0  引言

高速铁路隧道段CPⅡ网主要以交叉双导线网或全导线网的方式进行布设，其数据质量主要受基准点数据误差^[1]、平差模型误差^[2-4]以及观测值数据（主要是观测值含有粗差）等方面的影响。在实际的工程测量数据处理中，通常依靠约束网平差得到的各项精度指标来判别基准数据的精度，缺少理论支撑；不合理的数据预处理策略，会使平差模型存在较大的模型误差，最终得到的平差结果较差；利用现行的商业软件采用的方法^[5-7]进行观测值粗差检核具有较大的随机性，不利于发现观测值中的小粗差。正是因为存在着这些问题，所以需要开展CPⅡ导线网的观测数据预处理策略研究、基准点数据误差的影响研究、最小独立闭合环集检索等相关的基础理论研究。本文采用C#语言研制一套高速铁路CPⅡ导线网仿真系统，为开展以上CPⅡ导线网基础理论研究提供数据基础。

1  CPⅡ导线网的构建方法

高速铁路CPⅡ网在线路定测阶段建立，并采用GNSS技术或高精度全站仪进行建网测量^[8]。路基、桥梁段的CPⅡ控制网采用GNSS技术边联结方式进行构网，形成由三角形或大地四边形组成的带状网，并与CPⅠ点联测构成附合网，沿线路走向每600~800m布设一个CPⅡ点，且要求布设在距线路中线50~200m、不易受施工干扰、点位稳定可靠利于施测的地方；而在隧道段的CPⅡ网是通过高精度全站仪进行建立的导线网，沿隧道中线每300~600m布设一对CPⅡ点，一般布设成交叉双导线网或全导线网的形式。 

2  CPⅡ导线网仿真系统设计

2.1　CPⅡ导线网观测数据的仿真

本文主要对导线网的偶然误差进行仿真，并添加至CPⅡ导线网的观测值中。根据《高速铁路工程测量规范》中的要求，高速铁路隧洞内的导线网应采用标称精度不低于（1″，2mm+2ppm）的全站仪进行施测。由于在高速铁路隧洞内导线网测量采用不同精度的仪器进行观测所产生的偶然误差的大小是不一样的，因此，本文根据所选择的测量仪器的标称精度来确定观测值偶然误差的小大。并且考虑到高速铁路CPⅡ网属于边角同测网，则在观测数据中存在测角误差和测距误差两个不同量纲的误差。

仪器的测距中误差^[9]由下式1所示。

式中，表示仪器标称精度的固定误差（单位为mm）；表示仪器标称精度的比例误差系数（单位为mm/km）；表示仪器测量时的水平距离（单位为km）。

本文所设计的仿真系统采用上述的Box-Muller算法编写一个服从正态分布，平均值为0″，标准差为σ（σ为仪器标准精度的测角中误差，单位为″）的函数来为测角观测值添加测角误差；用Box-Muller算法来编写一个服从正态分布，平均值为0mm，标准差为测距中误差的函数，并用此函数为距离观测值添加测距误差。

2.2  仿真系统的开发

文本采用C#编程语言实现仿真系统各项功能，C#是运行于.NET Framework之上的一种编程语言，它也是一种面向对象、面向组件、可以实现在多种计算机平台上解译、跨平台语言的高级编程语言，它具有类型齐全、语言结构化和易于学习的特点，并且很好地综合了VB的可视化操作和C++高运行效率。

根据上述CPⅡ导线网的开发和设计需求，所设计仿真系统的主界面有“文件”、“计算”和“关于”三个菜单栏：“文件”菜单主要包括导入数据文件和保存计算结果两个功能；“计算”菜单有计算叉双导线网仿真观测数据、计算交叉双导线网真值观测数据、计算全导线网仿真观测数据以及计算全导线网真值观测数据4个计算功能；“关于”菜单是对软件的介绍和提供操作指南。主界面还设有“保存原始数据”、“保存计算结果”和“清除计算结果”三个控件，为大量仿真实验提供更快捷的操作。同时，为了能够与输入的数据和计算的结果进行交互，主界面设有两个富文本框：左侧富文本框显示CPⅡ导线网仿真系统计算所需要的数据，右侧富文本框显示仿真系统计算观测值数据的结果，可以在主界面上对两个富文本框进行手动写改数据。程序的主界面设计如下图1所示。

图1 CPⅡ导线网仿真系统主界面

下面分别对“文件”菜单和“计算”菜单的设计做简言介绍。“文件”菜单有“文件导入”、“导出计算结果”两个文件操作功能，还有一个“退出程序”的附加功能。程序将“导入数据文件”和“导出计算结果”的文件格式设计为后缀名为.txt文本文档。

CPⅡ导线网仿真系统的计算主要是对全导线网和交叉导线网两种网形的观测值数据进行计算，观测值数据又分为仿真值数据和真值数据两种。仿真值数据是根据CPⅡ导线网的设计坐标和的全站仪的参数计算得到，而对于真值数据的计算，只需在计算机编程实现时将全站仪的各项参数设置为0即可。由于全导线网和交叉双导线网仅是在施测时有观测数据多少的区别，因此根据全导线网的网形特点和计算交叉双导线网观测值数据类似的方法就可实现对全导线网观测值数据的计算。

3  结论

在我国高速铁路快速发展的背景下，成套的精密工程测量数据质量控制技术显得尤为重要。本文根据CPⅡ导线网的网形及其观测数据的特性，对CPⅡ导线网进行仿真分析，并采用计算机编程语言建立了一套完整的CPⅡ导线网仿真系统。将本文所设计的CPⅡ导线网仿真系统进行相关应用，可以为CPⅡ导线网相关的数据质量控制研究提供必要的数据。

参考文献：

[1] 卓健成，董振淑，赵秀清等.原始数据误差对工程测量多级平面控制网精度的影响[J].西南交通大学学报，1985，（1）：1-12.

[2] 胡圣武.测量平差模型误差对平差结果的影响[J].测绘科学，2013，38（3）：54-56.

[3] 陶本藻.现代平差模型及其应用[J].南京信息工程大学学报·信息科学版，2009，（1）：27-31.

[4] 张朝玉，陶本藻.平差系统的模型误差及其识别方法研究[J].武汉大学学报·信息科学版，2005，49（10）：897-899.

[5]闫广峰.高速铁路轨道控制网测量数据质量控制研究[D].成都：西南交通大学，2019.

[6]白征东.GPS网中最小独立闭合环的自动搜索[J].测绘科技动态，1994，19（2）：18-21.

[7]赵一晗，伍吉仓.控制网闭合环搜索算法的探讨[J].铁道勘察，2006，32（3）：12-14.

[8]冯琰，张正禄，罗年学.最小独立闭合环与附合导线的自动生成算法[J].武汉测绘科技大学学报，1998，23（3）：255-259.

[9] 张正禄.工程测量学[M].武汉：武汉大学出版社，2017.