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高速铁路CPⅢ控制网平面观测粗差探测方法研究

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2011年第3期 ・北京测绘・ 高速铁路CP Ill控制网平面观测粗差探测方法研究 曾庆伟 陈钢 (1.陕西铁路工程职业技术学院,陕西渭南714000;2.中铁一局集团有限公司,陕西西安710000) [摘要] CPIlI控制网平面测量精度要求高、外业观测数据量大。如何进行CPⅢ控制网外业观测数据的粗差探 测并进行精度评定,是CP]lI控制网测量实践的重要内容之一。本文在充分研究CPIll平面控制网网形特点的 基础上,引中出CP111网纵横向较差的概念,并提出粗差检测方法。通过验证,该方法可以有效剔除含有粗差的 外业观测数据,提高CPⅢ网的可靠性和精度。 [关键词] CP111控制网;纵横向较差;限差;粗差探测 [中图分类号]P228.4 [文献标识码] A [文章编号] 1007—3000(2011)03—4 CPⅢ控制网平面测量采用全站仪自由测站边角 在图2中,A、B为两相邻的自由测站点,1~8号 交会法,以自由测站点至各CPIll点的斜距、天顶距和 点为CPⅢ控制点。以图2一a为例,自由测站点A、B 水平方向值为观测量,目前检核外业观测数据中是否 分别和CPⅢ控制点对(1,2)构成具有公共边的成对 含有粗差的方法较多,其中利用CPⅢ点对纵横向较 三角形。同样,自由测站点A、B可分别和CPIll控制 差进行粗差探测的方法,不仅结果可靠,而且简便易 点对(3,4)、(5,6)、(7,8)构成具有公共边的成对三 行,在测量实践中被广泛应用。 角形。 在充分研究CP llI平面控制网网形特点的基础 上,利用CPIll控制网自由测站点和CPIII点对组成的 多组具有公共边的三角形,探讨CPIlI网纵横向较差 8 4 2 o 的计算方法,并合理、客观地推算这些较差的限差,据 此对外业观测数据中是否含有的粗差进行检核,以确 保CPIlI网外业观测数据的质量。 o 1 CPIII控制网横向较差的组成及其计算 7 CPIll控制点按照纵向间距50~60m,横向间距 a相邻测站点A、B分别与CPⅢ点 10~20m的密度成对布设。全站仪自由测站边角交 对(1,2)组成的三角形 会法进行平面位置测量时,自由测站点问的间距一般 为120m,观测网形见图1。由图1可见,CPⅢ网的布 设网形规则且对称,网中所有控制点分布均匀,每个 2 CPⅢ控制点至少有3个方向的边角交会,即通过相邻 o 和相隔测站重叠观测多个CPⅢ控制点以获得测站间 的强相关性,这样可以确保相邻CP11I控制点具有较 高的相对精度。合格的CPIll网要求其相邻CPIll控 0 1 制点的相对点位中误差小于1mm。 b相邻测站点A、B分别与CPlll点 对(3,4)组成的三角形 图2两相邻测站点分别与任意一对CPⅢ点组成的三角形 由图1还可见,CPⅢ网中任意两相隔的自由测站 点和这两个测站重叠观测的两对CP 11I控制点,也可 图1 CPIII控制网外业观测网形 构成具有公共边的成对三角形,见图3: [收稿日期]2011—02—10 [作者简介] 曾庆伟(1984一),男,汉族,河南信阳人,大学本科,讲师。主要从事工程测量、航空摄影测量等方面的教学及研究工作。 12 ・北京测绘・ a相 测站点A、C分别 jCPIII点 对(5,6)组成的三角形 5 l3 l1 9 7 5 3 b卡日隔澳0站点A、C分5)0 tUCPIII点 图3两相隔测站点与这两个测站重叠 观测的CPlll点对组成的三角形 通过对图2和图3中构建的三角形图形的研究 可见,作为公共边的同一对CPIU点问距离,可根据自 由测站点至各CP111点的斜距、天顶距和水平方向值 等观测量,利用余弦定理可以分别计算。若各个测站 的观测值没有观测误差,则通过不同测站的观测值分 别计算的同一CPm点对问的距离应该相等,但由于 受到环境、仪器、人为等因素的影响,相邻ih由测站测 量的观测值计算的CPIU点对的横向距离一般不相 等。以图2一a为例,可以利用余弦定理分别计算 Js 和S ,由于同一对CPⅢ点的连线基本上与线路 方向垂直,因此这样的较差称之为CPm点对的横向 较差,CPm点对也称为横向点对。 现以图2一a中CPm点对(1,2)之问的横向较差 计算为例,介绍其计算方法。在三角形1A2中,设 1A2:o【,自由测站点A到CPHI点对(I,2)的水平 距离分别为S 和5 ,则CPm点对(1,2)的水平距 离 可通过余弦定理计算得到,即 Sl2=,/s。A一1+S A 2—2SA一1SA一2OOSO/ (1) 对式(1)取全微分并运用协方差传播律,可得到 S 本次测量的中误差m 为: = 冈 (2) S^1一SA2OOSOt S12 SA 2一S 1OOSOd 其中,s以m为单位;P=206265 ;m 、tn 、 m 可以根据全站仪的标称精度推算。 同理,在三角形1B2中,设/1B2=B,自由测站 点B到CPIII点对(1,2)的水平距离分别为5 和 s 。类似地按式(1)和式(2)也可计算出水平距离 s :及其中误差m ,,因此cPm点对(1,2)的横向较 差AS为 AS=S 一S。 (3) 则CPm点对(1,2)的长度相对误差K为 瓦 (51 2+Sl)/2 x l0 3(4) 2对式(3)运用协方差传播律,可得CPm点对(1, 2)的横向较差中误差m 为 m△s=±√ms. .+ms;, (5) 考虑到偶然误差的规律性,可取3倍中误差作为 CPIII点对(1,2)的横向较差的极限 误差,则CPllI点对(1,2)相对误差K的限值 取K限= ×10—3 以上图2一a为例,具体介绍用任意两个相邻测 站点测量的观测值,计算任意一CPIll点对横向较差 及其长度相对误差限差的过程。对于图3 {|任意蹦 个相隔的自由测站点和这两个测站重叠观测的两对 CPill点所组成的横向较差及限差也可按式(1)~武 (5)进行计算。 2 cPm控制网纵向较差的组成及其计算 与上述CPIll控制网横向较差的定义和■角形构 成类似,cPⅢ控制网中任意两相邻的自由测站点干¨ 被这两个测站重叠观测沿线路方向相邻的CPm点 对,也可构成多种不同的三角形图形,见图4。 a相邻测站点A、B分别与CPBI点对(1,3) 和(2,4)组成的二角肜 8 1 - 0 0 0 0 7 b相令B 0站点A、B分Jj1‘j^ cpm点对(3,5) 和(4,6)组成的j角形 2011年第3期 ・北京测绘・ 13 2 o 若各个测站的观测值没有观测误差的话,则通过不同 测站的观测值分别计算的两CPIlI点问的距离应该相 等,由于测量误差的影响,相邻自由测站观测值计算 的CPIlI点构成的公共边距离一般不相等。此时由于 相邻cPⅢ点间的连线基本上与线路方向平行,因此 c相邻测站点A、B分别与CPIII点对(5,7) 距离之差称为CPllI控制网的纵向较差。CP]II控制网 和(6,8)组成的三角形 纵向较差及其限差的计算方法与上述CPllI控制网横 图4两相邻测站点与沿线路方向 向较差及限差的计算方法一致。 相邻CPIII点对组成的三角形 3粗差探测方法 由图1还可见,CPⅢ网中的任意两个相隔的自由 上述可知,每个CPllI控制点至少有3个方向的 测站点和这两个测站重叠观测的沿线路方向的相邻 边角交会,CPIlI点与测站点间具有强相关性,即每一 CPⅢ点对,也可形成图5的两对不同的三角形。 组CPllI点对均被三个连续测站重叠观测,因此可以 利用观测值计算出每一组CPllI点对三个理论值相等 而实际值不等的距离值。在此基础上计算CP HI点对 的纵向较差或横向较差,每组CPⅢ点对可以分别计 算出三个纵向较差或横向较差及其相对误差。 在表1中列出京石客专某段CPIlI网外业观测数 据中一组cPⅢ点对的横向较差检测情况。由表1可 图5两相隔测站点与这两个测站重叠 观测的CPIII点对组成的三角形 见,在C079903与C079904两测站观测0799301和 0799302这一对CP IlI点的精度较好,而在C079904与 类似横向较差的图形分析可知,图4和图5中沿 C079905两测站和C079903与C079905两测站观测 线路方向相邻的cPⅢ点连线是两三角形的公共边, 这一组CP IlI点对的精度较差,据此可以推断出 C079905测站观测这一组CP IU点对时可能存在较大 误差,应重测该测站的外业观测数据。 表1 cPm控制网横向较差检测表 4 总结 本文在充分研究CP llI控制网网形特点的基础 参考文献 上,引申出CPⅢ网点纵横向较差的概念,并推导其计 [1]TB 10601—2009.高速铁路工程测量规范[S].北京: 算方法,利用CPIII网点纵横向较差的限差,进行CP 中国铁道出版社. Ⅲ网外业观测数据的粗差探测、定位和剔除超限的外 [2]刘成龙,杨友涛,徐小左.高速铁路CPIiI交会网必要 业观测数据并重测,可以有效地提高CPⅢ网的可靠 测量精度的仿真计算[J].西南交通大学学报,2008, 性和保证CP]II网的精度。在进行上述测量实践研究 43(6):718—723 过程中,是以标准CPⅢ控制网作为载体进行纵横向 [3]周东卫.应用智能型全站仪与PDA掌上电脑实现CP 较差的模拟计算,若CPIlI点对横向间距不是11m或 Ⅲ数据自动化采集[J].铁道勘察,2008(6):21—25 是非标准CPⅢ网(测站间距不是120m),如进入站场 [4]徐小左,刘成龙,杨友涛.无砟轨道精调中CPⅢ网点 之后,CPⅢ网的横向点对距离不再是11in,则此时CP 稳定性检测方法的研究[J].铁道工程学报,2008 Ⅲ网纵横向较差允许误差应该重新计算。 (9):21—25 (下转第30页) 30 ・北京测绘・ 获得某些成果,短暂调整休息,继续向新的目标(里程 碑)发起冲击…… 心,是一项创造性十足的工作。除以上提到的GIS软 件项目管理的四个特点外,GIS软件项目管理还包括 相对于一般的软件工程项目,GIS软件项目的里 程碑节点更丰富,设计也更细节,某些节点还直接关 系到整个工程的进展,必须精确化处理。如,需要专 门细化针对空间数据模型、空问数据库结构、空问数 据库访问、图层接口及控制、交互接口、集成框架等的 里程碑节点,这些里程碑节点有些比较密集,如数据 模型、空间数据库结构和空问数据库访问,相互间隔 可能仅以周为单位计算,但必须进行单独的细化,因 为它是整个GIS软件项目的基石,决定整个项目进展 的顺利与否,甚至成败。 从工程走向上看,对于稍显复杂的GIS项目,需 其他一些特点,如应对需求变化对计划与实施产 的 影响;避免关键时段人员变动导致的开发进程的稚 痪;密切与测绘主管部门的联系,确保数据获取按汁 划执行等等。 本文的重点在于结合GIS软件项日管理实践,埘 GIS软件项目管理的特点进行详细剖析,希掣能为 GIS软件工程的组织与实施提供借鉴和参考。 参考文献 [1]郑人杰.软件_L程(高级)[Mj.J匕康:消华人 :Ⅲ版 社,1999:425—440. 求阶段虽不能完全明晰用户的功能要求,但一定要结 合用户的业务模型和多次的交流,理清空间数据需 求,这点在GIS项目开发中非常重要。在随后的概要 没计、详细设计中,对数据模型、空间数据库结构等重 要里程碑节点的走向,原则上要坚决遵守,因为这种 [2]吴振海.软件项目管 中的关键 索分析 I:究[J1. 项I:1管理技术,2008(z1):351—353. [3]胡晓婷,王小林.软件项H管 的六人 索[J I.汁钟: 机与数字:[程,2006 34(5):140一l43. [4]胡海梅,赵志等.基于信息系统的软件项¨僻 [J]. 黑龙江科技信息,2009(8):85—85 [5]_马君.什么是IT项日管 [J].软什J 帅,2005 (1):26—28. 走向代表了问题域的逐次深入解决,相互间具有顺承 关系。 3小结 GIS软件项目管理作为实施GIS软件工程的核 Characteristic Analysis of GIS Software Project Management LI Ai—guang LI Chong—xiang (Institute of Surveying and Mapping,Information Engineering University,ZhengZhou,Henan 450052,China) Abstract:Software project management is the core of software project implement.geo—spatial environment is the study ohjcct of GIS software,geo—spatial datum is multidimensional and geographic methods are complicated.So GIS software projcct manage— ment is of its own characteristic.Based on the practice,this paper analyze the characteristic of GIS software projeel inaaagc rnerd in detail,the conclusion can be helpful or referenced to GIS software project managers. Key words:software engineering;GIS;software project management characteristic;geo—saptial (上接第13页) Research of Probing Error for High Speed Railway cP m Control Network Plane Survey ZENG Qing—wel CHEN Gang (1.Shanxi railway institute,Weinan,Shanxi,714000,China;2.china railway first group corporation,Xiaan,Shahxi710000,Chi rm) Abstract:The CPⅢcontrol network has the characteristics of bigb precision as well as]arge amounts of fieht ot)servatinn data.So how to evaluate the precision and detect the gross error of field observation data for the CPⅢcontrol network is one of the inq)or— tant contents in theoretical study and practice of measurement for the CP m control network.On the basis of being acquainted with the characteristics of the cpm control net form.The paper presents the concept of the longitudinal and lateral diferencc for the CPⅢnetwork.also discusses how to properly probe error for the cPm control network plane survey.it’S practicable by Inca[is ol’ experiment,can eliminate and resulTey field measurement with gross errors to improve the precision and strengthen reliahility of the CP III network. Key words:cp m control network;longitudinal and lateral difference;tolerance;gross error detection 

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