高速鐵路測(cè)量平面控制網(wǎng)構(gòu)建思路研究

　　摘 要：為了適應(yīng)高速鐵路高速行車的平順性和舒適性的要求，高速鐵路軌道必須具有較高的鋪設(shè)精度，甚至精度要保持到毫米級(jí)范圍內(nèi)。本文基于筆者多年從事鐵路控制測(cè)量的相關(guān)工作經(jīng)驗(yàn)，以筆者參與的某高速鐵路控制測(cè)量為研究對(duì)象，探討了高速鐵路測(cè)量控制網(wǎng)技術(shù)，論文首先分析了測(cè)量工程的概況，進(jìn)而給出了測(cè)量平面控制網(wǎng)的實(shí)例，全文是筆者長(zhǎng)期工作實(shí)踐基礎(chǔ)上的理論升華，相信對(duì)從事相關(guān)工作的同行有著重要的參考價(jià)值和借鑒意義。
　　關(guān)鍵詞：測(cè)量 平面控制測(cè)量 基線解算 精度分析
　　中圖分類號(hào)：P2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791(2011)10(c)-0000-00
　　
　　為滿足某段高速鐵路客運(yùn)專線無碴軌道施工、運(yùn)營(yíng)以及后期復(fù)測(cè)和維護(hù)需要，保證高速鐵路運(yùn)營(yíng)的高平順性，按照分級(jí)布網(wǎng)、逐級(jí)控制的原則，在該段鐵路客運(yùn)專線全線建立高精度的平面和高程控制網(wǎng)。下面主要針對(duì)嚴(yán)格按照技術(shù)規(guī)范獲取的某高速鐵路控制測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析，研究高速鐵路精密控制網(wǎng)測(cè)量的方法和技術(shù)。
　　1勘測(cè)設(shè)計(jì)階段控制測(cè)量工程概況
　　1.1己有測(cè)量成果
　　該段勘測(cè)設(shè)計(jì)工作開始，既有工程控制測(cè)量數(shù)據(jù)資料情況如下：
　　國家A、B級(jí)GPS點(diǎn)12個(gè)，間隔為50km左右，各點(diǎn)基本與既有二等水準(zhǔn)路線公用，分別為B1215、B1218、B1219、B1233、B1235、B1238、B1239、B1256、B1258、B1278、B1280、B1282。
　　1.2 施工坐標(biāo)系選擇
　　在觀測(cè)過程中，聯(lián)測(cè)上述點(diǎn)，進(jìn)行基準(zhǔn)網(wǎng)的測(cè)設(shè)。施工坐標(biāo)系統(tǒng)均采用2000 國家大地坐標(biāo)系橢球參數(shù)：a=6378137m、f=1/298.257222101，坐標(biāo)系的分界處一般都選擇在直線段且不在隧道或站場(chǎng)范圍內(nèi)；不在曲線上；同一隧道范圍內(nèi)一般不采用兩個(gè)不同的施工坐標(biāo)系；隧道與曲線連接的段落，坐標(biāo)系不能分開設(shè)計(jì)的，投影變形值超過1/100000 的采用加密CPII控制點(diǎn)和進(jìn)行長(zhǎng)度改化方式予以解決施工放樣問題。
　　1.3己有測(cè)量成果的評(píng)價(jià)和利用
　　本線在原勘測(cè)設(shè)計(jì)階段己經(jīng)充分考慮了投影變形的影響，因此本次精密控制測(cè)量的坐標(biāo)系統(tǒng)可以利用原勘測(cè)階段的坐標(biāo)系統(tǒng)參數(shù)。既有工程控制網(wǎng)坐標(biāo)系統(tǒng)設(shè)計(jì)參照依據(jù)為《高速鐵路測(cè)量暫行規(guī)定》相關(guān)要求，在精度等級(jí)、分布密度、規(guī)格和埋深都與無碴軌道施工控制網(wǎng)要求存在較大差距，不能滿足無碴軌道鋪設(shè)技術(shù)要求，需在全段建立滿足無碴軌道鋪設(shè)要求的精密工程控制網(wǎng)。本段原勘測(cè)階段聯(lián)測(cè)的國家三角點(diǎn)兼容性差。因此應(yīng)重新建立B級(jí)GPS框架網(wǎng)——基準(zhǔn)網(wǎng)，以便作為后續(xù)精測(cè)網(wǎng)的起算約束點(diǎn)。但是要與原有約束點(diǎn)進(jìn)行聯(lián)測(cè)，以確保新建精測(cè)網(wǎng)資料與既有勘測(cè)設(shè)計(jì)資料保持一致。
　　2高速鐵路測(cè)量平面控制網(wǎng)處理實(shí)例分析
　　2.1基準(zhǔn)網(wǎng)基線解算
　?。?）基準(zhǔn)網(wǎng)網(wǎng)中的GPS基線向量采用精密星歷和精密基線解算軟件Gamit進(jìn)行平差計(jì)算，其解算的精密基線的同步環(huán)閉合差嚴(yán)格為0。（2）GPS的基線解算質(zhì)量主要通過重復(fù)邊和異步環(huán)閉合差檢核。（3）基準(zhǔn)網(wǎng)嚴(yán)格按照技術(shù)要求進(jìn)行觀測(cè)，在內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理時(shí)，分三種方式進(jìn)行基線向量解算。
　　1）24小時(shí)作為一個(gè)時(shí)段，整體計(jì)算；2）將24小時(shí)分成兩個(gè)時(shí)段，每個(gè)時(shí)段16個(gè)小時(shí)，中間重復(fù)4小時(shí)；3）24小時(shí)分成四個(gè)時(shí)段，每個(gè)時(shí)段6小時(shí)。
　　經(jīng)過對(duì)比分析，三種方法計(jì)算結(jié)果差值均小于10mm，最終成果采用將24小時(shí)分成兩個(gè)時(shí)段的計(jì)算結(jié)果。
　　由于兩種約束網(wǎng)平差坐標(biāo)成果之間存在較大差異。點(diǎn)位空間三維坐標(biāo)分量差值最大達(dá)到9 mm，基線長(zhǎng)度差值最大達(dá)到5 mm。這一差異主要由雙方選用坐標(biāo)位置基準(zhǔn)和約束平差方法的不同而產(chǎn)生的。
　　為了保證該段精密工程控制測(cè)量的CPO控制網(wǎng)坐標(biāo)基準(zhǔn)的統(tǒng)一，采用精測(cè)網(wǎng)評(píng)估驗(yàn)收專家組建議該段鐵路客運(yùn)專線工程CPO控制網(wǎng)坐標(biāo)采用評(píng)估驗(yàn)收專家組計(jì)算的CPO約束網(wǎng)平差計(jì)算的坐標(biāo)成果統(tǒng)一平差。
　　2.2 CPI和CPII基線解算
　　該段高速鐵路CPI和CPII是采用GPS靜態(tài)差分技術(shù)，按照相關(guān)規(guī)范布設(shè)的。限于精度要求，它們一般選用Leica或者Trimble雙頻GPS接收機(jī)來采集數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)采集完成后，經(jīng)預(yù)處理沒有任何問題后，將所有原始觀測(cè)文件 （Trimble數(shù)據(jù)需轉(zhuǎn)化為rinex數(shù)據(jù)）輸入商用軟件LGO7.0，再對(duì)點(diǎn)號(hào)、天線量高方式、天線高復(fù)核后進(jìn)行基線解算基線解算前，考慮以最佳的方式構(gòu)網(wǎng)。數(shù)據(jù)采集過程一般采用四臺(tái)GPS在各自的測(cè)站上，同時(shí)觀測(cè)相應(yīng)的時(shí)間，便完成一個(gè)時(shí)段測(cè)量；然后，以邊連的方式，其中兩臺(tái)不搬站，另外兩臺(tái)儀器翻滾推進(jìn)或者四臺(tái)儀器分兩組共同推進(jìn)，準(zhǔn)備進(jìn)行下一個(gè)測(cè)段。其中翻滾推進(jìn)方式的兩個(gè)處于不搬站的儀器應(yīng)改變儀器高。
　　其中A、B、C、D為同步觀測(cè)的四臺(tái)接收機(jī)。CPI和CPII在LGO軟件的構(gòu)網(wǎng)方式一般采用由三條同時(shí)段采集的基線和另一時(shí)段公用邊基線構(gòu)成異步環(huán)，各異步閉合環(huán)采用邊連式連接，逐環(huán)構(gòu)網(wǎng)。在聯(lián)測(cè)基準(zhǔn)網(wǎng)時(shí)，有可能采用三臺(tái)儀器觀測(cè)，此時(shí)也應(yīng)用邊連式連接其它異步環(huán)。CPI和CPII構(gòu)網(wǎng)的唯一不同點(diǎn)只是CPI觀測(cè)了兩個(gè)時(shí)段，要進(jìn)行兩次異步環(huán)的連接。
　　WGS-84坐標(biāo)系下基線解算設(shè)置一般采用軟件系統(tǒng)推薦的系統(tǒng)缺省值，均解算出整周未知數(shù)，同時(shí)存儲(chǔ)基線結(jié)果，并將異步環(huán)數(shù)據(jù)導(dǎo)出為asc格式ASCⅡ碼基線文件。然后把a(bǔ)sc格式文件導(dǎo)入軟件依次進(jìn)行閉合環(huán)差計(jì)算，無約束平差、建立相應(yīng)的坐標(biāo)系，輸入已知點(diǎn)坐標(biāo)進(jìn)行約束平差。
　　
　　2.3 CPI和CPⅡ精度分析
　　l）CPI和CPII重復(fù)獨(dú)立基線和異步閉合環(huán)誤差統(tǒng)計(jì)該段高速鐵路數(shù)據(jù)處理過程中，CPI共取獨(dú)立基線942條，獨(dú)立重復(fù)基線共407條，其中較差最大的為22.3mm，為19.9 mm，為21.