關(guān)于高速鐵路CORS建設(shè)的思考

李 濤

(中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司，四川 成都 610031)

0 引 言

目前我國(guó)高速鐵路進(jìn)入了快速發(fā)展期。根據(jù)《中長(zhǎng)期鐵路網(wǎng)規(guī)劃》，至2015年底，我國(guó)將基本建成以“四縱四橫”為骨架的快速客運(yùn)網(wǎng)；預(yù)計(jì)到2020年，由高速鐵路、城際鐵路為主體的快速客運(yùn)網(wǎng)將達(dá)到5萬(wàn)公里以上，覆蓋全國(guó)絕大部分50萬(wàn)人口以上的城市。測(cè)量工作貫穿于高速鐵路勘察設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營(yíng)維護(hù)的全過(guò)程，GPS 技術(shù)是高速鐵路框架控制網(wǎng)(CP0)、基礎(chǔ)平面控制網(wǎng)(CPⅠ)和線路平面控制網(wǎng)(CPⅡ)建網(wǎng)和復(fù)測(cè)的主要方法。

連續(xù)運(yùn)行衛(wèi)星定位參考站系統(tǒng)(CORS)是衛(wèi)星定位技術(shù)、數(shù)據(jù)通訊技術(shù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、氣象分析技術(shù)等多項(xiàng)高新科技多方位、深度結(jié)晶的產(chǎn)物，形成了一個(gè)不間斷的空間信息采集系統(tǒng)，成為區(qū)域性和國(guó)家坐標(biāo)框架建設(shè)與維持的主要技術(shù)手段[1]。近年來(lái)，區(qū)域性CORS得到了廣泛的應(yīng)用[2-3]，但工程專用CORS仍處于起步階段，探討高速鐵路CORS建設(shè)具有重要意義。

1 CORS在高速鐵路測(cè)量中的應(yīng)用分析

1.1 高速鐵路測(cè)量的主要內(nèi)容

高速鐵路工程測(cè)量可以分為勘測(cè)設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營(yíng)維護(hù)三個(gè)階段。結(jié)合CORS的特點(diǎn)，從平面控制測(cè)量、線路測(cè)量、竣工測(cè)量三個(gè)角度探討高速鐵路工程測(cè)量?jī)?nèi)容。

高速鐵路建設(shè)需要建立框架控制網(wǎng)CP0、基礎(chǔ)平面控制網(wǎng)CPⅠ、線路平面控制網(wǎng)CPⅡ、軌道控制網(wǎng)CPⅢ，且在勘測(cè)設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營(yíng)維護(hù)過(guò)程中，需要對(duì)CP0、CPⅠ、CPⅡ、CPⅢ進(jìn)行多次復(fù)測(cè)；線路測(cè)量包括勘測(cè)控制測(cè)量、地形測(cè)量、中線測(cè)量、路基測(cè)量、專項(xiàng)調(diào)查測(cè)量、控制網(wǎng)交樁及復(fù)測(cè)、施工控制網(wǎng)加密測(cè)量、線路中線貫通測(cè)量等內(nèi)容；竣工測(cè)量主要包括控制網(wǎng)竣工測(cè)量、線路軌道竣工測(cè)量、線下工程建筑及線路設(shè)備竣工測(cè)量、竣工地形圖及鐵路用地界測(cè)量[4]。可見(jiàn)，高速鐵路測(cè)量中的很多工作均可使用CORS完成。

1.2 CORS在高速鐵路測(cè)量中的應(yīng)用分析

1.2.1 框架控制網(wǎng)CP0

根據(jù)京滬、哈大、武廣、鄭西、石武高速鐵路平面控制測(cè)量經(jīng)驗(yàn)，框架控制網(wǎng)CP0可以提高CPⅠ控制網(wǎng)的精度，為平面控制網(wǎng)復(fù)測(cè)提供基準(zhǔn)[4]。CP0應(yīng)在初測(cè)前采用GPS測(cè)量方法建立，以2000國(guó)家大地坐標(biāo)系作為坐標(biāo)基準(zhǔn)，以IGS永久跟蹤站或國(guó)家A、B級(jí)GPS控制點(diǎn)作為約束點(diǎn)，進(jìn)行控制網(wǎng)的整體三維約束平差。

根據(jù)目前CORS建設(shè)及測(cè)試數(shù)據(jù)[1-5]，CORS基準(zhǔn)站能滿足CP0的精度要求，且利用CORS進(jìn)行高速鐵路后續(xù)測(cè)量更加方便，可以使用CORS取代CP0作為高速鐵路平面控制測(cè)量的起算基準(zhǔn)[6]。

1.2.2 CPⅠ、CPⅡ測(cè)量

CORS基準(zhǔn)站連續(xù)觀測(cè)、點(diǎn)位穩(wěn)定、數(shù)據(jù)精度高，完全可以作為起算點(diǎn)進(jìn)行CPⅠ、CPⅡ布設(shè)，由于CORS基準(zhǔn)站到CPⅠ、CPⅡ控制點(diǎn)間距離較遠(yuǎn)，應(yīng)適當(dāng)增加觀測(cè)時(shí)間，以保證基線精度，同時(shí)，CPⅠ、CPⅡ中短邊需同步觀測(cè)，以獲取獨(dú)立基線[7]。

CPⅠ、CPⅡ復(fù)測(cè)時(shí)，同樣以CORS基準(zhǔn)站作為起算數(shù)據(jù)。由于起算數(shù)據(jù)統(tǒng)一、測(cè)量精度高、無(wú)人為誤差，成果更加可靠。

1.2.3 CORS-RTK的應(yīng)用

GPS RTK技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于高速鐵路地形測(cè)量、中線測(cè)量、路基測(cè)量、專項(xiàng)調(diào)查測(cè)量、線下工程建筑及線路設(shè)備竣工測(cè)量、竣工地形圖及鐵路用地界測(cè)量中。

與傳統(tǒng)RTK相比，CORS-RTK可以全網(wǎng)使用統(tǒng)一的轉(zhuǎn)換參數(shù),全線精度一致；解決了常規(guī)RTK因基站信號(hào)不穩(wěn)、轉(zhuǎn)站等原因造成的誤差問(wèn)題，明顯增加了穩(wěn)定性；增大了作業(yè)半徑，提高了工作效率，實(shí)現(xiàn)了單機(jī)作業(yè)，節(jié)省大量的人力物力。

傳統(tǒng)RTK進(jìn)行高速鐵路測(cè)量一般使用CPⅠ數(shù)據(jù)求取轉(zhuǎn)換參數(shù)，而在CPⅠ建立前，就需要進(jìn)行地形測(cè)量、中線測(cè)量等工作。高速鐵路CORS的建立，在方案未穩(wěn)定階段可以先不布設(shè) CPⅠ，直接使用CORS進(jìn)行測(cè)量,避免因高速鐵路建設(shè)方案改線造成既有CPⅠ成果的廢棄。

2 高速鐵路CORS建設(shè)方案探討

2.1 系統(tǒng)組成

CORS由若干個(gè)連續(xù)運(yùn)行基準(zhǔn)站、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理中心、用戶應(yīng)用系統(tǒng)等組成，其系統(tǒng)構(gòu)成如圖1所示。

圖1 CORS系統(tǒng)組成圖

參照TB10601-2009《高速鐵路工程測(cè)量規(guī)范》中CP0的布網(wǎng)要求，高速鐵路CORS基準(zhǔn)站距離以50 km左右為宜，最好為等邊或等腰三角形。建立高速鐵路CORS時(shí),應(yīng)考慮覆蓋全部貫通線和比較線，即所有測(cè)量的鐵路線均在CORS網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍以內(nèi)[6]。

2.2 系統(tǒng)建設(shè)方案

CORS建設(shè)的主要內(nèi)容包括連續(xù)運(yùn)行基準(zhǔn)站、數(shù)據(jù)處理中心、數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)等。連續(xù)運(yùn)行基準(zhǔn)站的網(wǎng)型設(shè)計(jì)、測(cè)站選擇、標(biāo)石建造、電源系統(tǒng)、硬件集成、安全防護(hù)等直接影響到CORS的控制范圍、精度指標(biāo)、安全穩(wěn)定等；數(shù)據(jù)處理中心以計(jì)算機(jī)及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為基礎(chǔ)，用于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、處理分析和產(chǎn)品服務(wù)，建設(shè)時(shí)應(yīng)考慮安全性、可靠性、保密性、可恢復(fù)性，主要由參考站網(wǎng)管理系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理分析系統(tǒng)和產(chǎn)品服務(wù)系統(tǒng)組成；CORS應(yīng)在專用網(wǎng)絡(luò)上構(gòu)建數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)，納入國(guó)家參考站網(wǎng)的參考站應(yīng)通過(guò)數(shù)據(jù)共享機(jī)制連接到國(guó)家參考站網(wǎng)數(shù)據(jù)中心[8]。

2.3 基準(zhǔn)站平面坐標(biāo)與高程聯(lián)測(cè)方案

2.3.1 CORS基準(zhǔn)站平面坐標(biāo)聯(lián)測(cè)

CORS基準(zhǔn)站應(yīng)同步觀測(cè)24 h以上，并同時(shí)與IGS永久跟蹤站或國(guó)家A級(jí)GPS點(diǎn)進(jìn)行聯(lián)測(cè)。采用 GAMIT數(shù)據(jù)處理軟件進(jìn)行基線解算，基線向量解算引入的起算點(diǎn)坐標(biāo)位置基準(zhǔn)應(yīng)為國(guó)際地球參考框架(ITRF)中的坐標(biāo)成果，該坐標(biāo)框架應(yīng)與采用的精密星歷坐標(biāo)框架保持一致。起算點(diǎn)選用聯(lián)測(cè)的IGS永久跟蹤站或國(guó)家A級(jí) GPS點(diǎn)，其點(diǎn)位坐標(biāo)精度應(yīng)優(yōu)于0.1 m[4].確定各坐標(biāo)系統(tǒng)之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系，為后續(xù)工程勘察設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營(yíng)提供統(tǒng)一的坐標(biāo)基準(zhǔn)[9]。

2.3.2 CORS基準(zhǔn)站高程聯(lián)測(cè)

CORS基準(zhǔn)站高程采用二等水準(zhǔn)測(cè)量方法聯(lián)測(cè)，二等水準(zhǔn)難以測(cè)量時(shí)可以采用精密三角高程方法測(cè)量。

2.3.3 精度及可靠性檢查

在高速鐵路CORS運(yùn)行之前，需要進(jìn)行野外測(cè)試工作，測(cè)試系統(tǒng)的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)是否滿足高速鐵路測(cè)量的要求。主要測(cè)試內(nèi)容包括定位精度測(cè)試、可靠性測(cè)試、可用性測(cè)試、兼容性測(cè)試等[1]。

3 結(jié)束語(yǔ)

高速鐵路測(cè)量持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，復(fù)測(cè)次數(shù)多，精度要求高，參與作業(yè)單位多，測(cè)繪基準(zhǔn)的穩(wěn)定統(tǒng)一是高速鐵路測(cè)量的難點(diǎn)之一。CORS可為高速鐵路測(cè)量提供一個(gè)統(tǒng)一、穩(wěn)定、高精度的起算基準(zhǔn)，廣泛應(yīng)用于CPⅠ、CPⅡ布網(wǎng)及地形測(cè)量、中線測(cè)量、路基測(cè)量、專項(xiàng)調(diào)查測(cè)量、線下工程建筑及線路設(shè)備竣工測(cè)量、竣工地形圖及鐵路用地界測(cè)量中，保證成果質(zhì)量，大大提高測(cè)量的工作效率。可以使用CORS取代CP0作為高速鐵路平面控制測(cè)量的起算基準(zhǔn)。

另外，可以根據(jù)CORS精確的大地高及高精度水準(zhǔn)測(cè)量成果，建立高速鐵路區(qū)域似大地水準(zhǔn)面模型，實(shí)現(xiàn)RTK實(shí)時(shí)獲得高精度的正常高定位結(jié)果。

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