高速铁路测量系统 >> CP球棱镜

产品编号： 2217121716

产品名称： CP球棱镜

规格：

产品备注：

产品类别： 高速铁路测量系统

产 品 说 明

CP网是高速铁路轨道施工的基础控制网，没有高精度稳定的CP网，就不可能建成合格的高速铁路 CP球棱镜组标志体系：

完全摆脱了现在通用的圆棱镜的束缚

测量中心严格位于球心

基于简单几何原理的对中概念

CP球棱镜组标志体系：

埋没简单易行，普通熟练工胜任;

重复设置极其简单，无需对中，无需整平，自定心；

高可靠的重复设置精度，无需维护；

适用于任意方向的观测；

平面和高程观测严格归心，使用同一装置；

可以十分方便地埋设在接触网电杆、放撞墙、边墙上 ；

使用效果远优于进口反射棱镜标志组，价格便宜。

用球棱镜组取代传统的园棱镜组作为CPIII的标志

采用球型棱镜取代常规圆棱镜，从根本上免除了棱镜对中和整平的工艺过程，而且提高了棱镜的各方向获取数据的同一性，将高程测量与平面测量统一到相同物理基准上。这不但是对高速铁路精密定位测量的目标器件的重大革新，而且是对整个精密工程测量的目标器件的重大革新，有着十分广阔的应用领域。

在轨道板精调施工中，棱镜缺一不可。无论是 CPIII 建网时或是全站仪通过 CPIII 目标点进行自由设站，棱镜重复安装的实际物理位置的同一性和测量精度将直接影响终的调整精度，所以研发一款高精度并且使用方便、结构简单的棱镜组是高铁施工的迫切需要

1） 高铁施工中传统圆棱镜的缺陷

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，如图 3 所示。常规棱镜可绕水平轴（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。

图 3 常规、传统棱镜

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。 而在高铁线上工程施工中首先需要就是建立 CPIII 网，观测的方法决定了放置在某个 CPIII 点上的棱镜需要多次重复安装和对准不同的方向设站的全站仪进行距离和角度的测量。 这是原来测量中很少遇到的情况，而CPIII 网的相对精度和精度都是原来铁路测量没有或少有的；CPIII 点上的棱镜的工作状况就决定了对棱镜及其安置方式提出了新的技术要求。

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高程，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，而且安装过程需要首先在防撞墙或临时基桩上打孔预埋不锈钢轴套，使用时用与之配合的螺杆或者轴旋入或插入预埋的轴套中， 再在螺杆或轴的另一端插入普通园棱镜，平面测量完成之后，再插入一根更长的螺杆或轴来配套承载水准测量的水准尺；如此棱镜组一是每次安装棱镜不可能保证可靠的重复性。二是棱镜中心的平面坐标与水准测量的高程值也难以高度统一。如下图所示

而且在实际工作过程中，常常由于轴杆或者螺杆的碰损等原因，使它无法顺利地插入或者旋入预埋的轴套中。

球棱镜目标组

2) 球型棱镜的优点

当一个实体的球，安放在与它相切的空心的圆柱体套管上时，不论怎样放置和旋转，球心的位置将始终保持不变，而且始终在圆柱体的中轴线上。

通过巧妙的加工工艺和定位角偶， 可以保证球棱镜中的玻璃棱镜体的反射中心与外壳形状为球体的球心准确重合。

安放球棱镜的中空圆柱筒是用不锈钢制作的， 只要求与球棱镜相切的圆柱筒上顶面平直而且内径是一个标准的圆形即可。在防撞墙的上顶面每隔 60 米左右向下钻孔，钻孔的孔径大于安放球棱镜的中空圆柱筒的外径，深度大于中空圆柱筒的长度，在孔内灌入快干砂浆或者锚固剂，将中空圆柱筒插入孔中、使中空圆柱筒的顶面略高于（1-2mm）防撞墙的上顶面即可，待砂浆或锚固剂稳定凝固后，就可以使用了。

在路基段可以先在接触杆的基座边上建造一根直径为 120mm 左右，高度为500mm 左右的钢筋混凝土临时基桩，在基桩上顶面中心预埋安放球棱镜的中空圆柱筒，方法要求与上同。

在隧道内可以将安放球棱镜的中空圆柱筒垂直预埋在边沟外侧距离边墙 50mm左右的地方，方法要求与上同。

这样球棱镜就可以十分方便地放置在垂直预埋的不锈钢圆柱筒上， 无论怎样放置和旋转球心始终保持不动，实现了CPIII网对棱镜组的特殊要求。 经过工艺控制和高精度加工的球棱镜的外经公差可以保证在 0.02-0.03mm, 球棱镜的反射中心与球心的重合度可以控制在 0.05-0.08mm。也就是反射中心与球心的不重合性将在 0.1mm 左右。这样的反射器的精度在精密空间三维定位上是完全可以满足要求的。

在进行球型棱镜中心高程水准测量时， 只需直接在球型棱镜球顶位置立上水准尺即可测量， 因为球型棱镜的结构决定了球型棱镜无论何种姿态下立尺于球顶获得的高程与测量球棱镜中心获得高程之差都是一定值， 该定值为球型棱镜的半径，通过该差值即可方便的获得球型棱镜中心所代表的测量点的高程。 以球型棱镜作为目标点， 不需要依靠水泡进行整平， 不需要对中， 安放快捷，不会引入水泡误差， 各向异性有保障。而且其市场投放价格也低于传统圆棱镜目标组。它的应用将对多次使用CPIII 点，在不同的方向和高度上观测CPIII 点，而能够保证观测的是几何意义上的同一点起到革命性的变革。