高鐵精密控制網布設與觀測

胡曉輝

【摘 要】本文主要分析了高鐵精密控制網的布設問題，分析了高鐵精密控制網應該如何更好的進行布設，分析了布設的方法和要點，最后，論述了控制網的觀測方法和精度分析。

【關鍵詞】高鐵；精密控制網；布設；觀測；精度分析

一、前言

我國高鐵線路發展迅速，在高鐵事業不斷發展的同時，高鐵精密控制網的布設成為了其中一個極為關鍵的工作，只有做好了精密控制網的布設工作，才能夠為高鐵安全運行提供充分的數據依據。

二、高鐵測量技術的基本要求分析

高鐵的軌道是其核心部分，也是工程建設的重點環節。大體上可將高鐵軌道分為兩種，一種是有砟，另一種是無砟。其中無砟軌道屬于整體軌式結構，由于它是以鋼混或瀝青混凝土道床取代有砟軌道的散顆粒體道床，故此，其較之有砟軌道的穩定性更高，連續性與平順性也更好，這使得軌道本身的耐久性大幅度提升。但必須指出的是，無砟軌道對基礎的要求相對較高，若是基礎出現質量問題，如變形下沉等，不但修復比較困難，而且還會影響行車安全。所以在無砟軌道施工建設的過程中，對測量精度提出了更高的要求。

三、精密控制網創建

1、勘測設計階段精測布網建立

勘測控制網包括：CP0控制網、CPⅠ控制網、CPⅡ控制網、二等水準基點控制網?？睖y階段在平面控制測量工作控制前，首先采用全球衛星定位系統（GPS方法）獲得高速鐵路框架控制網CP0，并建立CPⅠ控制網、CPⅡ控制網、二等水準基點控制網。具體建立分兩個階段：初測和定測。

初測階段，建立高速鐵路框架控制網CP0，建立坐標框架并在此基礎上建立初測平面控制網，同時開展初測高程控制測量，滿足初測收集資料的需要。

定測階段，建立CPⅠ控制網、CPⅡ控制網、二等水準基點控制網，并以CPⅡ控制網和二等水準基點為基準開展定測放線及專業調查測繪工作。困難地區若工期緊張，可先用四等水準取代二等水準作為高程控制基準，但在施工前須貫通二等水準。

勘測設計階段應做好CP0控制網、CPⅠ控制網、CPⅡ控制網、二等水準基點維護工作。

2、工程施工階段控制精測重點

（一）開工前復測

施工階段首先做好CPⅠ控制網、CPⅡ控制網、水準基點控制網的技術交底和復測工作。技術交底含控制網成果資料驗交、現場交樁和復測復核過程；是由勘測設計部門向工程施工單位過渡的重要環節，工程施工單位復核確認后才能完成。復測工作主要是對控制網成果精度的綜合評估驗收，為高速鐵路建設提供重要技術依據和施工階段控制標準。

（二）控制網加密

施工控制網加密按同精度內插方式進行加密。在進行平面控制網加密時應將相鄰CPⅡ控制點作為已知點進行加密；在進行高程控制網加密時應將相鄰二等水準點作為已知點進行加密。這樣既保證施工控制網與勘測控制網具有相同的起算基準，又保持了施工加密點與勘測網相鄰點間精度的連續和匹配。

（三）定期復測網

高速鐵路建設周期長，施工過程還會對CPⅠ控制網、CPⅡ控制網、二等水準基點控制網的穩定性產生影響，因此施工期間應對精密控制網開展定期復測，保證施工期間平面高程控制基準的穩定。應每年進行一次全面復測，對于區域沉降地區，增加高程控制網的復測頻次。

（四）運營階段精測網的維護使用

高速鐵路峻工驗交后，運營期間主要做好運營維護測量控制網的維護、線路及構筑物幾何狀態觀測與評估工作。運營維護控制網包括：CPⅠ控制網、CPⅡ控制網、水準基點控制網、CPⅢ控制網、加密維護基標。運營維護控制復測頻次應視線路所處地形地質條件等具體情況研究確定，每年應不少于一次，以保證高速鐵路在運營期間有一個穩定可靠的測量控制與變形觀測評價基準。

四、測設方式

CPⅢ自由設站采用全站儀進行網點的測量，其精密控制采用了邊角交會網施測辦法。

在使用全站儀對軌道進行測量前，應當保證全站儀具備與測量功能相適應的功能，能夠自動進行目標搜索、照準、觀測以及記錄，其標稱精度應當具備以下條件標準：在測量方向上誤差應當小于±1″，測距的誤差應當小于±（1mm+2ppm），在觀測時應當將氣壓值以及溫度值進行輸入。同測量相配套的溫度計精度應當大于±0.5℃，并且測量氣壓值的計量表精度應當在正負5hPa以上。且保證每臺設備設置棱鏡14個以上，并在使用前檢測每一個對應棱鏡，對相同的點進行觀測則使用固定的棱鏡，這就需要對棱鏡進行適當的編號。

在相鄰的基標點之間進行設站時，應當保證對同一站2-3個以上的網點進行測量，其觀測數應當大于兩測回，并且后視網點的數量應當大于三對。對每個網點應當進行至少3次的重疊觀測，使得全站儀設站間隔能夠更為準確，并保證其觀測視距為150至180米。

應當注意的是，通過自由設站對CPIII進行測量時，還應當對靠近線路所有的CPII點聯測，將其納入網中。并保證CPII在線路兩側的可視控制點達到400至800米的密度，如若不然，則按照相同精度對CPII控制點進行加密。此時，CPII點可以在路基或者橋梁固定端進行設置。

對CPⅢ點以及CPⅡ點進行聯測時，必須在與測站通視的CPII點、后視的CPII點安置棱鏡，使得采用的棱鏡保持一致。在聯測時應當保證CPII點同CPIII點之間有一對可以聯測，若是可能，則應當同CPIII點盡可能多的進行聯測，并控制聯測長度范圍在150米至200米之間；也可以通過自由設站觀測對CPII點進行直接的聯測，并保證聯測站數量大于二。

包括聯測的CPII控制點在內的每一個CPIII測量組中，采用的棱鏡為同一種。

在對精密控制網點觀測完成后，其相關測量數據可以通過相關專業軟件進行平差。其施工基標的控制網點觀測水平測量角度應當符合相關規定，其觀測方法在水平上采用了全圓方向法。若是具有較多的觀測方向，則可以采用分組法進行全圓方向觀測。采用該種觀測方式時應當滿足相關技術要求。

五、觀測復測成果處理

1、基線解算和平差

首先將CPI和CPII原始觀測文件均轉換為標準RINEX文件，并對點號、天線量高方式、天線高復核后進行基線解算?；€向量解算采用廣播星歷和商用軟件，保證數據的一致性，統一應用商用軟件LGO7.0進行基線解算。平面控制網平差使用同濟大學測量系的TGPPS軟件計算。對CPI、CPII復測基線進行平差計算并檢查各項精度指標；“基線較差”、“最小獨立環閉合差”、“無約束平差基線向量各分量改正數的絕對值”、“相鄰點相對點位中誤差”、“基線邊方向中誤差”、“最弱邊相對中誤差”、“約束平差基線向量各分量改正數與無約束平差同名基線改正數較差的絕對值”均需滿足規范要求。

2、復測成果與原測成果的較差

根據哈大、京石等在建客專的經驗，為了更好地滿足CPⅢ測量的技術要求，本次CPI復測對同精度復測較差限差的要求提高了等級。CPI同精度復測較差限差提高為15mm，CPI相鄰點間坐標差之差的相對精度限差為1/130000（執行《高速鐵路工程測量規范》規定）。CPII同精度復測較差限差提高為10mm；CPII相鄰點間坐標差之差的相對精度限差為1/80000（執行《高速鐵路工程測量規范》規定）。

3、復測結果分析

CPI控制網約束網平差后，對此次復測坐標和第二次復測成果進行比較，共比較89個點。其中坐標分量較差超過15mm限差的點有4個，占4.49%。CPII控制網約束網平差后，共分四段進行比較。其中第一段共比較58個點，坐標分量較差超過10mm限差的點有15個，占25.8%；第二段共比較65個點，坐標分量較差超過10mm限差的點有11個，占16.9%；第三段共比較41個點，坐標分最較差超過10mm限差的點有1個，占2.4%；第四段共比較32個點，坐標分量較差超過10mm限差的點有4個，占12.5%。

CPI控制網約束網平差后，比較此次復測坐標與第二次復測成果的相鄰點坐標差之差，共108個點，其中6個點不能滿足小于1/130000的限差要求，占5.56%。CPII控制網約束網平差后，共比較287個點，其中59個點不能滿足小于1/80000的限差要求，占20.5%。

對“坐標分量較差超限”、“相鄰點坐標差之差相對精度超限”的點和新設的點按照“同精度插點法計算”進行坐標計算，并提交新坐標。

六、結束語

綜上所述，高鐵精密控制網的布設一定要科學合理，從精密網布設的要求出發，不斷提升布設的水平，同時，一定要在布設完成之后進行重復的觀測，避免布設出現問題。

參考文獻：

[1]呂海軍，徐凱.高速鐵路無砟軌道CPⅢ控制網測量技術探討[J].長春工程學院學報（自然科學版），2011（3）.

[2]李建.GPS在高速鐵路精密控制網復測中的應用研究[D].成都理工大學，2011（4）.