棱镜中心的三维坐标值的差异)鲜有涉足，当旋转后圆棱镜中心代表的实际测量的物理中心位置就很难保证一致。

　　需要具有高程值的目标点除了使用全站仪进行平面坐标测量外，还需要使用水准仪进行的目标点高程测量，水准尺不可能立在棱镜的中心点位置来测量，为了保证水准测量的高程代表棱镜中心的位置，实际施工中多采用在圆棱镜底座上加装水准气泡的办法让圆棱镜竖轴铅垂，在进行高程水准测量时拿掉棱镜，直接在底座支架上立尺，获得的高程后加上棱镜中心位置到底座支架的定长即是棱镜中心位置的高程。

　　因此，使用传统圆棱镜来代表目标点的测量装置，不仅构造复杂，使用麻烦，稳定性差，而且安装过程需要对中、整平，调整的准确性完全依赖人工水平和装置的可靠重复性。因而每次重新安装到位后的棱镜中心并不是同一物理位置。目前国内高速铁路CPIII标志装置在进行建网时，为了提高观测精度，往往采用价格昂贵的进口金属圆棱镜，但是实际施工作业中，又是采用普通的圆棱镜，这样很难做到再重复CPIII建网时的棱镜中心的物理位置。

　　为了克服传统的CPIII标志装置存在的缺陷，提高CPIII控制网的精度，方便CPIII控制网观测操作，同时保证建网和施工后方交会时保持相同的物理条件，我们研制的CPIII控制网测量系统，采用球棱镜代替常规圆棱镜(具体可参考关于用球棱镜组取代传统的园棱镜组作为CPIII的标志)，并直接在全站仪上开发了 CPIII自动观测机载软件CPMeas，替代了通常使用的全站仪+专用电子手薄的方法，简化了CPIII测量设备，节约了专用电子手薄购置使用费。