境外鐵路平面控制測(cè)量的幾點(diǎn)體會(huì)

王志強(qiáng)

(鐵道第三勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，天津　300251)

1　項(xiàng)目簡(jiǎn)介

泛亞鐵路工程某段是整個(gè)泛亞鐵路規(guī)劃的重要組成部分，線路全長(zhǎng)約300 km。沿線均處平原，地勢(shì)低平。主要技術(shù)指標(biāo)為單線標(biāo)準(zhǔn)軌，最高設(shè)計(jì)時(shí)速120 km，預(yù)留雙線條件，同時(shí)考慮客運(yùn)和貨運(yùn)的需要。工程平面控制測(cè)量結(jié)合航飛和鐵路初測(cè)要求，首級(jí)平面控制網(wǎng)一次建網(wǎng)完成，同時(shí)采用高程擬合技術(shù)建立高程控制網(wǎng)。

2　資料收集和使用

平面控制測(cè)量的起算數(shù)據(jù)為工程所在國(guó)GPS大地測(cè)量點(diǎn)，控制點(diǎn)等級(jí)為當(dāng)?shù)匾坏菺PS點(diǎn)。由于控制點(diǎn)等級(jí)高且多個(gè)點(diǎn)在鐵路線位附近，此次平面控制測(cè)量選用了4個(gè)控制點(diǎn)。

3　坐標(biāo)系統(tǒng)

該國(guó)平面和高程系統(tǒng)由其地理制圖局建立，平面坐標(biāo)原點(diǎn)為1960印度原點(diǎn)，高程起算以河仙中等海水面為零點(diǎn)起算。根據(jù)收集到的GPS大地測(cè)量點(diǎn)資料，明確本項(xiàng)目坐標(biāo)系統(tǒng)。

參考框架：ITRF2005；

坐標(biāo)系：UTM Zone 48 North Ellipsoid GRS80。

4　平面坐標(biāo)投影

平面坐標(biāo)采用橫軸墨卡托投影(UTM)，與中國(guó)常用的高斯-克呂格投影的最大區(qū)別是中央子午線尺度比不是1，而是0.999 6，在中央子午線兩側(cè)割線處投影長(zhǎng)度沒有變形，在兩割線以內(nèi)，投影后長(zhǎng)度變短，變化最大處為中央子午線，在兩割線以外，投影后長(zhǎng)度變長(zhǎng)，如圖1所示。UTM的另一特點(diǎn)與高斯克呂格投影一樣，投影后無角度變形，圖形保持相似。

圖1　UTM投影變形示意

該國(guó)全國(guó)劃分為3個(gè)投影帶，詳見表1。

表1　該國(guó)投影分帶

本項(xiàng)目坐標(biāo)系中央子午線為105°

長(zhǎng)半軸：a=6 378 137 m，扁率：1/f=298.257 222 101，UTM投影尺度比：m0=0.999 6。

5　測(cè)量實(shí)施

5.1　控制網(wǎng)等級(jí)和測(cè)量方式

此次工程首級(jí)平面控制網(wǎng)設(shè)計(jì)為D級(jí)(四等)GPS控制網(wǎng)，每8 km左右布設(shè)一對(duì)通視的GPS點(diǎn)，點(diǎn)間距離600～800 m；次級(jí)平面控制網(wǎng)設(shè)計(jì)為一級(jí)導(dǎo)線，點(diǎn)間距離400～600 m，短邊與相鄰邊之比不超過1∶3。

5.2　選點(diǎn)埋標(biāo)

該國(guó)是土地私有制國(guó)家，在私人土地測(cè)量需要得到土地所有者的同意，因此控制點(diǎn)大部分布設(shè)在沿線附近的公路邊上和部分鄉(xiāng)村道路邊上。采用現(xiàn)場(chǎng)水泥澆筑，埋設(shè)規(guī)格為30 cm×30 cm×80 cm。

5.3　外業(yè)觀測(cè)

外業(yè)測(cè)量實(shí)施前，按照項(xiàng)目質(zhì)量控制的要求，檢查GPS和全站儀設(shè)備的檢定證書并做好測(cè)量前常規(guī)檢查，確保儀器狀態(tài)穩(wěn)定滿足測(cè)量要求。

GPS測(cè)量使用4臺(tái)徠卡1200 GPS雙頻接收機(jī)，以邊連式構(gòu)網(wǎng)，每時(shí)段觀測(cè)時(shí)間大于45 min，數(shù)據(jù)采樣率為15 s。測(cè)量時(shí)聯(lián)測(cè)收集的當(dāng)?shù)乜刂泣c(diǎn)，同時(shí)根據(jù)聯(lián)測(cè)距離適當(dāng)延長(zhǎng)同步觀測(cè)時(shí)間。

5.4　數(shù)據(jù)處理

此次GPS外業(yè)靜態(tài)測(cè)量采用同一型號(hào)接收機(jī)，原始數(shù)據(jù)按照日期和接收機(jī)號(hào)存檔。GPS基線解算統(tǒng)一采用LGO6.0軟件進(jìn)行。解算時(shí)采用起算點(diǎn)轉(zhuǎn)換的WGS-84坐標(biāo)作為基線的起算點(diǎn)。網(wǎng)平差采用同濟(jì)大學(xué)測(cè)量系的TGPPS Win32軟件，以聯(lián)測(cè)的地方GPS控制點(diǎn)為起算點(diǎn)。

基線處理環(huán)閉合差最大如下：

多邊形環(huán)[5]:GPS144GPS146GPS145GPS143GPS144

Wx=-0.006 mWy=0.027 mWz=0.008 mWxyzmax=0.024 m

W=0.029 mWmax= 0.041 mS=8 426.739 m

精度滿足《鐵路工程衛(wèi)星定位測(cè)量規(guī)范》GPS網(wǎng)基線質(zhì)量檢驗(yàn)限差表要求，基線解算質(zhì)量合格。

GPS網(wǎng)平差計(jì)算時(shí)首先在WGS84坐標(biāo)系中進(jìn)行無約束平差，對(duì)觀測(cè)值后驗(yàn)中誤差、殘差、標(biāo)準(zhǔn)殘差進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，檢查GPS基線向量是否含有粗差和明顯的系統(tǒng)誤差，無約束平差基線向量改正數(shù)最大ΔX為-0.95 cm，ΔY為1.42 cm，ΔZ為-0.85 cm，均小于限差3σ。表明GPS控制網(wǎng)基線向量的觀測(cè)值內(nèi)附合精度較高，基線向量網(wǎng)的質(zhì)量可靠。

無約束平差結(jié)束后，經(jīng)過控制點(diǎn)兼容性檢查，選取兼容性好的點(diǎn)作為起算點(diǎn)，進(jìn)行約束平差。采用5C、3、5J、10C四個(gè)已知點(diǎn)進(jìn)行約束平差計(jì)算。其基線向量改正數(shù)之差最大ΔX為0.89 cm，ΔY為1.60 cm，ΔZ為1.52 cm，均小于限差2σ。平差后GPS控制網(wǎng)的點(diǎn)位中誤差最大點(diǎn)是GPS149，Mx最大值：0.47 cm，My最大值：0.49 cm，均小于±50 mm的限差，滿足要求。基線邊方向中誤差最大的基線邊為GPS155-GPS156，方向中誤差最大為1.10″，小于2.5″的限差，基線邊相對(duì)中誤差最大的基線邊為GPS149-GPS150，相對(duì)中誤差為1/175 828，小于1/50 000的限差，滿足四等GPS測(cè)量精度要求。

6　結(jié)束語

本工程設(shè)計(jì)行車速度低，初測(cè)階段直接采用當(dāng)?shù)刈鴺?biāo)系而未進(jìn)行工程獨(dú)立坐標(biāo)系設(shè)計(jì)，在工程起點(diǎn)處的測(cè)距投影長(zhǎng)度變形達(dá)33 mm/km，在進(jìn)行二級(jí)導(dǎo)線控制測(cè)量計(jì)算時(shí)需要進(jìn)行測(cè)距邊的投影改正，對(duì)于重要工程(如特大橋)需要建立施工坐標(biāo)系，避免測(cè)距投影誤差對(duì)重要工程施工的不利影響。

境外工程測(cè)繪項(xiàng)目，如坐標(biāo)系統(tǒng)、投影方式等均可能與中國(guó)不同，在中國(guó)技術(shù)的基礎(chǔ)上找出其中的差異，確立合適的技術(shù)方案是順利完成測(cè)繪工作的必要保證。

境外勘測(cè)項(xiàng)目實(shí)施過程中，需要充分收集既有資料，同時(shí)在具體施測(cè)階段注重當(dāng)?shù)亓?xí)俗，選點(diǎn)埋標(biāo)以及測(cè)量時(shí)盡量避免干擾當(dāng)?shù)鼐用瘢谒駱?biāo)志點(diǎn)的保存。

[1]TB10101—2009鐵路工程測(cè)量規(guī)范[S]

[2]TB10054—2010鐵路工程衛(wèi)星定位測(cè)量規(guī)范[S].

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