高鐵控制測量技術(shù)研究

中鐵一局集團寶雞精密測繪工程有限公司 721000

摘要：近年來，隨著我國高速鐵路的發(fā)展，全國各地的高速鐵路數(shù)量開始增多，這就要求高速鐵路的運行要具有更高的安全性和可靠性。所以，必須要提高高速鐵路控制精密測量技術(shù)水平。

關(guān)鍵詞：高鐵控制；測量技術(shù)；發(fā)展

引言

高鐵施工過程中，必須要對施工測量精度進行有效的控制，保證工程施工放樣的精度，精度和安全性直接掛鉤，隨著高鐵建設(shè)技術(shù)的提高，在精度方面的要求也越來越高，因此，必須要深入的研究高鐵精密控制測量技術(shù)。

1.高速鐵路精密控制測量體系的主要技術(shù)特點

首先確定了高速鐵路精密控制網(wǎng)分級布設(shè)原則。第二，實現(xiàn)了三網(wǎng)合一。將原鐵路工程測量規(guī)范中分別獨立建立的勘察設(shè)計控制網(wǎng)、施工控制網(wǎng)、運營維護控制網(wǎng)合并為高速鐵路精密控制網(wǎng)。統(tǒng)一了坐標(biāo)基準(zhǔn)、高程基準(zhǔn)，消除了三個獨立控制網(wǎng)間存在的系統(tǒng)差。使設(shè)計線路定位、施工放樣更準(zhǔn)確，減少設(shè)計與施工間的協(xié)調(diào)。第三，明確了必須采用絕對定位與相對定位測量相結(jié)合的鋪軌測量定位模式。第四，提出了建立高速鐵路精密控制網(wǎng)的具體方法，詳細闡述了高速鐵路各級精密控制測量網(wǎng)精度指標(biāo)和具體技術(shù)內(nèi)容。第五，規(guī)定了高速鐵路精密控制測量網(wǎng)，在施工各階段和竣工后的復(fù)測要求，并制定了評估驗收和其他相關(guān)內(nèi)容。第六，在技術(shù)上有所創(chuàng)新。表現(xiàn)在，提出了建立CP0框架平面控制網(wǎng)思想，統(tǒng)一了坐標(biāo)基準(zhǔn)，對精密控制測量網(wǎng)的復(fù)測和被破壞樁點的恢復(fù)帶來了便利；在軟基地段埋設(shè)深埋水準(zhǔn)點和基巖水準(zhǔn)點，使高程成果的穩(wěn)定性得到了提高；首次提出了使用精密三角高程進行二等水準(zhǔn)測量方法，大大提高了山區(qū)高程測量的效率；采用自由設(shè)站邊角交會法測量CPIII平面坐標(biāo)和高程，利用CPIII軌道控制網(wǎng)直接指導(dǎo)鋪軌，同時檢測鋪軌誤差，保證鋪軌精度。

2.高速鐵路GPS控制網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計及測量方案

2.1GPS網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計指標(biāo)

GPS控制網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計目的是使所有設(shè)計的內(nèi)容達到一種最佳的狀態(tài)，實際應(yīng)用中通常選用精度、可靠性和經(jīng)費為指標(biāo)來描述這種狀態(tài)。

不難理解，重復(fù)設(shè)站數(shù)越多，精度和網(wǎng)的可靠性越高，則建網(wǎng)費用越高。

權(quán)衡三者關(guān)系，對GPS網(wǎng)進行優(yōu)化設(shè)計，可以實現(xiàn)工程資源和工程質(zhì)量的最佳配置。

2.2GPS網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計

2.2.1.GPS零類優(yōu)化設(shè)計

GPS基線向量解算中作為位置基準(zhǔn)的固定點誤差是引起基線誤差的一個重要因素，GPS網(wǎng)約束平差時，基準(zhǔn)選取不當(dāng)，將會直接影響最終結(jié)果，更嚴(yán)重的可使高精度的GPS網(wǎng)產(chǎn)生扭曲。根據(jù)基線解算原理可知，基線固定點的誤差會給基線結(jié)果帶來一定的誤差，此外，因此，必須對網(wǎng)的位置基準(zhǔn)進行優(yōu)化設(shè)計。

GPS工程控制網(wǎng)多為約束網(wǎng)，只需要選擇國家、地方坐標(biāo)系或轉(zhuǎn)化為高程抵償面的任意帶高斯投影直角坐標(biāo)系（平面和高程）下的一個或多個己知點作為位置基準(zhǔn)，但有時候根據(jù)特定要求，方位基準(zhǔn)可由網(wǎng)中給定的起算方位角值確定；尺度基準(zhǔn)可根據(jù)邊長的不同采用其它測量方法確定，如采用較高精度的測距儀或全站儀施測2-3條基線邊。在上述多基準(zhǔn)約束網(wǎng)中，最好先對它們進行相容性檢驗，以免由于某個基準(zhǔn)不匹配引起網(wǎng)形和比例尺發(fā)生變化。若網(wǎng)中無任何其它類型的己知起算點數(shù)據(jù)時，可將網(wǎng)中一點多次進行GPS觀測得到的坐標(biāo)作為網(wǎng)的位置基準(zhǔn)，或按秩虧網(wǎng)處理，選擇重心基準(zhǔn)。

2.2.2.GPS網(wǎng)一類優(yōu)化設(shè)計

GPS網(wǎng)一類優(yōu)化設(shè)計即GPS網(wǎng)形設(shè)計。GPS網(wǎng)中點的精度與點位分布無關(guān)，它不受網(wǎng)本身幾何圖形的限制，主要和網(wǎng)中基線的邊長有關(guān)，從GPS網(wǎng)平差的原理可知，網(wǎng)的形狀對GPS網(wǎng)的質(zhì)量沒有直接影響。區(qū)別于常規(guī)網(wǎng)要對網(wǎng)中點位通視和觀測條件進行最佳布設(shè)，GPS網(wǎng)要對以基線邊為觀測量的布網(wǎng)方式和觀測條件進行最佳選擇。GPS網(wǎng)常用的布網(wǎng)形式有：跟蹤站式、會戰(zhàn)式、多基準(zhǔn)站式、同步圖形擴展式和單基準(zhǔn)站式。

a.跟蹤站式

若干臺接收機長期放在測站上，進行常年、不間斷的觀測，即一年觀測365天，一天觀測24小時，因其觀測方式很像跟蹤站，被稱為跟蹤站式。其特點是數(shù)據(jù)量大，需要用精密星歷對數(shù)據(jù)進行處理，具有很高的精度和框架基準(zhǔn)特性。因其觀測時間長，成本高，僅適合于建立GPSAA級網(wǎng)。

b.會戰(zhàn)式

若干臺GPS接收機，對某批測站集中進行多天長時段的同步觀測。完成后，對下批測站進行相同觀測，直至所有點觀測完畢，稱之為會戰(zhàn)式。其特點是可以較好的消除SA技術(shù)等因素的影響，具有相當(dāng)高的網(wǎng)形強度和的精度，適用于A，B級GPS網(wǎng)。

c.多基準(zhǔn)站式

若干臺接收機長期固定在某些測站上進行長時間觀測，這些測站稱之為基準(zhǔn)站。另外一些接收機在基準(zhǔn)站周圍進行較短時間的同步觀測，我們稱之為多基準(zhǔn)站式。其基準(zhǔn)站可以提供高精度的基線向量GPS網(wǎng)骨架，其余同步接收機，可以在有效的時間里獲得較強的圖形結(jié)構(gòu)。

d.同步圖形擴展式

若干臺接收機在不同測站上進行同步觀測，完成一個時段后，部分接收機遷移到其它測站上，再在此基礎(chǔ)上進行同步觀測的布網(wǎng)形式稱之為同步圖形擴展式。其擴展形式快，作業(yè)方法簡單，建立某些觀測量的復(fù)測，圖形結(jié)構(gòu)比較強，是工程測量中常用的一種布網(wǎng)方式。采用同步圖形擴展的觀測方式主要有點連式，邊連式和混連式。

e.單基準(zhǔn)站式

單基準(zhǔn)站式又稱為星形網(wǎng)方式，它是以一臺GPS作為基準(zhǔn)站，在某個測站持續(xù)觀測，其余接收機在其周圍流動觀測，這樣就與基準(zhǔn)站建立起若干條同步基線，其形狀類似于星形，故稱之。其特點是布網(wǎng)效率高，但圖形強度弱。

2.2.3.GPS網(wǎng)二類優(yōu)化設(shè)計

傳統(tǒng)測量中，二類設(shè)計是指己確定網(wǎng)形即確定了系數(shù)陣和未知數(shù)協(xié)因數(shù)陣后，優(yōu)化設(shè)計權(quán)陣值的過程，其主要觀測值是測角和測邊類。

因為各級GPS網(wǎng)間距離不大，或者基本相同，其權(quán)值基本相同，或者只與固定量有關(guān)，因此可不必進行二類優(yōu)化設(shè)計。

2.2.4.GPS網(wǎng)三類優(yōu)化設(shè)計

它是對精度沒有達到限差要求的GPS網(wǎng)進行網(wǎng)的加密和改進，使其逐漸達到精度要求，也就是對網(wǎng)形結(jié)構(gòu)強度的優(yōu)化設(shè)計。GPS網(wǎng)精度都比較均勻，可以直接結(jié)合設(shè)計者的直覺和經(jīng)驗與電子計算機的表達和嚴(yán)密的判斷，對相關(guān)等級GPS技術(shù)對點進行補測。

3.精密測量技術(shù)發(fā)展方向

隨著先進技術(shù)的發(fā)展日新月異，精密測量技術(shù)也在不斷提高。根據(jù)制造技術(shù)發(fā)展趨勢，精密測量的自身要求以及測試信息處理技術(shù)方向，未來精密測量方向會向多樣化方向傾斜。其中，多傳感器融合是高鐵青睞的測量方法之一，它可以解決測量過程中各種測量信息的獲取問題，也可以極大提高測量信息的準(zhǔn)確度，積木式、組合式、三維尺寸測量系統(tǒng)就屬于這類方法，是柔性很強的專用坐標(biāo)測量工具，系統(tǒng)的建立也會向方便、準(zhǔn)確、科學(xué)等特點發(fā)展。如便攜式光纖干涉測量儀、便攜式大量程三維測量系統(tǒng)等，會用于解決現(xiàn)場大尺寸的測量問題；虛擬儀器虛擬儀器是虛擬現(xiàn)實技術(shù)在精密測試領(lǐng)域的應(yīng)用，國內(nèi)已有深入的研究；另一種是研究虛擬制造中的虛擬測量，如虛擬量塊、虛擬坐標(biāo)測量機等；智能結(jié)構(gòu)它屬于結(jié)構(gòu)檢測與故障診斷，是融合智能技術(shù)、傳感技術(shù)、信息技術(shù)、仿生技術(shù)、材料科學(xué)等的一門交叉學(xué)科，使監(jiān)測的概念過渡到在線、動態(tài)、主動的實時監(jiān)測與控制。

4.結(jié)束語

綜上所述，高速鐵路精密控制測量技術(shù)是高速鐵路建設(shè)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，高鐵的穩(wěn)定健康發(fā)展必須要有精密控制測量技術(shù)作為基礎(chǔ)。所以，必須要不斷深入研究精密控制測量技術(shù)，實現(xiàn)我國高速鐵路快速發(fā)展。

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