淺談中國鐵路測量規(guī)范在海外項目上的運用

張治倫

(中鐵二院工程集團有限責(zé)任公司， 成都 610031)

淺談中國鐵路測量規(guī)范在海外項目上的運用

張治倫

(中鐵二院工程集團有限責(zé)任公司， 成都 610031)

國家“一帶一路”戰(zhàn)略的實施，越來越多的中資施工及設(shè)計咨詢企業(yè)必將走出國門。中國技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范是根據(jù)國內(nèi)的實際情況制定的，運用到海外必有“水土不服”的問題，如何使中國技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范能夠被其他國家接受，在海外項目基礎(chǔ)資料匱乏的情況下如何開展相關(guān)工作,是中資施工及設(shè)計咨詢企業(yè)技術(shù)上面臨的重要問題。文章結(jié)合埃塞俄比亞鐵路、公路及城市輕軌項目的測量工作，對中國測量規(guī)范的靈活運用所決解的實際問題進行闡述。目的是將在測量工作中就坐標(biāo)系統(tǒng)及投影參數(shù)選擇、地形圖測繪、平面控制網(wǎng)、高程控制網(wǎng)測量等所取得的效果作為成功案例運用到今后的其他海外項目測量工作中。

工程獨立坐標(biāo)系統(tǒng)； UTM投影； 衛(wèi)星立體影像； 精化水準(zhǔn)

1 引言

目前中資企業(yè)承擔(dān)的海外大型工程項目一般與中國資金有關(guān)，一般要求采用中國技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，勘察設(shè)計及施工均由承包商負(fù)責(zé)實施。如何將中國技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)在海外項目中靈活運用、測繪專業(yè)前沿新技術(shù)在海外項目中如何運用、使工程設(shè)計既滿足中國勘察設(shè)計規(guī)范，又滿足項目施工運營要求，是設(shè)計咨詢企業(yè)今后走向海外必須研究的課題。結(jié)合埃塞俄比亞的工程實踐，就中國鐵路測量規(guī)范在海外項目上的具體運用作簡要介紹。

2 坐標(biāo)系統(tǒng)的選擇

2.1 埃塞俄比亞坐標(biāo)系統(tǒng)

在項目啟動之初，設(shè)計分包商到埃塞俄比亞國家制圖局進行坐標(biāo)系統(tǒng)資料的收集。

埃塞俄比亞國家制圖局確定的ADINDAN坐標(biāo)系統(tǒng)是基于mod Clarke 1880 EMA橢球的平面直角坐標(biāo)系統(tǒng)，采用UTM投影，中央子午線處的比例系數(shù)為0.999 6。表示的意思是在中央子午線處地面上實際水平距離為1 000 m的兩點，投影后水平距離為999.6 m，投影長度變形值達到0.4 m，根據(jù)分析，ADINDAN坐標(biāo)系統(tǒng)不滿足鐵路項目的設(shè)計、施工及運營的精度要求。

2.2 項目采用坐標(biāo)系統(tǒng)

由于埃塞俄比亞國家制圖局確定的ADINDAN坐標(biāo)系，采用UTM投影，其變形系數(shù)大，如果埃塞鐵路及輕軌采用ADINDAN坐標(biāo)系統(tǒng)，會導(dǎo)致大部分地區(qū)的投影長度變形在(0.1～0.4) m/km左右，不能滿足鐵路施工測量的要求，會給施工、運營造成很大的困難。因此，埃塞鐵路及輕軌工程采用基于WGS-84橢球的工程獨立坐標(biāo)系統(tǒng)，采用高斯投影，中央子午線處的比例系數(shù)為1.0，每公里投影長度變形控制在2.5 cm/km以內(nèi)，以滿足勘察設(shè)計、施工及運營維護的需要?？紤]到埃塞的實際情況，再計算提供基于埃塞ADINDAN坐標(biāo)系統(tǒng)的中線資料及用地圖，供業(yè)主拆遷征地之用。

設(shè)計分包商將項目采用工程獨立坐標(biāo)系統(tǒng)的選擇上報業(yè)主后，由于該坐標(biāo)系統(tǒng)名稱是新的概念，業(yè)主剛開始不理解，通過多次函件溝通，逐步理解并批準(zhǔn)。

3 地形圖繪制

3.1 地形圖收集

由于項目位于非洲地區(qū)，埃塞俄比亞基礎(chǔ)設(shè)施落后，國家制圖局地形圖資料匱乏，在項目啟動時，曾去國家制圖局收集地形圖資料，只收集到1∶50 000地形圖，航攝照片以及衛(wèi)星圖像資料均沒有。

3.2 航空攝影或衛(wèi)星影像

3.2.1 航空攝影

在埃塞鐵路項目啟動之初，曾經(jīng)考慮進行LIDAR數(shù)據(jù)航空攝影，通過到埃塞鐵路公司及埃塞航空公司了解，在埃塞俄比亞沒有專門從事航空攝影的公司，若要開展相關(guān)攝影工作，需要中國或歐美公司承擔(dān)，攝影周期需要1年以上，海外EPC項目一旦啟動，合同工期即開始計算，通過對項目工期測算，若要進行LIDAR數(shù)據(jù)航空攝影工作，工期不能保證，成本也太高。

3.2.2 衛(wèi)星立體影像研究

設(shè)計公司在國內(nèi)開展制圖多方案研究，結(jié)合國內(nèi)采用“高分辨率”衛(wèi)星圖片科研項目積累的經(jīng)驗，決定本項目1∶2 000數(shù)字地形圖采用World View高分辨率(0.5 m)衛(wèi)星立體影像制圖。

3.3 1∶2 000地形圖制圖

3.3.1 外業(yè)控制測量

(1)每個立體像對像控點刺點數(shù)量為5～8個，每個像對四角都選擇了像控點，像控點距線路中線5 km左右。

(2)相鄰像對間保證了有2個公共控制點，以保證像對間接邊。

(3)其余像控點都選擇在線路中線附近，以提高中線附近的平面和高程精度。

(4)調(diào)繪采用放大衛(wèi)片，比例尺約1∶10 000。調(diào)繪范圍為線路中線兩側(cè)各500 m。

(5)像控點聯(lián)測采用Trimble 雙頻GPS接收機，像控點聯(lián)測GPS網(wǎng)采用點連接方式，兩端都聯(lián)測至CP0點上，保證了地形圖和控制網(wǎng)精度一致。

(6)每20 km左右聯(lián)測水準(zhǔn)點，將像控點大地高轉(zhuǎn)換成正常高。

(7)沿線測量了264個地形散點，用于對地形圖平面和高程精度進行檢查。

3.3.2 內(nèi)業(yè)制圖

(1)內(nèi)業(yè)定向、制圖采用國產(chǎn)JX-4數(shù)字?jǐn)z影測量工作站進行，各像對定向精度滿足1∶2 000制圖需要。

(2)制圖比例尺：1∶2 000，基本等高距2 m。

(3)制圖寬度：線路兩側(cè)各500 m。

(4)沿線地形較簡單，道路、房屋、管線和水系等參照調(diào)繪片進行描繪，個別地方道路邊界不太清楚，根據(jù)經(jīng)驗判釋。

(5)地形圖采用帶狀分幅，每幅圖長度2 km左右。

3.4 地形圖質(zhì)量檢查

在項目勘測階段，對1∶2 000地形圖結(jié)合中線測量、地物點及地形散點采用GPS RTK測量進行了質(zhì)量檢查，地形圖精度統(tǒng)計如表1所示。

表1 地形檢查精度統(tǒng)計表

(續(xù)表1)

序號實測地形點X坐標(biāo)/mY坐標(biāo)/m高程/m1∶2000地形圖高程/m高程較差/m平面精度/m備注dx91022105.271419865.4281310.9691311.3-0.331-一般地形點…………………dx111022327.646419744.8961302.2731302.3-0.0270.1路邊dx121022334.052419739.2591302.2041302.3-0.0961.8路邊dx131022351.696419759.4971303.8441304.3-0.4561.3路邊dx141022349.285419769.6171304.2361304.4-0.1640.8路邊dx151022373.078419795.5991305.691305.75-0.060.2路邊dx161022382.614419793.8251306.0161305.80.2161.8路邊dx171022413.299419827.3891307.5321308-0.4682.8路邊dx181022410.600419836.9771307.7921308.3-0.5081.3路邊dx191022430.750419860.931309.1961309.7-0.5040.6路邊…………………dx561064697.171530556.72681116.811117.2-0.392.9圍墻邊dx571064934.721530544.98821112.651112.8-0.15-一般地形點dx581064657.381530568.29991117.641118.2-0.562.6房邊dx591064968.426530567.69541112.351112.6-0.25-一般地形點………………-…

地形圖精度統(tǒng)計采用實測散點進行，共測量264個地形散點。由于沿線地物較少，平面檢查點84個，高程檢查點264個。統(tǒng)計結(jié)果為：地物點平面位置中誤差1.56 m，高程中誤差0.33 m，滿足測量規(guī)范對1∶2 000地形圖的精度要求。因此，在海外項目中采用World View高分辨率(0.5 m)衛(wèi)星立體影像制圖是可行的，能夠控制工期和節(jié)約成本。

4 平面控制網(wǎng)的建立

4.1 埃塞國家三角點現(xiàn)狀

埃塞俄比亞國家三角點坐標(biāo)系統(tǒng)的建立是由美國公司于上世紀(jì)80年代建立，系統(tǒng)采用UTM投影，全國采用中央子午線經(jīng)度37°。全國三角點布網(wǎng)少，由于年代久遠(yuǎn)，項目所在地區(qū)常常沒有可供使用的國家三角點。

4.2 平面控制網(wǎng)布網(wǎng)

由于埃塞俄比亞國家基礎(chǔ)測繪資料缺乏，因此，在埃塞鐵路、埃塞輕軌及埃塞糖廠公路項目中，根據(jù)中國鐵路測量規(guī)范要求，首先建立框架控制網(wǎng)CP0，然后在框架控制網(wǎng)CP0基礎(chǔ)上布設(shè)基礎(chǔ)平面控制網(wǎng)CPⅠ、再在基礎(chǔ)平面控制網(wǎng)基礎(chǔ)上布設(shè)線路平面控制網(wǎng)CPⅡ。各級平面控制網(wǎng)的作用為：

(1)框架控制網(wǎng)CP0主要為勘測、施工、運營維護建立平面坐標(biāo)框架；

(2)CPⅠ主要為勘測、施工、運營維護提供坐標(biāo)基準(zhǔn)；

(3)CPⅡ主要為勘測和施工提供控制基準(zhǔn)。

4.3 平面坐標(biāo)系

采用工程獨立坐標(biāo)系統(tǒng)，WGS-84參考橢球體參數(shù)，高斯投影。東坐標(biāo)的加常數(shù)為500 km,北坐標(biāo)的加常數(shù)為0。工程橢球構(gòu)建采用改變WGS-84橢球參數(shù)的方法(即參考橢球長半軸直接加投影面大地高并保持扁率和定向不變)，線路設(shè)計高程面上的投影長度變形值不大于25 mm/km。

4.4 傳播測繪理念

在埃塞糖廠公路勘測中，設(shè)計分包商將平面成果資料提交監(jiān)理審批時，由于監(jiān)理人員對GPS測量技術(shù)及中國測量規(guī)范不甚了解等，對測量成果資料采用“手工計算點間距和方位角”的方式進行復(fù)核，通過多次溝通監(jiān)理慢慢接受了中國測量規(guī)范及理念。

5 高程控制測量

5.1 國家水準(zhǔn)點

埃塞俄比亞國家高程系統(tǒng)是由美國公司于上世紀(jì)80年代建立，高程系統(tǒng)采用埃塞俄比亞國家高程基準(zhǔn)(紅海平均海水面，水準(zhǔn)原點在埃及首都開羅的亞歷山大港)。全國水準(zhǔn)點布網(wǎng)少，又由于年代久遠(yuǎn)，在項目所在地區(qū)常常沒有可使用的高程控制點。如埃塞糖廠項目，距離項目最近的水準(zhǔn)點有近100 km，并已經(jīng)破壞，導(dǎo)致項目附近無可用的高程控制點。

5.2 精化水準(zhǔn)研究

采用國內(nèi)成熟的似大地水準(zhǔn)面精化研究理論，運用EGM2008模型，結(jié)合三角點高程，運用移去恢復(fù)法，其中擬合方法為二次曲面擬合法，計算出該測區(qū)高精度的高程異常。利用GPS技術(shù)結(jié)合高精度高分辨率大地水準(zhǔn)面模型，取代傳統(tǒng)的水淮測量方法測定正高或正常高，實現(xiàn)GPS技術(shù)對幾何和物理意義上的三維定位功能，測量出項目所在地的精化水準(zhǔn)高程，從而建立項目所使用的高程系統(tǒng)。

埃塞糖廠公路項目采用GPS測量技術(shù)，建立了項目所在地區(qū)的CP0框架網(wǎng)UTM-37坐標(biāo)系統(tǒng)及高程系統(tǒng)，測量成果如表2所示。

表2 坐標(biāo)高程系統(tǒng)成果表

埃塞北部鐵路項目采用GPS測量技術(shù)，建立了項目所在地區(qū)的CP0 坐標(biāo)框架基站W(wǎng)GS-84坐標(biāo)系統(tǒng)及高程系統(tǒng)，測量成果如表3所示。

表3 GPS坐標(biāo)框架基站網(wǎng)WGS-84坐標(biāo)成果表

5.3 精化水準(zhǔn)點的利用

5.3.1 高程控制網(wǎng)布設(shè)

埃塞俄比亞糖廠公路項目全長約82 km，地面高程控制網(wǎng)是在埃塞俄比亞國家高程基準(zhǔn)網(wǎng)的基礎(chǔ)上，沿線路布設(shè)。每300 m至500 m左右布設(shè)一個水準(zhǔn)點，水準(zhǔn)點全部與GPS控制點和平面水準(zhǔn)點共樁。全線共聯(lián)測了3個精化高程控制點，形成附合水準(zhǔn)路線。

埃塞北部鐵路項目全長約216 km，全線布置5個精化高程控制點，形成附合水準(zhǔn)路線。

5.3.2 水準(zhǔn)測量主要技術(shù)要求

5.3.3 水準(zhǔn)測量精度統(tǒng)計

埃塞糖廠公路水準(zhǔn)測量完成后，對其測量閉合水準(zhǔn)路線的閉合差精度統(tǒng)計如表4所示。

表4 糖廠公路水準(zhǔn)測量精度統(tǒng)計表

根據(jù)表4精度統(tǒng)計，滿足埃塞俄比亞公路局的《幾何設(shè)計手冊》規(guī)定精度要求。

埃塞北部鐵路水準(zhǔn)測量完成后，對其測量閉合水準(zhǔn)路線的閉合差精度統(tǒng)計如表5所示。

表5 北部鐵路水準(zhǔn)測量精度統(tǒng)計表

根據(jù)表5精度統(tǒng)計，滿足中國TB 10101-2009《鐵路工程測量規(guī)范》四等水準(zhǔn)測量精度要求。

從表5可以知道，采用精化水準(zhǔn)測量可以滿足測量精度的要求，該技術(shù)得到了埃塞鐵路及公路部門咨詢監(jiān)理的認(rèn)可，因此，在海外項目中，在項目所在地區(qū)國家水準(zhǔn)資料匱乏的情況下，采用精化水準(zhǔn)測量技術(shù)是可行的。

6 結(jié)論與建議

在埃塞EPC項目中，通過對中國鐵路測量規(guī)范的運用情況，對比埃塞國家公路局測量規(guī)范(主要為歐美標(biāo)準(zhǔn))來看，中國鐵路測量規(guī)范在海外項目中是可行的，承包商編制的測量大綱及測量成果均能得到業(yè)主的認(rèn)可。通過施工復(fù)核，精度滿足要求，采用GPS測量技術(shù)建立CPO框架網(wǎng)、采用高分辨率衛(wèi)片制圖及精化水準(zhǔn)測量技術(shù)，能夠有效地解決海外項目測繪工作。為今后中國技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)走向海外，建議：

(1)進一步對采用高分辨率衛(wèi)片制圖及精化水準(zhǔn)測量技術(shù)進行研究，以便在其他國家的EPC項目中運用，以增強中國咨詢設(shè)計企業(yè)的國際競爭力。

(2)開展中國鐵路設(shè)計施工技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)海外版的編寫工作，并翻譯成英文版本，以便中國技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)走向海外。

[1] TB 10101-2009 鐵路工程測量規(guī)范[S]. TB 10101-2009 Code for Railway Engineering Survey [S].

[2] GB/T 20257-2007 1∶500、1∶1000、1∶2000地形圖圖式[S]. Topographic Map Formats of 1∶500, 1∶1000 and 1∶2000[S].

[3] 幾何設(shè)計手冊,埃塞俄比亞公路局,2002. Geometric Design Manual，Ethiopian Roads Authority,2002.

[4] GB 50308-2008 城市軌道交通工程測量規(guī)范[S]. GB 50308-2008 Urban Rail Transit Engineering Surveying Specifications [S].

[5] 吳桐.區(qū)域似大地水準(zhǔn)面精化在測量中的應(yīng)用[D].西安：西安科技大學(xué)，2013. WU Tong. Application of Regional Refining Geoid in the Survey, [D]. Xi’an: Xi’an University of Science & Technology, 2013.

[6] GB 50026-2007 工程測量規(guī)范[S]. GB 50026-2007 Code for Engineering Surveying [S].

[7] TB 10601-2009 J962-2009 高速鐵路工程測量規(guī)范[S]. TB 10601-2009 J962-2009 Code for Engineering Survey of High Speed Railway [S].

Application of China Railway Survey Code in Overseas Projects

ZHANG Zhilun

(China Railway Eryuan Engineering Group Co.,LtD.,Chengdu 610031,China)

With the implementation of "One Belt, One Road" strategy, more and more Chinese-capital design & construction consulting enterprises will enter into overseas markets. Chinese technical standards and specifications are based on specific realities in China, which may not be applicable to overseas markets. A critical technology issue faced by these design & construction consulting enterprises is how to boost recognition of Chinese technical specification & standard and carry out relevant work for overseas projects under the condition of lacking basic information & data. Combining with the survey works of Ethiopia railway, highway and LRT projects, this paper mainly stated the specific issues settled by flexible use of Chinese survey specifications, aiming to share successful case about achieving effect in surveying work such as coordinate system and projection parameters selection, topographic map surveying and mapping, survey of plane control network and elevation control network, etc. so as to provide enlightenment and reference for future survey works in overseas projects.

engineering independent coordinates system； UTM Projection； satellite stereopsis； refining geoid

2015-07-01

張治倫(1967-)，男，工程師。

1674—8247(2016)01—0042—04

U212.24

A