合蚌客專(zhuān)線上施工前基礎(chǔ)平面控制網(wǎng)復(fù)測(cè)分析

王文慶 金亞雷 李東宇

(中鐵上海設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司 上海 200333)

0 引言

合肥至蚌埠客運(yùn)專(zhuān)線（簡(jiǎn)稱(chēng)合蚌客專(zhuān)）精密控制網(wǎng)于2009年4月建立，至2010年7月線下施工完成，根據(jù)高速鐵路測(cè)量規(guī)范[1]要求，在線上軌道控制網(wǎng)（CPIII）建網(wǎng)前，需對(duì)精密控制網(wǎng)復(fù)測(cè)一次；為此2010年8月組織對(duì)合蚌客專(zhuān)精密控制網(wǎng)復(fù)測(cè)，通過(guò)本次復(fù)測(cè)對(duì)破壞或不穩(wěn)定的點(diǎn)進(jìn)行恢復(fù)，為后續(xù)的線上CPIII 建網(wǎng)及線上施工提供準(zhǔn)確的基準(zhǔn)，由于基礎(chǔ)控制網(wǎng)（CPI）起算點(diǎn)即框架控制網(wǎng)點(diǎn)距達(dá)到50公里，且鐵路控制網(wǎng)是線型網(wǎng)，易出現(xiàn)起算點(diǎn)中間位置CPI點(diǎn)出現(xiàn)較大位置變化，與建網(wǎng)成果較差較大，為此須結(jié)合線下施工情況，解決此問(wèn)題。

1 項(xiàng)目概況

合蚌客運(yùn)專(zhuān)線位于安徽省中部，北起蚌埠市，南至合肥市，沿途經(jīng)過(guò)鳳陽(yáng)縣、淮南市和長(zhǎng)豐縣。合蚌客運(yùn)專(zhuān)線基本為南北走向，橫跨東經(jīng)117°06′～117°27′，北緯31°57′～32°57′；合蚌客運(yùn)專(zhuān)線正線線路全長(zhǎng)130.590km；雙線、II 型板；設(shè)計(jì)速度目標(biāo)值：300km/h（預(yù)留350km/h）。

本次基礎(chǔ)平面控制網(wǎng)復(fù)測(cè)共測(cè)量CPI點(diǎn)46個(gè)，其中破壞后補(bǔ)埋點(diǎn)4個(gè)；按照高鐵二等進(jìn)行觀測(cè)，聯(lián)測(cè)框架控制網(wǎng)點(diǎn)3個(gè)，采用10臺(tái)雙頻GPS 接收機(jī)進(jìn)行觀測(cè)，GPS 接收機(jī)的靜態(tài)定位標(biāo)稱(chēng)精度等于或優(yōu)于5mm+1ppm。CPI 平面控制網(wǎng)基線邊方向中誤差≤1.3"，最弱邊相對(duì)中誤差≤1/180 000，CPI 控制點(diǎn)復(fù)測(cè)坐標(biāo)較差限差20mm，相鄰點(diǎn)間坐標(biāo)差之差的相對(duì)精度限差≤1/130 000。

2 基礎(chǔ)平面控制網(wǎng)CPI觀測(cè)

根據(jù)原CPI 網(wǎng)為帶狀線形布設(shè)的特點(diǎn)，為保證取得高精度的觀測(cè)成果，CPI GPS 網(wǎng)觀測(cè)時(shí)要求連續(xù)推進(jìn)，并要有很強(qiáng)的網(wǎng)形結(jié)構(gòu)。同步作業(yè)圖形之間采用邊連接和網(wǎng)連接相結(jié)合的方式，組成大地四邊形或多邊形連接。

根據(jù)參考文獻(xiàn)[1]的要求，CPI觀測(cè)時(shí)間≥90分鐘，時(shí)段數(shù)≥2，數(shù)據(jù)采樣間隔15s，本次觀測(cè)嚴(yán)格按照以上要求執(zhí)行，在同一個(gè)點(diǎn)的連續(xù)兩個(gè)時(shí)段觀測(cè)必須重新架站，確保對(duì)中整平、天線高量取準(zhǔn)確。

3 基礎(chǔ)平面控制網(wǎng)CPI 數(shù)據(jù)處理

不同型號(hào)的GPS 接收機(jī)數(shù)據(jù)均轉(zhuǎn)換成RINEX格式數(shù)據(jù)，GPS 網(wǎng)基線解算采用徠卡LGO7.0 軟件進(jìn)行，網(wǎng)平差采用武漢大學(xué)測(cè)繪學(xué)院CosaGPS 軟件。

3.1 基線解算

數(shù)據(jù)剔除率＜10%，解算模式采用雙差固定解。基線解算好后檢查基線質(zhì)量是否符合規(guī)范要求，導(dǎo)出基線向量為ASCII 碼文件，作為平差的原始基線向量數(shù)據(jù)。由于本次測(cè)量采用的GPS 接收機(jī)較多，同步觀測(cè)的CPI點(diǎn)多達(dá)10個(gè)，基線解算使用LGO 7.0 軟件，采用人工方式按照大地四邊形解算，避免采用軟件自動(dòng)計(jì)算生成不合理，也是沒(méi)有任何必要的。長(zhǎng)30～40公里基線，重復(fù)基線、閉合差統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表1。

表1 重復(fù)基線、閉合差統(tǒng)計(jì)表

3.2 三維無(wú)約束平差

CPI 平面控制網(wǎng)空間三維無(wú)約束平差最弱邊（JHGCPI046-CPI001）邊長(zhǎng)相對(duì)中誤差為2.00ppm，即1/500000；全網(wǎng)最弱點(diǎn)（CPI044）點(diǎn)位誤差為1.13cm?；€向量的改正數(shù)（VΔx，VΔy，VΔz）絕對(duì)值應(yīng)小于3σ，具體見(jiàn)表2。

表2 三維無(wú)約束平差基線向量的改正數(shù)統(tǒng)計(jì)表

從表中可以看出基線向量的改正數(shù)均小于0.03m，結(jié)合無(wú)約束平差結(jié)果的精度信息，說(shuō)明GPS網(wǎng)外業(yè)觀測(cè)和基線處理結(jié)果很好，整網(wǎng)具有較高的內(nèi)部符合精度。

3.3 三維約束平差及數(shù)據(jù)分析

把GPS 三維控制坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為二維平面坐標(biāo)有兩種方法，一是將GPS 網(wǎng)中的已知點(diǎn)的平面坐標(biāo)作為約束點(diǎn)進(jìn)行二維約束平差得到，另一種方法是利用已知點(diǎn)的三維坐標(biāo)對(duì)GPS 進(jìn)行三維約束平差，再通過(guò)投影變換將GPS 三維空間坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為二維平面坐標(biāo)。由于GPS 網(wǎng)中的已知點(diǎn)間的邊長(zhǎng)存在投影差（高程改化和高斯投影），且高斯投影在CPI 控制網(wǎng)的各條邊中是一個(gè)非線性的變量，如果直接進(jìn)行二維約束平差計(jì)算CPI 控制網(wǎng)的平面坐標(biāo)，就會(huì)把CPI 控制網(wǎng)的各條邊中非線性的投影差按已知點(diǎn)間的邊長(zhǎng)投影系數(shù)對(duì)各條邊進(jìn)行線性約束，這是一種不嚴(yán)密的轉(zhuǎn)換方法。而第二種方法是一種嚴(yán)密的轉(zhuǎn)換方法[3]。本次復(fù)測(cè)采用第二種方法進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。

全線按照50公里間距布設(shè)基巖框架控制網(wǎng)CPO點(diǎn)3個(gè)，本次復(fù)測(cè)采用復(fù)測(cè)檢驗(yàn)合格的3個(gè)基巖框架控制網(wǎng)CPO點(diǎn)進(jìn)行三維約束平差。本次復(fù)測(cè)CPI 破壞4個(gè)，予以補(bǔ)埋。

CPI 平面控制網(wǎng)空間三維約束平差最弱邊（JHGCPI046-CPI001）邊長(zhǎng)相對(duì)中誤差為2.60ppm，即1/384000；全網(wǎng)最弱點(diǎn)（CPI044）點(diǎn)位誤差為1.13cm。平差后通過(guò)分帶投影的方法計(jì)算出CPI 控制點(diǎn)的平面直角坐標(biāo)，與建網(wǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，坐標(biāo)較差統(tǒng)計(jì)表見(jiàn)表3，相鄰點(diǎn)間坐標(biāo)差之差的相對(duì)精度統(tǒng)計(jì)結(jié)果見(jiàn)表4。

表3 采用3個(gè)CPO平差計(jì)算出坐標(biāo)較差統(tǒng)計(jì)表

坐標(biāo)較差X方向大于10mm的位于CPI026～CPI035 段，Y方向大于10mm的位于CPI011 ～CPI018段，均處于起算點(diǎn)中部，通過(guò)表4可知，相鄰點(diǎn)間坐標(biāo)差之差的相對(duì)精度均優(yōu)于1/130 000，說(shuō)明點(diǎn)的相對(duì)位置未發(fā)生變化，網(wǎng)型結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，分析出現(xiàn)此情況的原因主要是由于CPI 網(wǎng)網(wǎng)型是線狀、起算點(diǎn)間距過(guò)大造成。

表4 采用3個(gè)CPO平差計(jì)算出坐標(biāo)差之差精度統(tǒng)計(jì)表

考慮到此次復(fù)測(cè)的成果作為線上CPIII 建網(wǎng)基準(zhǔn)，必須保證線上部分與線下施工部分處于最佳吻合，否則會(huì)出現(xiàn)：設(shè)計(jì)線路中心與橋梁中心不一致即橋梁偏心較大從而出現(xiàn)高速行車(chē)影響橋梁結(jié)構(gòu)，線路已施工的接觸網(wǎng)等侵入線路從而出現(xiàn)返工工程等一系列嚴(yán)重質(zhì)量問(wèn)題。基于CPI 網(wǎng)相對(duì)關(guān)系沒(méi)有發(fā)生變化，采用除框架控制網(wǎng)作為起算點(diǎn)外，另增加處于各框架控制網(wǎng)中間的、穩(wěn)定的CPI點(diǎn)為起算點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)復(fù)測(cè)CPI 成果較差較小。

依此原則在框架控制網(wǎng)點(diǎn)分別增加CPI014、CPI030 為起算點(diǎn)，檢測(cè)其與框架控制網(wǎng)點(diǎn)相對(duì)關(guān)系滿足規(guī)范要求，CPI 平面控制網(wǎng)空間三維約束平差最弱邊（JHGCPI046-CPI001）邊長(zhǎng)相對(duì)中誤差為2.77ppm，即1/361000；全網(wǎng)最弱點(diǎn)（CPI040）點(diǎn)位誤差為0.97cm；計(jì)算出復(fù)測(cè)坐標(biāo)與建網(wǎng)坐標(biāo)較差統(tǒng)計(jì)表見(jiàn)表5。

通過(guò)表5可知，坐標(biāo)較差較未加入CPI 約束點(diǎn)得到極大改善，而相鄰點(diǎn)間坐標(biāo)差之差的相對(duì)精度均優(yōu)于1/130 000，說(shuō)明未改變網(wǎng)型結(jié)構(gòu)，通過(guò)增加起算點(diǎn)較好地實(shí)現(xiàn)線上施工網(wǎng)與線下施工網(wǎng)盡可能吻合。

4 結(jié)論

高速鐵路精密控制網(wǎng)是線下、線上施工的基準(zhǔn)，必須保證復(fù)測(cè)值與原測(cè)較差較小，從而保證線下、線上施工高度一致，不能簡(jiǎn)單用原測(cè)控制點(diǎn)平差了事；新增加的起算點(diǎn)應(yīng)檢測(cè)其穩(wěn)定性，應(yīng)滿足相關(guān)規(guī)范的要求；新增加的起算點(diǎn)可以采取反復(fù)挑選多次，分析比較較差擇優(yōu)選定。

本文通過(guò)對(duì)合蚌客專(zhuān)CPI 網(wǎng)線上施工前復(fù)測(cè)具體分析，為后續(xù)其他鐵路項(xiàng)目精密控制網(wǎng)復(fù)測(cè)提供一點(diǎn)提示。

[1]TB 10601-2009.高速鐵路工程測(cè)量規(guī)范[S].

[2]何佳.成都地鐵1號(hào)線控制網(wǎng)復(fù)測(cè)成果分析[J].城市勘測(cè)，2010（3）：56-58,61.

[3]TB 10601-2009.高速鐵路工程測(cè)量規(guī)范條文說(shuō)明[S].

[4]秦政國(guó),陶利.GPS技術(shù)在無(wú)錫市軌道交通工程中的應(yīng)用[J].現(xiàn)代測(cè)繪，2011，35（5）：34-36.

[5]王鐵生，翟繼紅.城市高精度GPS控制網(wǎng)的復(fù)測(cè)與網(wǎng)形優(yōu)化[J].測(cè)繪學(xué)院學(xué)報(bào)，2004，2（2）：102-104.

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