高速铁路GPS控制网

关键词： 协因 特征值 精度 指标

高速铁路GPS控制网（精选九篇）

高速铁路GPS控制网 篇1

GPS控制网优化设计三种指标。1) 精度指标。根据GPS基线向量所建立法方程, 可以得到GPS网协因数阵Qxx。在GPS网设计阶段, 可采用协因数阵Qxx的迹来衡量GPS网精度指标。一般应用协因数阵Qxx的特征值最大值最小、特征值的行列式最小、迹最小、迹的平均值最小和最大特征值与最小特征值之间的比值或差值为准则来实现对整体网精度的优化。2) 可靠性指标。GPS网的可靠性是指发现或探测观测值粗差的能力和抵抗观测值粗差对平差结果影响的能力, 其中前者被称为内部可靠性, 后者被称为外部可靠性。3) 费用指标。在GPS网建设过程中, 经费消耗主要跟网中点的总数和重复设站数有关, 重复设站数越多, 精度和网的可靠性越高, 则建网费用越高。因此权衡三者关系, 对GPS网进行优化设计, 可以实现工程资源和工程质量的最佳配置。

2 GPS网优化设计

分以下几个方面论述:1) GPS零类优化设计。基线固定点的误差会给基线结果带来一定的误差, 因此必须对网的位置基准进行优化设计。GPS工程控制网多为约束网, 只需要选择国家、地方坐标系或转化为高程抵偿面的任意带高斯投影直角坐标系 (平面和高程) 下的一个或多个已知点作为位置基准, 但有时候根据特定要求, 方位基准可由网中给定的起算方位角值确定;尺度基准可根据边长的不同采用其它测量方法确定, 如采用较高精度的测距仪或全站仪施测2~3条基线边。在上述多基准约束网中, 最好先对它们进行相容性检验, 以免由于某个基准不匹配引起网形和比例尺发生变化。若网中无任何其它类型的己知起算点数据时, 可将网中一点多次进行GPS观测得到的坐标作为网的位置基准, 或按秩亏网处理, 选择重心基准。2) GPS网一类优化设计。GPS网一类优化设计即GPS网形设计。GPS网中点的精度与点位分布无关, 它不受网本身几何图形的限制, 主要和网中基线的边长有关, 从GPS网平差的原理可知, 网的形状对GPS网的质量没有直接影响。GPS网常用的布网形式有以下几种:跟踪站式、会战式、多基准站式、同步图形扩展式和单基准站式。以单基准站式为例, 它称为星形网方式, 它是以一台GPS作为基准站, 在某个测站持续观测, 其余接收机在其周围流动观测, 这样就与基准站建立起若干条同步基线, 其形状类似于星形, 故称之。其特点是布网效率高, 但图形强度弱。

3 高速铁路控制网测量方案及技术要点

3.1 基准网和CPI的建立

我国基准网、CPI和CPⅡ主体是应用GPS静态测量技术测设的。在进行GPS静态测量时, 天线严格置平对中, 其中基准网宜建成强制归心标志。每个时段观测前、后各量天线高一次, 两次较差值小于2m m, 取均值作为最后成果;天线定向标志线指向正北;观测过程中不得在天线附近50m以内使用电台, 10m以内使用对讲机;在一时段观测过程中不允许进行以下操作:接收机关闭又重新启动, 进行自测试, 改变卫星截止高度角和数据采样间隔, 按动关闭文件和删除文件等功能。GPS基准网、CPI和CPⅡ构成三角形与四边形独立闭合环, 一般应用四台GPS仪器同步观测, 尽量保证足够的重复设站数目, 以确保控制网有足够的多余观测数。在进行GPS外业测量过程中, 对当天的观测数据进行初处理, 以便及时发现问题, 确保观测数据的质量。数据的初处理采用广播星历和商用软件解算当天观测的基线, 用于解算基线的起算点在WGS-84坐标系中的绝对坐标精度不低于3m, 可通过单点定位得到。基线观测值应进行异步独立环闭合差检核。GPS基准网的基线解算, 以我国境内IGS站的ITRFZ000坐标为起算数据, 因此需要联测IGS站点。采用IGS精密星历, 使用Gamit精密基线解算软件进行计算, 各个时段基线解算时的参数设置如下:1) 钟差改正采用广播星历中的钟差参数, 接收机钟差改正由伪距观测值计算;2) 电离层折射影响用LC观测值消除, 对流层折射根据标准大气模型用萨斯坦莫宁模型改正, 并在每个测站上每隔4小时加上一个天顶方向上的折射量偏差参数;3) 星天线相位中心偏差改正采用Gamit软件的设定值。若量取接收机天线高时计入了其相位中心偏差, 则将接收机天线的相位中心偏差设置成O;4) 卫星截止高度角为15度, 历元间隔为30秒;5) 固定IGS轨道, 固定起算点坐标;6) 数据处理时首先采用AUTCLN模块自动对失周进行处理, 如果AUTCLN不能全部修复或标定失周, 再用CVIEW进行人工修复或标定。由GAMIT解算的精密基线的同步环闭合差严格为O, 基线解算质量主要通过重复边和异步环闭合差来检核。

3.2 CPⅡ的建立

1) 按导线网形式测量。CPⅡ控制点采用TCA20O3、TC1800全站仪或其他同精度的全站仪进行施测。导线边长测量, 读数至0.1毫米。距离和竖直角往返各观测3测回, 竖角指标差簇15″, 外业采用竖直角计算平距。其中TCAZOO3全站仪测角精度0.52″或者1″, 测距精度1mm十lppm。导线测量数据使用电子手簿记录, 导线边应离开障碍物1m以上, 数据微机传输整理。对测距边水平距离进行高程归化和投影改化后进行严密平差计算。CPⅡ导线边长度比较接近, 可以看作是等边直伸导线网。2) 使用GPS建立CPⅡ。根据《客运专线无碴轨道铁路工程测量暂行规定》规定, 应执行C级网施测。施测时联测CP工GPS网关联的基线, 基线质量检验的限差应符合CPI级GPS网测量的要求, 以关联的CPI级GPS点为起算数据, 测量成果的精度应同全站仪的要求。设站点应选择在稳固可靠且不易被施工破坏的范围内, 便于测量及施工放线的地方。点位应便于安置GPS接收机或全站仪, 周围视野开阔, 便于GPS卫星信号的接收, 便于下一级CPIH控制点测量;离大功率无线电发射源 (电视台、微波站) 的距离不小于200m, 离高压输电线距离不得小于50m;附近不应有强烈干扰卫星信号接收的物体, 尽量避开大面积水域。点位中误差同样控制在士15m范围内。相邻点中误差可控制在10mm范围内。

3.3 建立CPⅢ

CPⅢ基桩控制网按五等导线标准按后方交会方法进行施测。本文主要论述精密测量, 暂时不再赘述。

4 结语

应当指出, 除了上述的测量方案和要求外, 工程应用中应进一步探讨高程控制网各项技术指标。如高程精密测量中, 高程系统的高差换算成1985国家高程基准。平差前应进行测段往返测高差不符值、闭合或附合路线闭合差检核和每km高差中数偶然中误差计算等。

参考文献

[1]朱颖.客运专线无柞轨道铁路工程测量技术[M].北京:中国铁道出版社, 2009.

高速铁路GPS控制网 篇2

摘 要：高速铁路工程项目建设的周期中，测量控制工作是一项重要的技术保障，文章主要从施工单位的角度出发，较为详细地介绍了平面控制网CPⅠ、CPⅡ和线路水准基点的复测方法、作业程序和技术要点，形成了一套较为完整的控制网复测技术总结，为同类铁路工程控制网复测提供了一个可参考的技术指导。

关键词：控制网复测；GPS测量；二等水准测量 1 测量控制网的概述

在高速铁路平面控制测量工作开展前，为了满足平面GPS控制测量三维约束平差的要求，首先采用GPS测量方法建立高速铁路框架控制网（CP0）。在框架控制网（CP0）基础上分三级布设，第一级为基础平面控制网（CPⅠ），主要为勘测、施工、运营维护提供坐标基准；，第二级为线路平面控制网（CPⅡ），主要为勘测和施工提供控制基准；第三级为轨道控制网（CPⅢ），主要为轨道铺设和运营维护提供控制基准。

高速铁路工程测量高程控制网分二级布设，第一级线路水准基点控制网，为高速铁路工程勘测设计、施工提供高程基准；第二级轨道控制网（CPⅢ），为高速铁路轨道施工、维护提供高程基准。2 测量控制网的复测内容和频次

高速铁路工程建设期间，要加强CP0、CPⅠ、CPⅡ及线路水准基点控制网复测工作。控制网复测分为定期复测和不定期复测，定期复测多由建设单位组织实施，不定期复测由施工单位实施。

定期复测是对高速铁路平面高程控制网全面复测，复测内容包括全线CP0、CPⅠ、CPⅡ及线路水准基点。复测频次要求如下：

（1）施工单位接桩后，应对CPⅠ、CPⅡ和线路水准基点进行复测；（2）CPⅢ建网前，CP0、CPⅠ、CPⅡ和线路水准基点应复测一次；（3）工程静态验收前，CP0、CPⅠ、CPⅡ、CPⅢ及线路水准基点复测一次；（4）特殊地区、地面沉降地区或施工期间出现异常的地段，适当增加复测次数。不定期复测的测周期一般不大于6个月，施工单位要根据工程的施工阶段需要及时开展。不定期复测的内容包括CPⅠ、CPⅡ、线路水准基点等，主要是检查控制点位的相对精度是否满足规范要求，点间的相对位置是否发生位移。当复测成果较差超出规范要求时，要分析原因，测量结果报相关单位确认。3平面控制网CPⅠ、CPⅡ和线路水准基点控制网施工复测一般规定

工程开工前，施工单位会同设计单位参加由业主组织并有监理单位参与的控制桩和测量成果资料交接工作。施工单位要对设计单位交付的CPⅠ、CPⅡ平面控制网和线路水准基点控制网进行复测。为确保高速铁路轨道的线性，相邻施工标段、相邻施工单位之间应共同协商并现场确认交界处附近的同一对CPⅠ平面控制点和同一个水准点作为搭接和公共点进行复测。双方应签订共用控制点协议并使用满足精度要求的相同坐标和高程成果。标段内施工分段也需要进行确认搭接，并现场放样检查。线下工程开工前或至迟在结构工程施工前应完成CPⅠ、CPⅡ控制点和二等水准点的复测工作。基础平面控制网CPⅠ采用GPS测量。线路控制网CPⅡ宜优先选用GPS测量，也可采用常规导线测量。CPⅠ控制网的复测工作一般宜单独进行，当接GPS接收机数量较多时，也可和CPⅡ的复测同时进行，但要分别处理数据。因为精度等级不一样，CPⅡ需要附合到CPⅠ控制点上。线路水准基点复测采用几何水准测量，跨河水准依据《国家一二等水准测量规范》可以采用三角高程法、GPS高程法。

平面、高程控制网复测布网要求及主要技术要求

平面、高程控制网复测布网要求及主要技术要求与原设计单位施测时一致，具体要按表

1、表

2、表3规定执行。5 测量仪器的配置

（1）GPS接收机：CPⅠ、CPⅡ控制测量要采用双频接收机，其标称精度不低于5mm±1ppm；同步观测的接收机数量要不少于4台。

（2）全站仪标称精度应不低于2″、2mm±2ppm。

（3）水准仪标称精度应不低于DS1并应配相应的因瓦尺。6平面控制网的复测 6.1 CPⅠ、CPⅡ平面控制网复测

复测平面控制网时应采用边联结方式构网，并组成三角形或大地四边形相连的带状网。可以将CPⅠ、CPⅡ同时构网观测，但要提前做好规划设计，要满足CPⅠ有独立的边联结方式的三角形或大地四边形相连的带状网，以便于后续的基线解算和网平差。现场观测作业时严格按照相应等级的技术要求进行观测，做好相应的记录工作。若需要联测CP0时，可将其纳入CPⅠ控制网，每个CP0最好有三个方向与之相连。

原始观测数据采集完成后，利用对应仪器的或专用的基线解算软件进行基线解算，要分别进行CPⅠ、CPⅡ网的基线解算，生成各自复测需要的CPⅠ、CPⅡ基线向量文件。解算的基线向量结果要满足该仪器以及解算软件的质量指标，同时检查同步环和独立环的闭合差以及重复观测基线的较差，并应符合表4的规定。

表4 基线质量检验限差表

注：，其中？滓为基线弦长标准差（mm）

a固定误差（mm）；b比例误差系数（mm/km）；d相邻点间距离（km）；n闭合环边数。

在基线的质量检验符合要求后，利用专用的GPS测量平差软件，将所有独立基线构成控制网，以三维基线向量及其相应的方差、协方差阵作为观测信息，以复测区段中的一个点的WGS-84的三维坐标为起算数据，进行无约束平差。CPⅠ、CPⅡ网分别各自平差。无约束平差中基线向量各分量的改正数绝对值需满足对应等级的限差要求：

利用满足无约束平差指标要求的基线向量网，在本次复测区段或标段对应的独立坐标系（与设计坐标系相同的基准，如中央子午线经度、坐标系投影面高程和高程异常值等）下，进行二维约束平差。CPⅠ控制网约束平差时选取本次复测区段中较为牢固稳定的首、中、尾三个点或首、尾两个点作为约束点，进行二维约束平差，用作CPⅠ控制网约束平差的约束点间边长相对中误差需满足1/250000；CPⅡ控制网 约束平差时选取本次复测区段内所有联测的CPⅠ点作为约束点，进行二维约束平差，用作CPⅡ控制网约束平差的约束点间边长相对中误差需满足1/180000。约束平差基线向量改正数与无约束平差的同名基线改正数的较差应符下式的规定，否则，认为参与约束的已知坐标误差太大，应删除误差较大的约束值，直至下式满足：

对于复测控制网长度太长、横跨多个投影带，可采用分区平差。平差时相邻两分网应有一定数量的重合点，重合点在两分网中坐标之差不得大于点位中误差的2倍。

二维约束平差后输出的平差成果即为与设计坐标系相同基准的复测坐标成果，将CPⅠ、CPⅡ控制点复测成果与设计成果的坐标和相邻点间坐标差之差的相对精度进行比较，限差要求见表5。当以上两项比较满足限差要求时，采用原设计成果。当较差超限时，要进行再次复测，查明原因，并采用同精度扩展方法更新成果，提交相关单位确认。

表5 CPⅠ、CPⅡ控制点复测坐标较差限差要求

注：表中坐标较差限差指X、Y坐标分量较差。

表中相邻点间坐标差之差的相对精度按下式计算：

式中：

S为相邻点间的二维平面距离或三维空间距离；

复测结果比较样表：

表6 CPⅠ、CPⅡ坐标比较表

表7 相邻CPⅠ点对比较表 6.2 CPⅡ导线复测

CPⅡ导线复测要附合在稳定可靠的CPⅠ控制点上，水平角观测采用方向观测法。导线边长测量进行仪器加常数、乘常数和气象改正，距离归算至工程设计的投影高程面上。导线水平角、距离观测满足表8和表9的相关规定。

表8 导线水平角观测限差规定及技术要求 表9 导线测边限差规定和技术要求

注：

1、一测回是全站仪盘左、盘右各测量一次的过程

2、测距仪精度等级如下

Ⅰ级 |mD|≤2mm

Ⅱ级 2mm mD为每千米测距标准偏差。即按测距仪出厂标称精度的绝对值，归算到1km的测距标准偏差。

CPⅡ导线复测的外业完成后，利用专用平差计算软件，选取导线附合的CPⅠ点作为已知点进行平差计算，平差结果中的导线复测的测角精度、测边精度、以及导线全长相对闭合差和方位角闭合差，都要应符合表3的规定。

符合表3规定后，将复测成果与设计单位成果进行比较。复测与设计的导线水平角、导线边长和导线点坐标较差的限差应符合表10的要求。

表10 CPⅡ导线复测成果限差要求

注： 为仪器标称精度。

当隧道洞内CPⅡ控制测量的导线附合长度大于7km时，导线等级为隧道二等。

当以上各项比较满足限差要求时，采用原设计成果，不能满足限差要求时，要进行再次复测，查明原因，并采用同精度扩展方法更新成果，提交相关单位确认。

表11 复测水平角比较表

表12 复测边长比较表

表13 复测坐标比较表 7 高程控制网复测 高程控制网复测就是对线路水准基点的复测，从本次复测区段或标段与相邻标段共桩点开始联测区段内所有线路水准基点至区段结束段与相邻标段的共桩点，多采用满足精度要求电子水准仪，按二等水准测量技术要求施测。水准测量数据采集完成后，对外业观测数据进行各项指标检查、验算，各项精度指标和限差满足要求后，利用专用的测量平差软件进行严密平差计算。平差计算时选取本次复测区段内首、中、尾三个或首、尾两个水准点作为已知点进行平差计算，平差结果中的高差偶然中误差M？驻和按环闭合差算得的全中误差MW要满足二等水准测量的技术指标。

当检测已测测段高差之差满足表14中规定要求时，采用原设计成果，当较差超限时，要进行再次复测，查明原因，并采用同精度扩展方法更新成果，提交相关单位确认。

表14 水准测量精度要求

注：1K为测段水准路线长度，单位为km；L为水准路线长度，单位为km；RⅠ为检测测段长度，以千米计；n为测段水准测量站数。

2当山区水准测量每公里测站数n≥25站以上时，采用测站数计算高差测量限差。

当复测区段内有跨河情况时，严格按照国家二等水准的跨河水准测量的技术要求进行测量。

高程控制网复测结果比较样表：

表15 复测高差统计表

表16 与设计高差比较表

表17 高程复测比较表 8提交的复测成果报告

高速铁路GPS控制网 篇3

关键词：GPS系统；测绘；测量

一、工程概况

本工程坐落于湖州市长兴县，项目起于杭长高速公路泗安至安城段与申苏浙皖高速公路交叉点（桩号K94+992），终于长兴白岘乡与江苏宜兴茗岭镇交界处的葡萄岭（桩号K125+402），路线全长30.41Km。全线设中特大桥2670m/2座，大桥3187.5m/11座，长隧道3042.5m/1.5座，中短隧道1016m/2座，枢纽1处，一般互通3处，服务区1处（与槐坎互通合建），主线收费站1处，连接线6200m/1条以及必要的交通安全、服务等设施。

二、平面控制测量

按设计要求，全线统一布设了一级GPS控制网，新测26点。

一级GPS网野外数据采集用美国TRIMBLE公司5台GNSS R8-3和3台4600LS接收机以静态模式进行观测，全线形成带状网，全网采用边联式构网。

（1）GPS控制点的布设和选埋

一级GPS点点位均选择在测区附近，主要在道路、桥梁等地带，基本能保证GPS信号无障碍接收，受地形限制，个别点位视场内高度角有大于15?的障碍物。

新测一级GPS点点位利用实地查找到的已有控制点，部分为本项目设计阶段的一级点位，也有小部分为当地布设的测量控制点。

线路总长约36.61Km，共布设一级GPS点26点，平均边长约1.40Km左右一点，符合规范要求。由于点位间距较远，故各点间互不通视。

GPS控制点均采用了永久性测量标志，由于利用实地已有控制点，故标志有铜标志、不锈钢标志等。测区内利用的老点新旧点号对照见下表3。

（2）GPS控制点的编号及点之记制作按下列要求进行：

一级GPS点编号采用了“GIXX” 的样式，即“GI01，GI02……GI26”，均流水编号，在测区范围没有重复或者空号。

在埋石工作完成后按统一格式对点之记进行绘制和整理。点之记采用相对固定地物对点位位置进行说明，点位至相对固定地物用皮尺量至厘米。

（3）GPS控制点外业观测

接收机标称精度均满足《卫星定位城市测量技术规范》的要求。其中仪器标称精度最低10mm+5*10-6*D。观测过程中PDOP值不大于6，卫星高度角大于15°，有效卫星数大于4。观测时段长度均大于45分钟，数据采样间隔率为15秒，从而保证了较好的星座图形强度和数据采集量。天线高每时段前后各量取一次，互差小于3mm，取平均值记入观测手簿。

（4）观测数据的存储备份

观测数据当天全部下载至微机。计算机硬盘中保存一套，其它存储介质中保存另一套。

（5）外业数据的检核

基线使用数据处理软件TBC2.60处理，采用单基线模式解算，处理后本网独立基线网平均基线边长为3.196km，其中最长基线9955.156m（GI13～三尖山），最短基线809.853m（II长于08～GI02），计算本网 = =18.85100mm（其中a=10mm、b=5ppm，D取平差基线网的平均边长，单位为Km）。全网共观测10个时段，本网选择基线构成同步观测环11个，异步观测环70个进行检核进行检核，9条复测基线进行比较，同时采用同济大学GPS_NET检查56个独立基线闭合环，其精度均满足《卫星定位城市测量技术规范》的要求。

复测基线中长度较差均符合《卫星定位城市测量技术规范》ds≤ （其中d取实际平均边长）的要求，复测基线较差最大值ds=0.013m（GI12～GI14），允许限差为0.047m，小于限差要求。

（6）GPS控制网的平差

无约束平差：在基线向量解算结果各项指标符合要求后，采用天宝公司软件TBC2.60进行平差，所取基线为独立基线。首先进行GPS基线网的无约束平差（最小约束平差），以GI12为固定点，无约束平差将更有效全面地考核GPS网的内部符合精度，并衡量已知点成果精度是否含粗差。测区GPS网无约束平差在WGS-84坐标系下进行，经x2（对整个观测量群）统计检验通过，各观测值t（对各观测元素）统计检验均通过，平差后单位权方差为1.00，观测值不含粗差。

约束平差：在无约束平差对观测值及已知数据全面检核通过后，进行GPS基线向量网的三维约束平差，以求得最终成果。本网采用1954年北京坐标系和1980西安坐标系，中央子午线均为120°00′，GPS网约束平差以3个C级点、2个D级点为平面约束点，以12个水准点为高程约束点。无约束平差对控制网内部精度进行检核，精度良好；约束上述起算点后本网比例因子0.99997839，成果可靠作为本网的平面起算数据。约束平差x2统计检验通过，90条基线观测值t检验获通过，平差后单位权方为1.00，由于软件不能输出基线向量改正数，故采用部分约束平差的方法进行已知点推算（固定4个点）。平差后最弱边相对精度为1/51753（Ⅱ长于08～GI02），基线长809.828m，边长改正数为0.016m，本网最弱点位中误差为0.029m（GI23），均符合精度限差要求。

三、高程控制测量

因土地勘测定界对高程精度不作要求，且根据对浙江省交通规划设计研究院提供的已有高程控制测量成果的分析，本项目高程采用GPS拟合高程。

本次拟合高程起算利用了C级GPS点带有水准成果的2个控制点，同时还选取了新测点与老点点位重合、又有四等以上水准成果的控制点，作为高程拟合起算点。

四、图根控制测量

在全线统一布设的一级控制网基础上进行图根控制测量。图根控制采用RTK测设。

图根点均选在通视良好、容易设站并尽量避免附近有大功率无线电发射源或高压输电线等影响接收卫星信号的地方。图根点标志在水泥、沥青路面主要以水泥钉、铆钉、油漆等材质作为标志，其他地段则采用临时标志，如木桩等。

图根点密度以满足测图要求为前提，线路总长36.61Km，扣除隧道，实测总长约33.4Km，共布设RTK图根点542点，平均密度为约0.07Km左右，其密度能够满足地形测量的需求。主要分布在测区沿线，个别点位在实测地形图范围外边。采用“英文字母” +“阿拉伯数字”表示，例如“T001、B01”，由于外业测绘过程中出现超差等因素，编号出现个别空号等情况。

RTK测量中执行《全球定位系统实时动态测量（RTK）技术规范》的各项要求。利用省CORS系统进行实地测设工作，整个测区分成三段：泗安镇、槐坎乡和白岘乡。施测图根点前，均进行已知点采集、求取转换参数等工作。

上述转换参数均符合规范中的平面坐标转换残差不应大于图上0.07mm、高程拟合残差不应大于1/12基本等高距的要求。转换参数求定后开始采集图根点，流动站观测时采用了对中杆进行对中、整平，每个图根点观测历元数均大于20个，并使仪器倒置后或者初始化后再次测定一次。两次观测值内业按平面观测值较差不大于图上0.1mm、高程较差不大于1/10基本等高距的要求比较，没有超出限差要求的取其中数作为最终成果，有超出的现场重新测定符合要求才使用。本测区图根只提供成果表。

五、质量检查情况

一级GPS网网型牢固、点位选择合理、密度满足设计书要求；GPS原始记录完整；起算点成果数据抄录正确；点之记绘制基本符合设计书要求、简洁、易读；外业观测数据真实、可靠。

基线向量解算正确、精度符合规范及设计书要求；基线处理合理、精度良好；GPS无约束平差中基线分量改正数满足规范及设计书要求；GPS约束平差结果各项限差满足规范及设计书要求。

高速铁路GPS控制网 篇4

1 制定工作流程

由于复测工期短,测量任务大,因此必须制定严格的作业计划,分配好时间,具体工作流程:1)编写复测技术设计书;2)制订复测实施方案;3)组织人员进场及仪器设备调度;4)交接桩和接收资料;5)GPS外业测量;6)内业处理;7)编写复测成果报告。

2 坐标系选择

复测的坐标系统与设计相同,即:平面坐标系统采用施工坐标系,形式为任意带高斯投影平面直角坐标系,参考椭球为2000国家基本椭球。

3 外业实施方案

控制网复测前先应进行现场勘查,检查标石的完好性及点位分布情况。CPⅠ控制网以CPⅠ点作为连接边,采用边连式构网,控制网以三角形或大地四边形为基本图形组成带状网,按GPS B级网的精度要求进行。最弱边相对中误差小于1/170 000,基线边方向中误差不大于1.3″,控制网构网方式见图1。

为了保证相邻标段正确衔接,复测时应与相邻标段联测两个CPⅠ点作为双方单位的共用桩点。

4 数据处理和平差方法

4.1 内业数据处理及精度评定

1)GPS网基线解算与网平差采用商业软件。基线解算采用广播星历,按仪器制造商提供的软件按静态相对定位模式进行,网平差软件采用行业认可度较高的后处理软件进行平差处理。2)外业数据质量检查和数据预处理。对GPS观测数据异步环、重复基线进行计算检核。及时进行观测数据的处理和质量分析,检查其是否符合规范和技术设计要求。当检查发现观测数据不能满足要求时,应对成果进行全面分析,必要时应补测或重测。当各项要求符合标准后,进行GPS网的无约束平差。

4.2 内业数据平差计算方法

1)基线处理。

GPS平面控制网采用GPS商业处理软件进行基线解算和平差处理;基线处理时删除观测条件差的时段和观测条件差的卫星不让其参与平差。

2)CPⅠ控制网的平差。

基线解算完成后,应在WGS-84椭球下进行CPⅠ控制网的无约束平差。对所需的基线解进行选择,形成基线向量文件,即三维向量网平差所需要的基线向量,进行GPS三维向量网的无约束平差,作用是在WGS-84空间直角坐标系中进行三维向量网平差。平差时需要输入一个点的三维坐标,并生成基线向量文件。

三维无约束平差后即可进行二维网联合平差,一般选择标段首尾和中部2个～3个CPⅠ的二维平面坐标作为已知起算点进行整网二维约束平差。CPⅠ约束平差前,应先进行起算点的稳定性检验。如取标段开始点CPⅠ的设计坐标、首尾点的设计方位为起算依据(固定一点一方向),将三维无约束平差成果转换到高斯平面(与设计坐标系基准相同),首尾CPⅠ点的基线边长较差相对精度满足1/170 000,认为起算点的相对几何关系正确,精度可靠后选取已知点作为约束平差的起算基准。

确定约束平差后,按照设计院投影分带的设置,对CPⅠ坐标成果按不同投影带进行投影变换,获得各投影带相应WGS-84椭球的高斯投影平面坐标。

5 评判方法及超限处理

根据CPⅠ复测网的异步环、重复基线差、坐标点位精度的统计,在确认CPⅠ复测网精度满足B级GPS网要求的前提下,进行CPⅠ控制点复测坐标与原测坐标的比较,复测边长与设计边长的比较。当CPⅠ控制点的复测满足X,Y坐标差值不大于±20 mm,基线边长较差小于1/130 000时,认为设计单位所交CPⅠ控制点精度满足规范要求,采用设计单位勘测成果。

当复测结果与设计单位提供的勘测成果不符时,必须重新复测。当确认设计单位勘测资料有误或精度不符合规定要求时,应与设计单位协商对勘测成果进行改正。

6 结语

位置基准和方位基准的选择、不同分带间的坐标转换、基线解算基准参考站的合理选择是决定GPS控制网成果精度的重要因素。因此,进行铁路客运专线GPS首级控制网复测方案设计时应慎重考虑。

参考文献

[1]梅熙.GPS技术建立铁路客运专线平面控制网若干问题探讨[J].铁道勘察,2005(5):3-7.

[2]王建.GPS在南京地铁洞外平面首级控制网复测中的应用[J].隧道建设,2005,25(6):35-37.

[3]王铁生,张冰,赵仲荣.地铁高精度GPS控制网及其起算点兼容性分析[J].华北水利水电学院学报,2004,25(1):8-10.

[4]汤均博,张书毕.基于预报星历的GPS控制网的优化设计[J].工程勘察,2007(1):64-67.

高速铁路GPS控制网 篇5

1 勘测设计阶段控制测量工程概况

1.1 己有测量成果

该段勘测设计工作开始, 既有工程控制测量数据资料情况如下。

国家A、B级GPS点12个, 间隔为50km左右, 各点基本与既有二等水准路线公用, 分别为B1215、B1218、B1219、B1233、B1235、B1238、B1239、B1256、B1258、B1278、B1280、B1282。

1.2 施工坐标系选择

在观测过程中, 联测上述点, 进行基准网的测设。施工坐标系统均采用2000国家大地坐标系椭球参数:a=6378137m、f=1/298.257222101, 坐标系的分界处一般都选择在直线段且不在隧道或站场范围内;不在曲线上;同一隧道范围内一般不采用两个不同的施工坐标系;隧道与曲线连接的段落, 坐标系不能分开设计的, 投影变形值超过1/100000的采用加密CPII控制点和进行长度改化方式予以解决施工放样问题。

1.3 己有测量成果的评价和利用

本线在原勘测设计阶段己经充分考虑了投影变形的影响, 因此本次精密控制测量的坐标系统可以利用原勘测阶段的坐标系统参数。既有工程控制网坐标系统设计参照依据为《高速铁路测量暂行规定》相关要求, 在精度等级、分布密度、规格和埋深都与无碴轨道施工控制网要求存在较大差距, 不能满足无碴轨道铺设技术要求, 需在全段建立满足无碴轨道铺设要求的精密工程控制网。本段原勘测阶段联测的国家三角点兼容性差。因此应重新建立B级GPS框架网——基准网, 以便作为后续精测网的起算约束点。但是要与原有约束点进行联测, 以确保新建精测网资料与既有勘测设计资料保持一致。

2 高速铁路测量平面控制网处理实例分析

2.1 基准网基线解算

(1) 基准网网中的GPS基线向量采用精密星历和精密基线解算软件Gamit进行平差计算, 其解算的精密基线的同步环闭合差严格为0。 (2) GPS的基线解算质量主要通过重复边和异步环闭合差检核。 (3) 基准网严格按照技术要求进行观测, 在内业数据处理时, 分3种方式进行基线向量解算。

(1) 24h作为一个时段, 整体计算; (2) 将24h分成2个时段, 每个时段16个小时, 中间重复4h; (3) 24h分成4个时段, 每个时段6h。

经过对比分析, 3种方法计算结果差值均<10mm, 最终成果采用将24h分成2个时段的计算结果。

由于两种约束网平差坐标成果之间存在较大差异。点位空间三维坐标分量差值最大达到9mm, 基线长度差值最大达到5mm。这一差异主要由双方选用坐标位置基准和约束平差方法的不同而产生的。

为了保证该段精密工程控制测量的CPO控制网坐标基准的统一, 采用精测网评估验收专家组建议该段铁路客运专线工程CPO控制网坐标采用评估验收专家组计算的CPO约束网平差计算的坐标成果统一平差。

2.2 CPI和CPII基线解算

该段高速铁路CPI和CPII是采用GPS静态差分技术, 按照相关规范布设的。限于精度要求, 它们一般选用Leica或者Trimble双频GPS接收机来采集数据。数据采集完成后, 经预处理没有任何问题后, 将所有原始观测文件 (Trimble数据需转化为rinex数据) 输入商用软件LGO7.0, 再对点号、天线量高方式、天线高复核后进行基线解算基线解算前, 考虑以最佳的方式构网。数据采集过程一般采用4台GPS在各自的测站上, 同时观测相应的时间, 便完成一个时段测量;然后, 以边连的方式, 其中2台不搬站, 另外2台仪器翻滚推进或者4台仪器分两组共同推进, 准备进行下一个测段。其中翻滚推进方式的两个处于不搬站的仪器应改变仪器高。

其中A、B、C、D为同步观测的4台接收机。CPI和CPII在LGO软件的构网方式一般采用由3条同时段采集的基线和另一时段公用边基线构成异步环, 各异步闭合环采用边连式连接, 逐环构网。在联测基准网时, 有可能采用3台仪器观测, 此时也应用边连式连接其它异步环。CPI和CPII构网的唯一不同点只是CPI观测了2个时段, 要进行两次异步环的连接。

WGS-84坐标系下基线解算设置一般采用软件系统推荐的系统缺省值, 均解算出整周未知数, 同时存储基线结果, 并将异步环数据导出为asc格式ASCⅡ码基线文件。然后把asc格式文件导入软件依次进行闭合环差计算, 无约束平差、建立相应的坐标系, 输入已知点坐标进行约束平差。

2.3 CPI和CPⅡ精度分析

(1) CPI和CPII重复独立基线和异步闭合环误差统计该段高速铁路数据处理过程中, CPI共取独立基线942条, 独立重复基线共407条, 其中较差最大的为22.3mm, 为19.9mm, 为21.3mm, 为21.2mm;重复基线均小于限差。

CPI和CPII均形成独立三、四边双基线异步环。CPI独立环闭合差分量及闭合差最大的为13.1mm, 为19.6mm, 为21.9mm, 为23.2mm;CPII取独立基线后, 独立闭合环闭合差分量及闭合差最大的为16.1mm, 为17.2mm, 为18.2mm, 为15.8mm, 均符合限差要求。

(2) 不同等级GPS网部分同、异步闭合环限差分析。

对CPI、CPII和D级分别建立同、异步闭合环, 在软件TGPPSWin32中进行最小独立闭合环的解算。然后从各级控制网中所有同、异步环中任意选取构网相同的对应闭合环, 进行同、异步环闭合差分量及闭合差统计分析。计算闭合环精度可以得出, CPI同步环与异步环闭合精度和闭合差相当而CPII和D级网主体上异步环大于同步环闭合精度和闭合差, 也就是说当同步环满足限差的时候, 异步环不一定能满足, 建立异步环闭合环在精度控制方面优于同步环闭合环。建议在CPI数据处理时, 同时构建同、异步环进行对网闭合差的检核, 以保证原始数据的可靠性。而对于CPII D级网, 在数据处理过程中, 可只构建异步环对闭合环的检核。

2.4 平差计算精度分析

(1) 无约束平差及精度分析。

复测基线及异步环满足要求后, 继续在测量软件TGPPSWin32中进行无约束网平差计算。对观测值标准差、后验中误差、残差和点位精度进行统计分析。剔除粗差和明显的系统误差, 同时考察网的内符合精度, 从网平差报告和上述分析看, CPI无约束平差基线向量改正数最大为3.6mm, 为10.6mm, 为14.9mm, 点位标准差基本在2.2mm~8.8mm范围内波动, 大地坐标经纬度RMS主要分布在0~4.5mm, 高程RMS主要分布在0~10mm, 平面精度控制在0~6mm以内, 高程精度控制在0~11mm以内;而CPII无约束平差基线向量改正数最大为1 9.7mm, 为1 3.1mm, 为7.6 mm, 点位标准差基本在2.5mm~10mm范围内波动, 大地坐标经纬度RMS主要分布在0~4.9mm内, 高程RMS主要分布在0~10mm平面精度控制在0~6mm以内, 高程精度控制在0~13mm以内。其上指标均严格符合限差要求, 说明基线向量网内符合精度很高, 基线向量网的质量十分可靠。

(2) 约束平差结果分析。

CPI起算点选用基准网控制点的成果, 采用任意带高斯正形投影抵偿坐标系在软件上整体平差, 点位中误差最大为3.1mm, 最大为2.9mm, 均小于±10mm的限差, 满足规范要求。基线边方向中误差最大为1.0″ (CPI2016-B1218) , 小于1.3″的限差, 满足规范要求。相邻点相对点位中误差最大为3.60mm, 小于 (8+D*lppm) 的限差。最弱边相对中误差最大为1/195171 (CPI2018-CPI2019A) 严格小于1/180000的限差, 满足规范要求。

CPII起算点选用CPI控制点的成果, 同样分别用两种任意带高斯正形投影抵偿带在WGS-84坐标系应用软件上整体平差, 点位中误差最大为2.9mm, 最大为2.6mm, 均小于±15mm的限差, 满足规范要求。基线边方向中误差最大为1.05±, 小于1.7±的限差, 满足规范要求。相邻点相对点位中误差最大为4.50mm, 小于14m的限差。其相对中误差数量级均为10~7, 满足规范要求。

摘要：为了适应高速铁路高速行车的平顺性和舒适性的要求, 高速铁路轨道必须具有较高的铺设精度, 甚至精度要保持到毫米级范围内。本文基于笔者多年从事铁路控制测量的相关工作经验, 以笔者参与的某高速铁路控制测量为研究对象, 探讨了高速铁路测量控制网技术, 论文首先分析了测量工程的概况, 进而给出了测量平面控制网的实例, 全文是笔者长期工作实践基础上的理论升华, 相信对从事相关工作的同行有着重要的参考价值和借鉴意义。

关键词：测量,平面控制测量,基线解算,精度分析

参考文献

[1]金时华.多面函数拟合法转换GPS高程[J].测绘与空间地理信息, 2005 (6) .

高速铁路GPS控制网 篇6

京沪高速铁路精密控制测量网的布设由设计单位按分级布网的原则, 分基础控制网C PⅠ和线路控制网C PⅡ布设, 精度分别为B级和C级G P S网, 高程控制网为二等水准网。

1 投入的测量仪器

(1) GPS接收机, 具体参数见表1。

(2) 精密水准仪, 具体参数见表2。

2 工作流程

根据实际复测的工作量, 制定严格的作业计划, 具体工作流程见图1。

3 精密控制测量网复测内容及精度等级要求

3.1 复测内容

复测内容包括:

(1) CPⅠ控制网复测;

(2) CPⅡ控制网复测;二等水准高程控制网复测。

3.2 复测精度

根据规范要求, 控制网复测按以下精度实施复测:

(1) 基础控制网CPⅠ按GPS网B级精度要求进行;

(2) 线路控制网CPⅡ按GPS网C级精度要求进行;

(3) 高程控制网按二等水准测量精度要求进行。

4 平面控制网复测

4.1 GPS测量网形设计

控制网复测前首先应进行现场勘查, 检查标识的完好性及点位分布情况。构网原则应与设计控制网的构网方式相同, G P S网以C PⅠ对点作为联结边, 采用边联式构网, 控制网以大地四边形为基本图形组成带状网, CP0与CPⅠ的联测组成大地四边形 (见图2) 。CPⅡ控制网沿线路形成带状网, 约束至相邻的C PⅠ控制点构成附合网, 全网采用边联式构网 (见图3) 。本标段有3个CP0坐标框架基站点X C Z3、X D Z4和J N05。其中, X C Z3位于京沪高速铁路JHTJ-1标段内距JHTJ-2标段约40 km处;XDZ4位于本标段中部;J N05在济南站附近距本标段约7 k m。为了使复测成果与设计成果的比较准确可靠, 平面控制网复测时联测至这3个C P0坐标框架基站点上, 作为本标段C PⅠ平面控制网整体平差的依据。

4.2 GPS内业处理

4.2.1 平差软件

G P S网基线解算采用T r i m b l e后处理软件T r i m b l e Geomatics Office 1.63, 网平差计算采用武汉大学COSAGPS后处理软件。

4.2.2 基线解算

控制网基线解算采用广播星历, 外业观测结束后首先对观测基线进行处理和质量分析, 检查基线质量是否符合规范要求。基线处理时, 删除工作状态不佳的卫星数据和观测条件差的时段, 不让其参与平差。

4.2.3 CPⅠ控制网平差

基线解算完成后, 固定1个C P0控制点, 然后在W G S-84空间直角坐标系下进行C PⅠ控制网的无约束平差, 检查GPS基线向量网本身的内符合精度, 并剔除含有粗差的基线边。三维无约束平差后即可进行二维网约束平差。

二维网约束平差时, 先采用C O S A G P S后处理软件将3个C P0控制点X C Z3、X D Z4、J N05的三维空间直角坐标转换到中央子午线经度为116°45′、投影面大地高程为0、高程异常为0、参考椭球为W G S-84椭球的高斯坐标 (本标段所采用的坐标系) , 然后将C P0控制点X C Z3、X D Z4、J N05转换后的二维平面坐标作为已知点对复测的CPⅠ控制网进行整网约束平差。

4.2.4 CPⅡ控制网平差

C PⅡ控制网附合到C PⅠ上, 以复测后确认精度可靠的C PⅠ设计坐标为起算数据, 对C PⅡ控制网进行约束平差。

5 二等水准复测

5.1 复测方法

逐点复核相邻水准点间的高差, 通过复测高差与设计高差进行比较, 确认设计单位所交的高程控制点精度是否满足要求, 点位是否稳固可靠。

5.2 水准复测的数据处理及精度评定

(1) 二等水准复测以各水准路线测段往返测高差不符值计算每千米高差中数的偶然中误差, 合格后方可进行高差比对。否则应重测该段水准路线。每条水准路线应按测段往返测高差不符值计算偶然中误差MΔ。MΔ按公式 (1) 计算。

式中:Δ——测段往返高差不符值, mm;

L——测段长, km;

n——测段数。

(2) 由于标段属于区域地面沉降区, 存在水准点整体下沉的可能, 只对相邻水准点间的高差进行比较, 有时无法反映水准点的下沉情况。因此除逐点对相邻水准点间复测高差与设计高差进行比较外, 还将水准路线联测至济南基岩点、德州基岩点、沧州基岩点, 并将此3个基岩点作为已知点。采用《科傻地面控制测量数据处理系统》平差软件, 对本标段水准点进行平差计算, 进行各水准点高程比较。

6 复测应提交成果和资料

测量作业前应提交的资料包括:

(1) 《京沪高速铁路精测网复测技术设计书》;

(2) 测量单位的测绘资质证书、测量人员的测量作业证书。

测量作业结束后应提交的资料包括:

(1) 《京沪高速铁路精密工程控制测量网复测成果报告》;

(2) 《京沪高速铁路精密工程控制测量网复测G P S平差报告》;

(3) GPS网原始观测数据的文件拷贝;

(4) 测量单位的测绘资质证书、测量人员的测量作业证书;

(5) 仪器设备的鉴定证书;

(6) 水准测量的原始记录复印件 (上报存档) 。

7 结束语

此复测方法在京沪高速铁路精密控制测量网复测工作中得到了充分应用, 复测精度等级与设计一致, 成果可靠, 可应用于建网方式相同的高速铁路等铁路精密控制测量网的复测工作。

参考文献

[1]铁建设[2006]189号客运专线无碴轨道铁路工程测量暂行规定[S]

[2]BT10054—1997全球定位系统 (G P S) 铁路测量规程[S]

[3]GB/T12879—2006国家一、二等水准测量规范[S]

[4]铁道第三勘察设计院集团有限公司.新建铁路京沪高速铁路北京至徐州段平面控制测量技术总结[R], 2007

谈高速铁路精测控制网的测量 篇7

关键词：高铁,精测控制网,测量

0 引言

现在的高铁运行速度,基本上都能达到350 km/h,要保持这种旅客列车在这么高时速运行的安全性和舒适性,必须保证铁路轨道的平顺度。必须保障铁路施工测量的精准度,要对铁路进行精准测量,合理布设。

1 高铁精测控制网的控制标准

高速铁路的平顺度要求是很严格的,在线路方向,要保障每10 m弦的实测正矢与理论正矢的误差要不大于2 mm。高铁的轨道平顺度包括两个分量,线路方向和纵向方向。线路方向的不平顺主要是钢轨头内侧和钢轨方向垂直上的不平顺,凹凸不平[1]。

要保持线路的平顺度必须要严格控制高铁测量的精准度。但是对于线路的形状来说,平顺度只是单纯的局部误差,实际操作中我们不能把单纯的这个平顺度的要求作为高铁控制测量的精度标准,一定要全面考虑。平顺度对线路的误差有累积和扩大的趋势,当实际线路与设计位置偏离很远时,有时线路也可以满足这个平顺度要求的。

1.1 短波不平顺度误差

我们以直线线路为参考,如果在10 m处有2 mm不平顺度差异时,那么线路会出现一个82.5″的转折角,直线B会顺移至B′点,如图1。

每个不平顺度都具有一定的偶然性,所以可以按偶然误差来计算由各段的不平顺度产生的点位移,设AB为150 m,则mβ=127 mm。

1.2 长波不平顺度误差

长波平顺度要求是在150 m的范围内误差不超过10 mm,如果在150 m处有10 mm的不平顺度,那么线路将出现27.5″的转折角。设AB为900 m,则mβ=147 mm。

从控制测量精度来讲,对于无砟轨道铺设的平顺度要求150 m不大于10 mm,实际要比上面所说的每10 m弦实测正矢与理论正矢的误差不大于2 mm还要精准。但是如果仅是控制高铁的平顺度,还是不能保证轨道的整体线形的,我们还需要建立施工测量的控制网来对高铁进行精准测量,保证轨道的总体线形。

1.3 CPⅠ、CPⅡ的误差计算

计算最弱点的横向中的误差按导线测量方法公式为:

《客运专线无砟轨道铁路工程测量暂行规定》中要求的各级平面控制网布网要求如表1所示:

对于CPⅡ,取S=800 m,则可计算得mk=3.7 mm;

对于CPⅠ,取S=4 000 m,则可计算得mk=11.6 mm。

假定导线纵向误差等于横向误差,则可计算最弱点点位(核实)中误差分别约为5 mm和15 mm[2]。

相邻两点的相对中误差计算如表2所示:

2 平面控制网

高铁施工测量的平面控制分为三级布控,基础平面控制网CPI,线路控制网CPⅡ,和基桩控制网CPⅢ。基础平面控制网CPI是为高铁勘测、施工、运营维护工作提供坐标基准的,线路控制网CPⅡ是为高铁勘测和施工提供控制基准的,基桩控制网CPⅢ,主要为铺设无渣轨道和高铁运营维护提供控制基准。

2.1 CPI、CPⅡ的测量方法

CPI要按照铁路B级GPS测量要求实施测量,沿线路走向,每4 km设一个点或一对点,,保证最弱边相对中误差1/170 000,基线边方向中误差不大于1.3″。

CPⅡ要按铁路C级GPS测量要求实施测量,是在CPI的基础上采用GPS测量或采用导线测量方法。保持800 m～1 000 m的点间距离。最弱边相对中误差1/100 000;导线测量等级为四等,测角中误差2.5″,基线边方向中误差不大于1.7″,相对闭合差1/40 000。

2.2 CPⅢ的测量方法

CPⅢ控制网按照《客运专线无碴轨道铁路工程测量暂行规定》采用自由设站交会网的方法测量,又称为后方交会网测量。对自由测站的测量,要以2×3个CPⅢ点做为每个自由测站的测量目标,保证每个点每次测量都要测量3次,测量方法见图2。

CPⅢ控制点距离要保持60 m左右,但是不能大于80 m,观测CPⅢ点的最远距离不能超过180 m,一般是要求120 m左右。

在测量时要做好完整的测量记录:具体测量CPI、CPⅡ-点上的目标点的棱镜高、还有温度、气压,并将这些完整的记录在每个测量站上。每次测量前要完整输入起始点信息,保证每个测量点都测量三次,做好自由站记录。在线路上有长短链的时候,还要注意区分标记编号和那些重复里程。

2.3 CPⅢ的测量要求

a)CPⅢ在施测前,要进行详细的技术方案的设计:包括CPⅢ点的埋设与编号设计、CPⅢ与上一级控制点的联测方案设计、测量方法与精度设计、CPⅢ观测网形设计、以及所需要的仪器设备及其周期检定计划和内业数据处理方法设计、还包括具体的人员组织计划、应提交的成果资料清单和质量保障措施以及安全生产的注意事项等;

b)CPⅢ的外业观测采用全站仪的自由测站边角交会测量。在测量时,要从一段依次测量到另一端;

c)CPⅢ平面网水平方向测量需要满足以下要求:采用多测回全圆方向观测法对每测站CPIII控制点进行测量。同一测站的所有CPIII制点可以一次或分组观测;在分组观测时要保证分组的零方向一致,且至少有一个CPⅢ点在两组中均观测。两组中,重复观测的同一个CPⅢ点其归零后的方向值较差应不大于6″。

CPⅢ平面网的水平方向观测的技术要求应满足表3水平方向观测的技术要求的规定。

3 CPⅢ高程控制测量

3.1 CPⅢ高程控制测量方法

测量时每一测段要至少与3个二等水准点进行联测,把轨道一侧的CPⅢ水准点做为主线贯通水准进行测量,在进行贯通水准测量时对另一侧的CPⅢ水准点在摆站时就近观测。返测时以另一侧的CPⅢ水准点为主线贯通水准来测量,对侧的水准点在摆站时就近联测。

3.2 CPⅢ高程控制点精度要求

CPⅢ控制点水准测量应按“精密水准”测量的要求施测。CPⅢ控制点高程测量工作应在CPⅢ平面测量完成后进行,并起闭于二等水准基点,且一个测段联测不应少于三个水准点[3]。

精密水准测量采用满足精度要求的水准仪,配套因瓦尺。使用仪器设备应在鉴定期内,有效期最多为一年,每年必须对测量仪器精确度进行一次校准,每天使用该仪器之前,对仪器进行检验和校准。

4 结语

我们只有克服各种自然条件,用精测控制网对高速铁路做好精准的检测,掌握测量方法和测量要点,保证高铁的平顺性和精准的几何线性参数,才能够切实保证高铁在营运期间高速平稳运行,保障人们的生命财产安全。

参考文献

[1]苏全利.论高速铁路测量网布设技术[J].铁道勘察,2010(06):34.

[2]夏季,应立军.高速铁路轨道精密工程测量[J].科技资讯,2010(18):25.

高速铁路GPS控制网 篇8

关键词：后方交会,高速铁路,方差分量估计

0 引言

我国正在大规模建设高速铁路和客运专线,我国首条无砟轨道是北京至天津的城际高速铁路,设计时速350km,对于高速铁路工程所涉及到的施工测量技术提出了更高的要求,其中基桩控制网(CPⅢ控制网)是无砟轨道铺设和运营维护的基准,由施工单位在施工过程中建网测量,在工程施工中为轨道板铺设施工和轨道精调提供测量依据,确保轨道的平顺性,满足客运专线的标准,在工程竣工后移交给运营单位用于运营期间轨道维护测量。控制网具有相对精度高、点位分布密集、测量工作量大、使用周期长等特点,CPⅢ控制点沿线路左右两侧成对设置,点对间距约60~80m,两点横向距离15 m,要求相邻点平面相对精度优于1 mm[1],目前主要采用的方法是“自由设站边角交会法”测定其平面坐标。

自由设站边角交会法在多数工程测量中应用的相对较少,且国内较流行的平差软件不能对CPⅢ网观测数据进行平差和精度评定。

1 后方边角交会观测方法

控制网沿线路纵向约60m布设1对点,自由站点宜设在相邻两对控制点的中间位置,自由站点之间的距离约为120m,每个自由站观测前后6对共12个CPⅢ点,观测视线长度不大于150 m,每个点至少有3个观测方向;并且每个自由站点必须与通视的CPⅠ点或CPⅡ点进行联测。在自由测站点安置仪器以任一控制点为零方向,按照全圆方向观测法观测2到3个测回,每一站加上CPⅡ点可能超过13个方向,可以考虑分组观测以控制各项限差超限,每站测量完成后,经测站平差求出各个观测方向的方向平差值和距离平差值,CPⅢ控制网基本网形如图1所示。

2 假定坐标系的建立及坐标计算

由于CPⅢ平面网本质上是边角网,并且在已知点上不设站,要想求出每个点的最可靠值,分两步来完成(如图2所示)。首先在以K0自由站点为坐标原点(0,0),以该站点上的零方向(K0-1)为已知方位角(0.00000)建立一个假定坐标系统。在该系统下运用极坐标法计算出该站上所有CPⅢ点的坐标,由于在K0站上已计算出点5、7、9、11、6、8、10、12的坐标,取K1-5为K1站点的零方向,容易得交会角∠5K16、∠7 K18、∠9 K110,所以用线路两侧相对的两点进行距离和角度的后方交会可得自由站点K1的坐标,同样的方法还可由点6、8、10、12的坐标交会出K1的方法。

所以计算K1的坐标有6种途径,最后取其平均值作为最后的坐标值。已知了K1的坐标可反算出K1-5的方位角,不难求出以K1为测站点的所有照准方向的方位角,有了方位角和实测边长可算出其它未知点(13、15、14、16)的坐标,此时将以K1为测站点的所测的CPⅢ点统一到了以K0为原点的假定坐标系统下。同理可计算出K2……Kn为测站点的CPⅢ点的假定坐标(包括路基两侧的CPⅡ和CPⅠ点)。

一个自由站点的坐标采用6种方法计算,每种方法计算的结果相互比较,其互差设定一个限值,如果超限可能含有粗差。

多数文献[1,4]中计算假定坐标是通过多次坐标转换实现的。其基本思想是,可将测站i的坐标假设为(0,0),取任意方向的观测值为已知方位角(一般取零方向),则用极坐标法可计算出该测站上的CPⅢ的假定坐标,其次选择与测站Ki相邻的测站Ki+1,同样假设测站i+1的坐标为(0,0)及某一观测方向为起算方向,则在该起算数据下能够计算测站Ki+1的12个测点的坐标。两个测站计算得到的坐标值分属于不同的平面直角坐标系,两坐标系间存在平移、旋转及尺度比的平面坐标系转换四参数关系。因此,为得到同一坐标系下的坐标值,需要进行坐标转换。两平面直角坐标系间的坐标转换模型如式(1):

式(1)中:Δx,Δy为平移参数;β为旋转角;k为尺度比。两个坐标系下有8个重合点,由于测站i与测站i+1间存在8个公共观测点,因此运用最小二乘法求取坐标系Ki与坐标系Ki+1间的四转换参数。选取坐标系Ki为基准,采用已获得的转换参数,将测站Ki+1及另4个测点的坐标转换到坐标系Ki下,重复进行上述过程,直到将需处理的CPⅢ平面网中所有的测站观测数据处理完全,则最终得到基于起算测站Ki坐标系下的全网近似假定坐标,其中包括已观测的作为CPⅢ平面网起算基准的CPⅠ或CPⅡ控制点。

坐标转换法的特点是利用重合点运用最小二乘法多次计算转换参数,计算复杂,计算量大,不能探测粗差,但各点精度均匀。

后方交会法计算简单,利用了大量的多余观测,设定一个限差,可用来检验粗差,其不足是离K0点赿远的点,其点位误差越大。不过现在求定的是假定的近似坐标,所以探测粗差显得更为重要。经过实验设计程序用实测数据进行计算,是完全可以解算出近似坐标的,不过没有发现粗差,所以实验时人为增加了粗差,以下仅以测边交会为例说明该方法用于检验粗差的可行性,表1是以K0为原点的设立的假定坐标系,表2是由K0站上的照准点交会K1站点的观测值及计算结果。Y坐标最大差值为5mm,X坐标最大差值为0.6mm,如果在332点上加上2cm的粗差,其坐标为(49.3506,1.9697),与没有粗差的观测值所得的X的最大差值为1.7cm,Y的最大差值为5cm。使用上由交会所得的K1站点的坐标与照准点的坐标反求交会角,如果与实测交会角之差超出限差,则可认为有粗差。

3 转换参数的求解

经过在假定坐标系下可求得所有CPⅢ和CPⅡ或CPⅠ的假定坐标,但CPⅢ的成果最终要归算到CPⅡ原始的坐标系下,需进一步进行坐标转换,由于观测CPⅢ点的过程中联测了CPⅡ和CPⅠ点,而这样的同名点往往多余2个,可用最小二乘原理按式(1)求得4个转换参数。有了转换参数可将所有的CPⅢ假定坐标转换到CPⅡ的坐标系统下。

4 全网整体严密平差

经转换后CPⅢ坐标作为概略坐标,即可基于概略坐标对方向和平距开列误差方程,进而进行整体平差计算。误差方程的列立可参考文献[2]。平差前某一观测值的先验权通常按观测值的先验权中误差确定,取单位权中误差为仪器的方向观测中误差。

对于边角网通常按以下公式定权:

测距中误差为mSi=a+b·Si

式(2)中:a以mm为单位;b以10-6为单位;Si以km为单位。

式(2)是通过验前估算观测值精度以确定的先验权,往往不可靠,对于含有不同类观测值的控制网,如果不能客观地给定边角权的比值,就会影响网平差成果的可靠性。

由于无碴轨道建设对直接服务于轨道铺设的CPⅢ控制网精度要求很高,因此不能忽略权比关系确定不当对平差结果造成的影响,必须对其进行消除。

由于Helmert方差分量估计将E(VTPV)=VTPV来求得后验方差的估值,为此需要网中有足够多的多余观测数时,才有一定的可靠性[3]。对于图2中的K0点,以网中待定点坐标为参数,暂且不考虑CPⅠ和CPⅡ点,观测数为12个方向和12个距离,待定点有13个(包括自由站点),所以起始站K0上的参数个数为26个,由图2可知每增加一站待定个数增加5个,设总的测站为k站,则总的参数个数t=26+10(k-1),总的观测个数n=24k,总的多余观测数r=n-t=14k-16,对于CPⅢ控制网一次布网不少于2km,则测站数约为16个。如果考虑CPⅠ和CPⅡ方向,多余数r>208。所以用Helmert方差分量估计方法,通过验后方差协方差进行重新定权,不断调整两类观测值的权比关系,是非常合理的定权方法。

Helmert方差分量估计严密公式与简化公式在迭代计算收敛结果上是一致的,因此采用如下简化公式计算每类观测值的单位权中误差是合理的[4],

其中:Ni=[BiTPiBi]-1(i=1,2)

可先根据仪器的标称精度确定每个观测值的中误差,进而确定两类观测值的权。方差分量估计的迭代计算步骤:

(1)确定先验权阵P1(0)和P2(0)

先验权矩阵P1(0)和P2(0)是按方向及边长观测值的先验中误差按式(2)来确定。

(2)求得残差平方和V1TP10V1和V2TP20V2

先进网平差即可得方向及边长观测值各自的残差平方和。

(3)进行方差分量估计

按式(3)可得方差分量的第一次估值(^σ201)(1)和(^σ202)(1)。

(4)重新定权

若第一次方差分量值相等,则可认为所设先验权正确,否则改变两类观测值的权比,此时单位权方差即取方向观测值的方差分量估值,于是:

方向观测值的权阵仍为单位阵,而边长观测值的权阵已由方向观测值与边长观测值方差分量估值之比修正。

(5)重复以上过程,直到方差分量估值趋于相等

定权后再次平差,然后进行方差分量估计,直至第k次迭代后

终止迭代,ε为指定的小正数。

采用自由设站后方交会法施测CPⅢ平面网,其相对点位精度必须优于1mm[5]。因此精度评定时,不仅要计算单位权中误差、点位中误差还需计算任意两相邻点的相对点位精度。平差完成后,可按式(6)计算单位权中误差和CPⅢ网点坐标的协因数矩阵,

按协因数传播律得

运用式(8)和式(9)就可求得相邻俩点在X和Y方向相对中误差及相对点位中误差计算公式:

5 结束语

根据CPⅢ网形的特点及要求,本文探讨了如何只建立一个假定坐标系计算坐标,该方法避免了反复求解转换参数,不仅解算出CPⅢ的假定坐标而且还可进行粗差检验,将CPⅢ点的假定坐标转换为CPⅡ系统下,当作概略坐标按间接平差法开列误差方程进行整体平差,运用Helmert方差分量估计进行定权并给出精度评定的方法。当前,我国正处于客运专线的建设高潮,服务于轨道铺设和后期运营维护的CPⅢ建网工作也正在逐步展开,因此本文方法为实现CPⅢ平面控制网的数据自动化处理提供了借鉴。

参考文献

[1]石德斌,王长进,李博峰.高速铁路轨道控制网测量和数据处理探讨[J].铁道工程学报,2009,(4):26～27.

[2]武汉大学测绘学院测量平差学科组.误差理论与测量平差基础[M].武汉:武汉大学出版社,2003:107～115.

[3]施一民.现代大地控制测量[M].北京:测绘出版社,2008:180～183.

[4]马文静,刘宏江.CPⅢ平面网的解算方法研究及仿真计算[J].铁道勘察,2009,(1):18～21.

高速铁路GPS控制网 篇9

1 无砟轨道CPIII控制网的特征

高速铁路中的无砟轨道CPII控制技术为铁路的第三级控制网, 主要是将控制的基准提供到无砟轨道铺设与运营、维护之中, 来提高轨道的稳固性、平滑性、连续性。CPII控制网具有显著的特征, 主要包括以下几方面。

1) 新型作业方式。CPII控制网技术, 在测量过程中, 采用的自由测站边角交会这一全新的作业方式[1]。CPII控制网测量技术无已知边, 因此在数据测量中, 为了确定设站的坐标, 就需要CPI与CPI的自由交会, 将各个CPII坐标进行精确计算。通常, CPI控制网测量技术有着较短的测量距离, 且网型结构较为复杂的网型, 需要对每一测量点进行多次测量, 因此工作量也较大。

2) 较高的精准度。高速铁路的无砟轨道精确性与平顺性要求较高, 在行车过程中, 不仅要保证速度, 而且要保证安全性与舒适度。而CPII控制网技术的精准度较高, 要求调轨工作与和维护工作共同进行。在CPII控制网测量技术中, 该技术能够严格对方向观测当中的误差进行控制, 并对相邻点误差及距离观测误差加以控制, 确保控制可重复的测量精度在3毫米以内。在CPII控制网测量过程中, 还应用了先进的现代化全站仪, 通过马达驱动与自动照准, 确保数据的自动化记录功能, 提高数据的精准度[2]。

3) 施测难度相对较大。在高速铁路无砟轨中, CPII控制网测量技术对环境的要求较高, 且测量的精度常常会受到光线、温度、气压、粉尘等因素的影响, 再加上网型较为紧密, 使得测量数量较大, 且每一CPII点都要进行至少三次的测量, 具有较大的工作量。

2 高速铁路无砟轨道CPIII控制网测量技术分析

2.1 测量前准备

由于CPII控制网测量技术的精准度要求较高, 因此, 在控制网测量前, 首先需要确保线下工程的施工完成, 且对沉降变形进行了必要的评估。而在建网前, 还需要进行全新的CPII与CP第二次测量, 且在这个过程中, 为达到高等级控制点要求, 还需要对CPII控制网测量技术进行加密, 通过CPI制约或是CPI同精度的插点方式, 来提高CPII控制网的精度, 对CPII网进行约束, 并在复测与加密的同时, 对需要通过评审的CPII、CPI成果进行充分的考虑。

2.2 测量实施阶段

在对CPII控制点进行布设过程中, 要将施工实况与运营维护进行充分的考虑, 确保每一CPII控制点在60m左右, 且相邻两个CPII控制点高度应保持一致。

结合轨道面的高度, 来对布设高度进行控制, 确保所设位置有足够的可靠性与定性, 以方便测量。若是一般的路基地段, 可在接触网杆的基座附近加以布置, 并浇筑CPII控制点基座与接触杆基础。若是在桥梁之上, 则需要在桥梁固定的上方防撞墙上加以布置, 确保基座套筒低于防撞墙的顶端。在CPII点布设完成之后, 要对其采取必要的防护措施, 以免对后续施工造成较大的影响。

2.3 控制网点的观测

在高速铁路无砟轨道CPII控制网的测量中, 要将自由测站边角交会法加以充分的利用, 并在CPI、CPII控制点上进行附和。一般情况, 每一CPI或是CPII控制点的观测距离都应该控制在600m左右, 且对每一CPI或是CPII控制点的观测都应该在3次及以上。同时, 自由测站的CPI或是CPII控制点间的距离应该保持在300m以内, 确保3次以上的测量网点中, 都有与之对应的CPII控制点, 并对自由站最远距离的CPII控制点进行严格控制, 且最远距离不得超过180m。

2.4 高程测量的控制

在CPII高程测量控制中, 需要以高程测量仪器为基准, 以往返测量的方法对CPII控制网点进行测量, 进而得出精确的CPII控制点高程。通常, 测量仪型号一般要选取0.4mm/km数字式水准仪, 确保其标度精度能够大于DS1。在测量过程中, 首先需要选取一个基准点作为测量的起点, 对测量路线同侧的CPII控制网点进行交替测量, 方法如下:往测时选择一个水准点作为测量起始点, 将测量路线同侧的CPIII点交替测量, 并以另一侧的CPII控制网点看作为中视点, 一直观察到下一基准点结束为止。在返测过程中, 往测的结束点应该看做始点, 而原有的中视点则要看作为交替测点, 进行重复的测量[3]。

3 结语

在铁路工程技术的不断发展之下, 当前的铁路行车速度得到了大大的提高。这也对测量工作提出了更高的要求。目前, 高速铁路中, 无砟轨道的铺设技术得到了不断的发展, 为铁路交通事业带来机遇的同时, 也使工程测量迎来了更加严峻的挑战, 尤其是在CPII控制网测量技术的不断发展下, 铁路工程的测量方法、理论、手段等都发生了深刻的变化, 使得数据采集与数据测量逐渐向着自动化、数字化发展。

摘要：高速铁路的无砟轨道主要是以钢筋混凝土与沥青混凝土的整体式道床来取代散粒体的道砟轨道结构。这与砟轨道相比较, 稳定性、安全性、连续性、平顺性更加显著, 大大减小了轨道的维修难度, 使设施的维修工程大大减小, 节省工程投资。在无砟轨道的应用过程中, 要确保轨道的可靠性, 还需要通过CPⅡ控制网测量技术, 来对轨道进行有效的控制与测量, 确保高速铁路的行车安全, 使控制网更加的精准。

关键词：高速铁路,无砟轨道,CPⅢ控制网,测量技术

参考文献

[1]何林烜, 刘成龙.高速铁路轨道控制网高程网测量新方法[J].铁道科学与工程学报, 2014 (06) :137-141.

[2]陈强, 谭俊.冬季恶劣气候条件下CPIII控制网测量技术探讨[J].企业技术开发, 2015 (11) :75-77.