高速铁路精密工程控制测量网复测.doc

辽宁工程技术大学高速铁路精密工程控制测量网复测刚占利高速铁路GPS精密工程控制测量网复测摘要：新建京沪高速铁路DK102+161.34DK156+899段精已建立的高精度的测量控制网（CPI、CPII）GPS坐标点和高程控制点（二等）进行复测及贯通测量，确保其成果质量满足按客运专线无碴轨道铁路工程测量暂行规定中对施工阶段控制测量的要求。CP级测量35个点。 CP测量44个点。 深埋水准点造标4个。 复测普通二等水准点29个，复测同时按客运专线无碴轨道铁路工程测量暂行规定中对控制测量普通二等的要求加密水准点20个，二等水准测量 54.4+32.366=86.766Km。关键词：复测：精测网：观测：平差：结论：目录：前言：41、坐标和高程系统 51.1坐标系统： 51.2高程系统： 5 2测量技术实施方案 52.1平面控制测量： 52.1.1CPS测量作业的基本要求： 72.1.2观测72.2、数据处理 92.2.1.CP级数据处理、CP级数据处理 92.2.2内业处理123、高程控制网 133.1、加密点选点、埋石情况 133.2、观测 143.3数据传输和预处理： 134、结论： 18参考文献：18前言：我国工程测量科技进步很大，发展很快，取得了显著成绩；但是发展还很不平衡，尚跟不上国民经济建设发展和社会进步的需要。摆在我们面前的任务是：大力促进工程测量技术方法与手段的更新换代，积极推动新技术的推广与应用。工程测量工作是工程建设的重要环节，是技术管理工作的重要组成部分。它既是工程建设施工阶段的重要技术基础工作，又为施工和运营安全提供必要的资料和技术依据。为了加强在公司范围所属项目、工程公司工程测量管理，搞好工程测量，提高工程测量水平，保证工程质量，加快施工进度，提高经济效益，使工程测量规范化、制度化，防止测量事故发生，更好地为施工生产服务。客运专线铁路精密工程测量是相对于传统的铁路工程测量而言，客运专线铁路的平顺性要求非常高，轨道测量精度要达到毫米级。其测量方法、测量精度与传统的铁路工程测量完全不同。我们把适合于客运专线铁路工程测量的技术体系称为客运专线铁路精密工程测量。把客运专线铁路精密工程测量控制网简称“精测网”客运专线铁路精密工程测量是相对于传统的铁路工程测量而言，为了保证客运专线铁路非常高的平顺性，轨道测量精度要达到毫米级。其测量方法、测量精度与传统的铁路工程测量完全不同。我们把适合于客运专线铁路工程测量的技术体系称为客运专线铁路精密工程测量精测网，包括CPI、CPII、CPIII、二等水准，精密水准。1、坐标和高程系统 1.1坐标系统：根据京沪高速铁路北京至徐州段精密控制测量技术文件本段经度：116 度 45 分 、投影面大地高程：0m、高程异常：0m、X0=0km、Y0=500km。1.2高程系统： 采用1985国家高程基准，二等水准测量。2测量技术实施方案2.1平面控制测量：根据京沪高速铁路北京至徐州段精密控制测量技术文件客运专线铁路无碴轨道工程测量技术暂行规定、全球定位系统（GPS）铁路测量规范、贯通复测实施方案中的要求严格执行，采用GPS测量方法进行复测。CPI按B级基础平面控制网的精度进行复测。CP按C级控制网的精度进行复测。2.1.1CPS测量作业的基本要求：各级平面控制网布网要求应符合表2的规定表1控制网级别测量方法测量等级点间距备注GPS 基站网GPSA 级100Km 左右CPGPSB级点对间短边 800-1000m相邻点对长边4000m最短不宜小于600 mCP导线四等400-800mGPSC 级8001000m最短不宜小于600 mGPS 测量的精度指标应符合表2的规定。 表2控制网级别基线边方向中误差最弱边相对中误差CP1.31/170000CP1.71/100000GPS接收器精度指标应符合表3的规定表3级别BCa(mm)810b(mm/km)15导线测量的主要技术要求应符合表4的规定。 表4控制网级别附合长度（km）边数边长（m）测距中误差（mm）测角中误差（）相邻点位坐标中误差（mm）导线全长相对闭合差限差方位角闭合差限差（）CPII480080052.5101/400005nCPI按B级GPS测量要求，全段一次布网，统一测量，整体平差。GPS测量前按要求进行仪器检校，经常对光学对中器进行检校。GPS作业时天线定向标志线应指向正北；对中误差小于1 mm，每个时段观测前、后各量天线高一次，两次较差值小于2mm，取均值作为最后成果。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，改变卫星仰角限，改变数据采样间隔，按动关闭文件和删除文件等功能。同时观测记录气象元素。观测时应用仪器电子手簿进行自动记录点号、天线高，同时认真填写GPS静态观测手簿。迁站方式如图，保证每点重复设站数为2。第二时段应隔日进行观测。 重新设站（重新对中整平、量取天线高）2.1.2观测外业观测的9台GPS接收机均经严格检定，相位中心偏差均符合要求。架设仪器的地方开放性好，工作人员认真负责。2.1.2.1、该测区共采用了9台GPS仪器分小组观测，各观测小组观测工作量统计如下表：作业组仪器类型仪器台数观测时段数1Trimble5800282Trimble R6393Trimble R8410观测前，根据卫星可见性预报表和交通情况，编制观测调度计划。有时在观测中根据实际情况，调整了调度计划。2.1.2.2、GPS外业观测采用快速静态定位方法。2.1.2.3、作业时，所执行的技术要求如下：(1).数据采集的技术参数（B级）卫星高度角 15有效卫星总数5平均每点观测站次数B级2.1次时段长度B级30min数据采样间隔15-60s观测时段2GDOP值6 数据采集的技术参数（C级）卫星高度角 15有效卫星总数4平均每点观测站次数B级2.1次观测时段1-2时段长度B级20min数据采样间隔15-60sGDOP值6(2).作业员每时段认真量测天线高3次，互差不超过2mm，取平均值为最后天线高。观测时记录内容包括：观测者、观测日期、仪器号、天气、点号、点名、时段号、天线高、开关机时间、同步观测点号、卫星状况等，并记录其他特殊问题控制点选择及控制网布设控制网的布设合理，网形良好，网中的独立边构成了一定的几何图形，确保了GPS观测效果的可靠性，便于有效地发现观测成果中的粗差。控制网布设也是合格的。这些都有完善的记录。控制网形可参看提交的“B级网网图”和“C级网展点图”。基线计算严格遵照规范进行，参数设置满足要求。为保证准确性，基线计算中进行了各种检验。由独立基线组成的闭合环或附合路线坐标闭合差满足下式：即认为合格。1)、B、C级GPS网相邻点间弦长精度按公式(1)计算 = (1)上式(1)中a、b、d分别为固定误差、比例误差系数、相邻点间的距离。根据设计要求，本测区各等级GPS网计算相邻点间弦长精度时a、b取值如下表： 等级abB级81C级105B、C等级GPS网的精度按实际平均边长计算。其中：2)、同步环检验B、C级同步环坐标分量闭合差限差：；B、C级同步环全长相对闭合差限差：；通过检验各B、C级网同步环，其闭合差均符合B、C级网的技术要求。闭合差见后附B、C级同步环闭合差数据表。同步环验合格。3)、异步环的检验B、C级网异步环检核按下式进行： =3， max=3式中n为独立环中的边数，max为闭合环限差，以mm为单位。通过检验各B、C级网异步环，其均符合B、C级网的技术要求。闭合差见后附B、C级异步环闭合差数据表。异步环检验合格。以上的计算结果均可参考提供的基线计算记录表，各项检查均在限差之内，达到了工程要求。4)、 B、C级GPS网评差B级网共35个点，C级网共44个点。平差计算采用同济大学研制的GPSNET软件。B 级网以CPI1065、CPI20051、CPI2021、CPI2023为基准点进行平差，计算出其他B级点坐标成果；C级网以B级点CPI2004和CPI1065为基准点进行平差，计算出C级点坐标成果。复测成果与原测点成果进行了比较，各点坐标与原测坐标差值均在2CM之内。以上的网平差结果见 “GPS网平差计算资料”以及技术总结报告中的相应部分2.2、数据处理2.2.1.CP级数据处理、CP级数据处理CP、CP级GPS 网平差计算成果的精度指标符合表7要求。基线质量检验限差表7检验项目限 差 要 求X坐标分量闭合差Y坐标分量闭合差Z坐标分量闭合差环线全长闭合差同步环独立环 （附合路线）重复观测基线较差 ，本项目a=5mm,b=1ppm。 CP控制点的成果应满足点位误差 mx、my10mm，相对点位精度（8+D*1ppm）mm。CP点坐标成果保留到0.1mm。 CP控制点的成果应满足点位误差 mx、my15mm，相对点位精度10mm。CP点坐标成果保留到0.1mm。GPS坐标框架基准网数据处理（1）基线解算基线向量采用IGS精密星历，由10.20版本的精密基线解算软件GAMIT计算。每个时段基线解算时的参数设置如下：1）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（Saastamoinen）模型改正，并每个测站上每隔4小时加上一个天顶方向上的折射量偏差参数；2）卫星天线相位中心偏差改正采用GAMIT软件的设定值；3）截止高度角为15度，历元间隔为30秒；4）固定IGS轨道。5）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。解算时固定BJFS站，采用baseline模式。计算得到16条独立基线边，构成8个独立闭合环最大的相对闭合差只有0.025PPM，由此可见，本次控制网的测量精度非常高。（2）控制网平差京沪高速铁路首级GPS控制网采用ITRF-2000坐标框架，以离测区最近IGS跟踪站北京房山（BJFS）为起算点，布设成独立控制网。起算坐标的参考历元为1997.0，其坐标和速率如下所示：参考历元为1997.0的站坐标及速率 点名X(m)VX(m/年)Y(m)VY(m/年)Z(m)VZ(m/年)BJFS-2148743.784-0.04444426641.2360.01414044655.935-0.0013平差计算采用同济大学测量系的计算软件TGPPSW32，采用WGS-84系中的无约束平差计算，固定BJFS点ITRF2000框架，1997.0历元的坐标，无约束平差求出的各站点坐标与2003年成果之差如下表所示。控制网的平面坐标采用WGS-84椭球元素（长半径6378137m，扁率1/298.257）。投影面为WGS-84椭球面，中央子午线经度为117，Y坐标的加常数为500km。固定BJFS点的无约束平差成果与2003年成果之差 点名纵坐标差 (mm)横坐标差 (mm)BJ018.42.5JN05-6.33.5TJ02-10.79.7CY061.2 5.3TZ07-9.9 3.0 JW08-7.1 1.7 表中结果表明，采用相同的起始点BJFS，本次复测网的平差结果与2003年控制网成果的平面纵、横坐标之差最大只有10.7mm与9.7mm，吻合得非常好。因此，为了使重合点成果前后一致，本次复测网的平差计算，固定所有的重合点，求得两个新点XCZ3与XDZ4的坐标。无约束平差与约束平差求得的这两个新点的坐标如表5所示，两者相差很小。 无约束平差与约束平差的坐标 点名平差方法纵坐标x (m)横坐标y (m)XCZ3无约束平差4261045.0195 490777.6501 约束平差4261045.0222490777.6453XDZ4无约束平差4143257.9993 445552.2966 约束平差4143258.0015445552.2933数据处理结果表明：京沪高速铁路首级GPS控制网成果精度高，控制点稳定。（3）成果利用京沪高速铁路GPS坐标框架基准网，北京至徐州段布设8个点于2007年3月进行了复测；徐州至上海段布设8个点并联测了京徐段的2个点于2007年4月按全球定位系统（GPS）测量规范GB/T183142001，A级网精度进行了首期观测。京沪线共布测16座GPS坐标框架基准网点，点间距约100Km。2007年4月根据京沪筹备办2007年4月24日会议精神，两网合拼组成统一的京沪高速铁路GPS坐标框架基准网，由西南交通大学负责组织全网整体平差，2007年4月28日至4月30日在铁三院完成了全网整体平差。整体平差结果和京徐段原成果分别投影到高斯平面，其坐标最大差值小于1cm。可见，京徐段原坐标成果与整体平差成果没有显著性差异。考虑到京徐段原坐标成果在京津城际已经得到应用，如果全线应用整体平差成果，京徐段坐标框架基准网的同名点将出现两套坐标的不合理现象。为此，专家评审组研究审定京沪全线GPS坐标框架基准网京徐段前6个点使用原成果，接边的两个点（TZ07和JW08）使用原平差成果与整体平差结果的均值作为一种过渡，徐沪段使用整体平差成果。坐标由专家组提供。2.2.2内业处理2.2.21基线计算1) 基线解算采用天宝公司的TGO的商用软件TGO1.6软件。2) 基线解算以B、C级网点的原施测单位提供的坐标作为起算成果，根据基线解算顺序依次传递到其余各点。3) 基线计算时，开窗处理、删星、计算结果、同步环或重复基线均作了记录。1、 B、C级GPS网评差B级网共35个点， C级网共44个点。平差计算采用同济大学研制的GPSNET软件。评差计算采用 B、C级GPS网的二维约束评差。平面GPS测量的精度指标符合下表规定。GPS测量的精度指标控制网级别基线边方向中误差最弱边相对中误差CP1.31/170000CP1.71/1000001）无约束平差：复测基线及异步环满足要求后，采用同济大学测量系的TGPPS Win32软件进无约束网平差计算。对观测值后验中误差、残差、标准残差进行统计分析，剔除有粗差和明显的系统误差，同时考察网的内符合精度，从网平差报告看，CPI无约束平差基线向量改正数最大X为5.6mm，Y为6.6mm，Z为4.7mm，均小于限差3。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。详细无约束平差报告见技术文件第二册。2）约束平差：约束网平差京徐段同铁四院徐沪段进行联合整网平差，采用武汉大学COSAGPS进行计算，以基站网点三维空间坐标作为起算点；并用同济大学TGPPS Win32软件采用进行了复核，两软件计算结果在铁三院京徐段坐标最大相差0.2mm，说明平差成果可靠。备注：坐标系统为：WGS-84椭球参数，中央子午线117，投影面大地高取0.0m，X加常数=0km，Y加常数=500km。从以上比较结果看，较差很小，经铁三院和铁四院协商，并经专家评估组同意，此五个结点取均值做为最终坐标成果。点号X(m)Y(m)50893816383.9977537074.192350903815857.0470536458.899650913815672.0696533770.9159GCPI0013814824.0332533752.8506GCPI0023812023.9103529634.1985京沪联合三维约束平差网参数如下： 多余观测数= 6360 已知点数= 16 总点数= 649 GPS三维基线向量数= 2753 中央子午线= 117.000000000(dms) 椭球长轴= 6378137.000(m) 椭球扁率分母= 298.257223563 PVV= 2110.341(cm2) M0= 0.576(cm)CPI控制点的成果点位中误差mx最大为4.3mm，my最大为3.2mm，均小于10mm的限差，满足规范要求。基线边方向中误差最大为0.5，小于1.3的限差，满足规范要求。最弱边相对中误差最大为1/392156，小于1/170000的限差，满足规范要求。整体平差后，使用同济大学坐标转换软件 GeoTrans进行换算得到施工坐标系坐标成果。3、高程控制网 本段内二等水准测量，在复测的同时，加设了施工水准点。3.1、加密点选点、埋石情况 全段共有设计深埋水准点造标5个，复测普通二等水准点29个，复测同时按客运专线无碴轨道铁路工程测量暂行规定中对控制测量普通二等的要求加密水准点20个，二等水准测量 54.4+32.366=86.766Km，我单位共加设施工水准点20个。加设水准点按客运专线无碴轨道铁路工程测量暂行规定中水准点选点、埋石、造标要求进行设点。一）、高程控制二等水准点复测3.2、观测 水准网的观测按照客运专线铁路无碴轨道工程测量技术暂行规定中对二等水准的要求进行复测。仪器使用ZEISS-DINI型 DS1级的精密电子水准仪用配套 2m铟瓦条码水准尺、尺垫。水准仪与水准尺在使用前已检校合格并在、使用过程中，经常规检校合格，水准仪视准轴与水准管轴的夹角均不超过15。自动观测记录，采用单路线往返观测，一条路线的往返测使用同一类型仪器和转点尺垫，沿同一路线进行。观测成果的重测和取舍按客运专线铁路无碴轨道工程测量技术暂行规定有关要求执行。 观测成果的重测和取舍按国家一、二等水准测量规范有关要求执行。 仪器各种设置如下，其中有限差要求的项目按规范要求在仪器中进行设置，并在数据采集时自动控制，不满足要求的在现场进行提示并进行重测。跨越较大河流或水域时，应按国家一、二等水准测量规范（GB 12897-91）跨河水准测量有关技术要求执行。如下表： 一、二等跨河水准测量的技术要求 表13跨河视线长度（m）一等二等最少时间段数双测回数半测回中的组数最少时间段数双测回数半测回中的组数100-300242222301-500464224501-100061264861001-1500818861281501-20001224881682000以上6s12s8s4s8s8注：表中s为跨河视线长度公里数，尾数凑整到0.5或1。 各双测回的互差dH，应不大于下式计算的限值：dH限=4M 式中：M每公里水准测量的偶然中误差限值，mm； N双测回的测回数； s跨河视线长度，km。3、数据处理1）首级水准网按照国家二等水准测量标准施测，以联测的基岩点为起算点，进行整体严密平差计算，采用清华山维NASEW智能图文网平差软件包、科傻平差或其他专业平差软件平差。高程成果保留到0.1mm。2）水准测量作业结束后，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M；当水准网的环数超过20个时，还应按环线闭合差计算Mw。M和Mw应符合表14的规定，否则应对较大闭合差的路线进行重测。M和Mw应按下列公式计算： 二等水准测量精度要求（mm） 表14水准测量等 级每千米水准测量偶然中误差M每千米水准测量全中误差MW限 差检测已测段高差之差往返测不符值附合路线或环线闭合差左右路线高差不符值二等水准1.02.0644 a)仪器设置主要有： 测量的高程单位和记录到内存的单位为米（m） 最小显示位为0.00001m 设置日期格式为实时年、月、日 设置时间格式为实时24 小时制 b)测站限差参数设置： 视距限差的高端和底端 视线高限差的高端和底端 前后视距差限差 前后视距差累积限差两次读数高差之差限差 c)作业设置： 建立作业文件 建立测段名 选择测量方式 输入起始点参考高程 输入点名（点号） 输入其它测段信息d)观测时，视线长度60m前后视距差1.5 m（电子）；，6.0 m（电子）；视线高度0.5m（电子）；测站限差：两次读数差0.4mm，两次所测高差之差0.6 mm，检测间歇点高差之差1.0 mm；观测读数和记录的数字取位：使用DS1 级仪器，读记至 0.05mm 或 0.1mm；使用数字水准仪读记至0.01mm。 e)观测时，一般按后-前-前-后的顺序进行，对于有变换奇偶站功能的电子水准仪，按以下顺序进行： 往测：奇数站为后前前后 偶数站为前后后前 返测：奇数站为前后后前 偶数站为后前前后 每一测段均为偶数测站。一组往返测一般安排在不同的时间段进行；由往测转向返测时，互换前后尺再进行观测；晴天观测时给仪器打伞，避免阳光直射；扶尺时借助尺撑，使标尺上的气泡居中，标尺垂直。水准路线一般沿坡度小的道路布设，以减弱前后视折光误差的影响。尽量避开跨越河流、湖泊、沼泽等障碍物。若与高压输电线或地下电缆平行，则使水准路线在输电线或电缆50m以外进行测量，以避免电磁场对水准测量的影响，施测时均装遮光罩。跨越较大河流或水域时，应按国家一、二等水准测量规范（GB 12897-91）跨河水准测量有关技术要求执行。f)、自动安平水准仪的圆水准器，严格置平。在连续各测站上安置水准仪时，使其中两脚螺旋与水准路线方向平行，第三脚螺旋轮换置于路线方向的左侧与右侧。除路线拐弯处外，每一测站上仪器与前后视标尺的三个位置，一般为接近一条直线。 g)、观测过程中为了保证水准尺的稳定性，选用了 2.5KG 以上的尺垫，水准观测路线必须路面硬实，观测过程中尺垫踩实以避免尺垫下沉。同时观测过程中避免仪器安置在容易震动的地方，如果临时有震动，确认震动源造成的震动消失后，再激发测量键。水准尺均借助尺撑整平扶直，确保水准尺垂直。3.3数据传输和预处理： 外业数据采集完成后，利用