膠濟客運專線CPⅠ、CPⅡ平面復測技術(shù)

王 凱

(中鐵工程設(shè)計咨詢集團有限公司濟南設(shè)計院,山東濟南 250022)

1 工程概況

基礎(chǔ)平面控制網(wǎng)(CPⅠ)復測：觀測CPⅠ級GPS控制點132個,聯(lián)測已知國家Ⅱ等三角點5個,全線CPⅠ級GPS網(wǎng)整體平差,與首期成果的邊長和坐標進行比較。

線路控制網(wǎng)(CPⅡ)復測：觀測CPⅡ級GPS控制點265個。聯(lián)測CPI控制點132個,CPⅡ級GPS網(wǎng)平差。

2 總體平面復測技術(shù)方案

首級施工控制網(wǎng)CPⅠ、CPⅡ平面復測采取GPS靜態(tài)測量方法。全網(wǎng)采用10臺天寶雙頻GPS接收機觀測。根據(jù)《全球定位系統(tǒng)(GPS)鐵路測量規(guī)程》(TBl0054—97)平面控制測量等級規(guī)定和本項目實際情況,平面控制網(wǎng)按分級布網(wǎng)原則,分為基礎(chǔ)平面控制網(wǎng)(CPⅠ)和線路控制網(wǎng)(CPⅡ),復測精度分別為B級和C級。

2.1 平面復測精度控制

B級點(CPⅠ)最弱邊相對中誤差小于1/170 000,基線邊方向中誤差不大于1.3″；C級點(CPⅡ)最弱邊相對中誤差小于1/100 000,基線邊方向中誤差不大于1.7″。

2.2 平面復測主要技術(shù)要求

GPS平面復測主要技術(shù)要求見表1。

表1 GPS平面復測主要技術(shù)要求

3 復測實施

測段范圍內(nèi)地勢平坦,精測網(wǎng)CPⅠ、CPⅡ控制點相對集中，空間跨度小,有利于復測外業(yè)工作展開。但因標段線路較長而曲折,工期緊,任務重,有些點間交通不便。必須制定嚴格的作業(yè)計劃,分配好作業(yè)時間,精心組織。

3.1 基線組網(wǎng)

(1)依據(jù)相關(guān)網(wǎng)形和連接數(shù)的規(guī)范要求,對平面控制網(wǎng)進行基線組網(wǎng),優(yōu)化技術(shù)設(shè)計方案,在外業(yè)觀測和內(nèi)業(yè)基線數(shù)據(jù)處理過程中,嚴格按照設(shè)計優(yōu)化方案執(zhí)行。

(2)平面控制網(wǎng)復測構(gòu)網(wǎng)原則與中鐵第四勘測設(shè)計院相同，采用邊聯(lián)式構(gòu)網(wǎng),以大地四邊形和三角形為基本圖形，組成帶狀網(wǎng)。

(3)復測CPI首級施工控制網(wǎng),并將聯(lián)測的CP0控制點作為CPI點處理,進行CPI組網(wǎng)觀測(當聯(lián)測CPO站點時,根據(jù)聯(lián)測基線長度,適當延長同步觀測時間)。CPI控制網(wǎng)復測平面組網(wǎng)示意見圖1。

圖1 CPⅠ控制網(wǎng)復測平面組網(wǎng)示意

(4)復測CPⅡ首級施工控制網(wǎng),需聯(lián)測所有與CPⅡ相鄰的CPⅠ控制點,并將這些CPⅠ控制點視作CPⅡ點進行CPⅡ組網(wǎng)觀測。CPⅡ控制網(wǎng)復測平面組網(wǎng)示意見圖2。

圖2 CPⅡ控制網(wǎng)復測平面組網(wǎng)示意

3.2 復測主要注意事項

(1)遵循基線組網(wǎng)設(shè)計所確定的作業(yè)模式,并在接收機或控制器上配置相同的外業(yè)觀測參數(shù)。

(2)檢查GPS電池容量是否滿足作業(yè)要求。接收機的電源電纜、天線電纜等連接是否正確，數(shù)據(jù)存儲設(shè)備是否滿足存儲空間。

(3)檢查確認天線安置基座對中器是否合格，如天線有指北定向標志,則應借助指北針或羅盤保持接收機天線指北標志指向正北方向。

(4)雷雨季節(jié)架設(shè)天線時,注意防雷擊。雷雨過境時,立即停止觀測,并卸下天線。

(5)觀測組嚴格遵守調(diào)度命令,按規(guī)定時間同步觀測,不得擅自更改觀測計劃。

(6)每時段觀測前后分別量取天線高,丈量誤差≤2 mm,取兩次丈量平均值作為最終結(jié)果。

(7)接收機開始記錄數(shù)據(jù)后。將測站名、測站號、時段號、天線高等信息完整地記錄于觀測手簿。

(8)1個時段觀測過程中嚴禁進行以下操作：關(guān)閉接收機重新啟動、進行自測試、改變接收設(shè)備預置參數(shù)、改變天線位置、按關(guān)閉和刪除文件功能鍵等。

(9)嚴禁在天線附近使用無線電通訊設(shè)備。使用對講機、電話等應距天線10 m以上,車載電臺應距天線50 m以上。

(10)每天完成外業(yè)數(shù)據(jù)采集,內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理人員采用LG06.0商用軟件進行基線檢查。如果發(fā)現(xiàn)有不能通過基線檢查的數(shù)據(jù),先進行分析處理,兩次分析處理還不能通過的基線數(shù)據(jù),第二天應組小網(wǎng)重新補測。

4 平差及復測成果分析

首級施工控制網(wǎng)CPⅠ、CPⅡ采用武漢大學《GPS工程測量網(wǎng)通用平差軟件包(CosaGPS V3.0)》進行平差處理。首先進行基線解算，形成基線向量文件,然后引入2～3個聯(lián)測的高等級控制點WGS-84空間直角坐標作為基準，進行CPⅠ、CPⅡ的空間三維無約束平差(自由網(wǎng)平差),得到平差后CPⅠ、CPⅡ點WGS-84三維空間直角坐標。檢查GPS基線向量網(wǎng)本身內(nèi)符合精度,判定基線改正數(shù)是否符合規(guī)范要求。最后以點位穩(wěn)定、設(shè)計坐標成果可靠的1個CPO點、2個CPI點為強制約束控制點,進行CPⅠ二維約束平差,以獲取CPⅠ最終復測平面坐標及相應的二維約束平差精度信息。CPⅡ二維約束平差采用點位穩(wěn)定，設(shè)計坐標成果可靠的CPⅠ點為強制約束控制點,以獲取CPⅡ最終復測平面坐標及相應的二維約束平差精度信息。

4.1 CPⅠ數(shù)據(jù)平差處理及分析

CPⅠ復測基線解算采用廣播星歷,用LG06.0商用軟件按靜態(tài)相對定位模式進行,采用雙差固定解,求解基線向量。以大地四邊形作為基本構(gòu)網(wǎng)圖形,對觀測基線進行處理和質(zhì)量分析,檢查基線質(zhì)量是否符合規(guī)范要求,刪除工作狀態(tài)不佳的衛(wèi)星數(shù)據(jù),觀察衛(wèi)星殘差圖某個衛(wèi)星在某時段殘差是否過大,是否有明顯的系統(tǒng)誤差,否則刪除該時間段，不讓其參與CPⅠ平差。

(1)基線向量異步環(huán)閉合差

基線向量異步環(huán)閉合差是檢驗基線向量網(wǎng)質(zhì)量的一項重要技術(shù)指標。在解算出每一時段CPⅠ基線向量后。以三角形作為構(gòu)環(huán)圖形,不同時段組成異步基線環(huán)。并計算異步環(huán)坐標分量閉合差。CPⅠ基線向量異步環(huán)閉合差應符合下式規(guī)定

式中n——閉合環(huán)邊數(shù)；

σ——標準差,即基線向量弦長中誤差/mm；

a——固定誤差；

b——比例誤差；

d——弦長，km。

根據(jù)按《時速200～250 km有砟軌道鐵路工程測量指南(試行)》表2.1.3,CPⅠ基礎(chǔ)平面控制網(wǎng)為C級GPS控制,a取10 mm,b取5×10-6D。膠濟客運專線CPⅠ控制網(wǎng)基線向量獨立觀測異步環(huán)閉合差統(tǒng)計見表2。

表2 基線向量網(wǎng)異步環(huán)閉合差統(tǒng)計

(2)重復基線較差

表3 重復觀測基線較差統(tǒng)計

(3)CPⅠ平差及精度分析

約束1個CPO基站點WGS-84空間直角坐標,進行CPⅠ基線向量網(wǎng)空間三維自由網(wǎng)平差,從而得到自由網(wǎng)平差后各CPⅠ點WGS-84三維空間直角坐標,并檢查GPS基線向量網(wǎng)本身的內(nèi)符合精度,判定基線改正數(shù)是否符合規(guī)范要求。經(jīng)過CPⅠ控制網(wǎng)三維無約束平差計算,得出CPⅠ基線向量網(wǎng)基線向量邊長相對中誤差、坐標方位角中誤差、點位坐標中誤差等指標,平差精度統(tǒng)計見表4。

表4 CPⅠ平面控制網(wǎng)平差精度統(tǒng)計

(4)CPⅠ平面控制網(wǎng)復測成果

CPⅠ平面復測達到B級GPS網(wǎng)精度。CPⅠ控制點復測坐標與設(shè)計坐標滿足聾、Y坐標差值絕對值不大于±20 mm時,認為設(shè)計單位所交CPⅠ控制點精度滿足規(guī)范要求,點位穩(wěn)定可靠。CPⅠ控制網(wǎng)復測平面坐標與設(shè)計坐標比較見表5。

4.2 CPⅡ數(shù)據(jù)平差處理及分析

(1)CPⅡ平差及精度分析

CPⅡ基線求解方法與CPⅠ基線求解方法相一致。CPⅡ控制網(wǎng)基線向量網(wǎng)自身內(nèi)符合精度高。基線向量沒有明顯系統(tǒng)誤差和粗差,基線向量網(wǎng)質(zhì)量可靠,以穩(wěn)定的CPⅠ點作為強制約束基準進行二維約束平差,以獲取各CPⅡ控制點平面坐標。CPⅡ控制網(wǎng)三維無約束平差精度統(tǒng)計和分析見表6。

表5 CPⅠ控制網(wǎng)復測平面坐標與設(shè)計坐標比較

由CPⅡ控制網(wǎng)三維無約束平差精度統(tǒng)計數(shù)據(jù)可知：CPⅡ控制網(wǎng)的基線向量網(wǎng)自身的內(nèi)符合精度高,基線向量沒有明顯系統(tǒng)誤差和粗差,基線向量網(wǎng)的質(zhì)量是可靠的,在此基礎(chǔ)上可以進行二維約束平差。CPⅡ控制網(wǎng)二維約束平差精度見表7。

表6 三維無約束平差精度統(tǒng)計

表7 二維約束平差精度統(tǒng)計

通過上述CPⅡ控制網(wǎng)平差精度分析,可得出以下結(jié)論：復測的CPⅡ控制網(wǎng)最弱邊相對中誤差和最弱邊方位角中誤差均達到D級GPS點的精度,完全滿足高速鐵路軌道工程CPⅡ控制網(wǎng)的基線邊方向中誤差≤2.0″、最弱邊相對中誤差≤1/60 000的精度要求。

(2)CPⅡ平面控制網(wǎng)復測成果

CPⅡ復測網(wǎng)精度達到C級GPS網(wǎng)精度要求。因《客運專線鐵路無碴軌道工程測量暫行規(guī)定》未對CPⅡ控制點復測限差進行具體規(guī)定,故按《高速鐵路工程測量規(guī)范(報審稿)》規(guī)定,CPⅡ控制點復測X、Y坐標差值的限差±15 mm。CPⅡ控制網(wǎng)復測平面坐標與設(shè)計坐標比較見表8。

表8 CPⅡ控制網(wǎng)復測平面坐標與設(shè)計坐標比較

5 結(jié)束語

膠濟客運專線K92+800～K380+000段CPⅠ、CPⅡ復測精度分別達到B級、C級網(wǎng)精度要求,復測CPⅠ、CPⅡ平面點位精度滿足《客運專線無砟軌道鐵路工程測量暫行規(guī)定》。復測CPⅠ、CPⅡ坐標與設(shè)計坐標差值在規(guī)范規(guī)定的許可范圍內(nèi),點位穩(wěn)定可靠,可采用設(shè)計單位提交的成果進行控制網(wǎng)加密及施工放樣定位。

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