柳南鐵路CPⅠ變更測量分析

劉 凱

(中鐵二院測繪工程設計研究院，四川 成都 610031)

0 引 言

新建柳州至南寧客運專線(以下簡稱柳南鐵路)按Ⅰ級鐵路標準建設，設計速度250 km/h，全線為有砟軌道。線路起自廣西柳州市，經來賓、黎塘，止于南寧市，線路全長約193.6 km，南寧-黎塘段與南廣客運專線并行。2008年5月，柳南鐵路CPⅠ建網時，按《時速200～250公里有砟軌道鐵路工程測量指南(試行)》[1](以下簡稱《指南》)技術要求建立。TB10601-2009《高速鐵路工程測量規范》[2](以下簡稱《規范》)自2009年12月1日起施行，適用于新建250～350 km/h的高速鐵路工程測量。柳南鐵路既有CPⅠ不能滿足現行《規范》的要求，需要進行變更測量。2011年9月，中鐵二院工程集團有限責任公司完成了柳南鐵路精測網變更測量工作。

1 柳南鐵路既有CPⅠ評價

1.1 《指南》與《規范》CPⅠ主要技術要求對比

《指南》與《規范》中CPⅠ的主要技術要求對比情況如表1所示。

相對于《指南》 ，《規范》將投影長度變形值從25 mm/km提高到了10 mm/km；將控制網從C級GPS測量要求提高到了二等GPS測量要求。

表1 《指南》與《規范》CPⅠ技術要求對比表

1.2 柳南鐵路既有CPⅠ介紹

柳南鐵路既有CPⅠ采用工程獨立坐標系，1954年北京坐標系參考橢球，高斯投影，劃分為兩個投影帶，中央子午線分別為108°30′、109°00′；投影高程面正常高112 m.經計算，邊長最大投影差為14.6 mm/km.既有CPⅠ按C級GPS點觀測要求觀測，基線邊方向最大中誤差為1.37″，最弱邊相對中誤差為1/124150，滿足《指南》要求。

1.3 柳南鐵路既有CPⅠ評價

柳南鐵路既有CPⅠ無法滿足《規范》的精度要求，主要存在以下問題[3]：

1) 柳南鐵路既有CPⅠ投影帶中央子午線分別為東經108°30′、109°00′，邊長最大投影差為14.6 mm/km，不能滿足《規范》投影長度變形值不宜大于10 mm/km的要求。

2) 柳南鐵路既有CPⅠ按C級GPS點要求觀測，觀測時段數、時段時長達不到《規范》中的二等GPS點要求；基線邊方向最大中誤差1.37″、最弱邊相對中誤差為1/124150，無法滿足《規范》中CPⅠ基線邊方向最大中誤差1.3″、最弱邊相對中誤差為1/180000的要求。

3) 部分隧道出入口、長大橋梁處未布設CPⅠ控制點，個別CPⅠ控制點被破壞，無法滿足施工及監測要求。

2 柳南鐵路CPⅠ變更測量

2.1 投影帶劃分

根據《規范》投影長度變形值不宜大于10 mm/km要求，重新劃分投影帶。共劃分三個投影帶，中央子午線為東經108°30′、109°00′、109°30′.

2.2 柳南鐵路變更 CPⅠ測量

變更CPⅠ應全線一次布網，統一測量，整體平差。測量前，對原CPⅠ控制點進行現場踏勘，對于點位穩固、位置合理的CPⅠ控制樁直接利用；當沿線路每4 km左右及長大隧道進出口、長大橋梁等重點工點沒有CPⅠ控制點時，按《規范》埋石標準補設CPⅠ控制點。 與原CPⅠ相同，變更CPⅠ采用邊聯結方式構網，形成由三角形或大地四邊形組成的帶狀網。

柳南鐵路變更CPⅠ采用12臺雙頻GPS接收機(標稱精度為±5 mm+1 ppm)按靜態相對定位模式進行測量，按《規范》中二等GPS控制網測量要求，每條邊觀測時段數≥2，有效時段長度≥90 min，衛星高度角≥15°，接收機采樣間隔為15 s，PDOP值均≤6[2].

2.3 數據處理及精度評定

2.3.1 基線向量結算

柳南鐵路變更CPⅠ基線解算采用TGO軟件，用衛星廣播星歷按靜態相對定位模式進行。解算前對原始觀測數據進行預處理，剔除觀測質量不好的數據；對不理想的解算成果采用改變衛星高度角、刪除觀測值殘差比較大的時段、選取不同的參考衛星等方法進行干預，并重新解算[4]。

柳南鐵路變更CPⅠ基線向量閉合環閉合差統計結果如表2所示。

柳南鐵路變更CPⅠ基線向量閉合環閉合差最大為BCPⅠ～CPⅠ50～CPⅠ48，其閉合差為53.4 mm，環長25 905 m，限差為±89.8 mm，其余基線向量閉合環閉合差同樣滿足限差要求。

表2 變更CPⅠ基線向量網閉合環閉合差統計表

柳南鐵路變更CPⅠ重復觀測基線長度較差統計，如表3所示。

表3 變更CPⅠ重復觀測基線長度較差統計表

《規范》要求同一邊不同觀測時段基線較差ds≤±2σmm，變更CPⅠ重復觀測基線長度較差最大為CPⅠ131～CPⅠ136：較差為26.5 mm，邊長為8 690.2 m，限差為±28.4 mm，其余基線向量同樣滿足限差要求。

2.3.2 三維無約束平差

柳南鐵路變更CPⅠ測量平差及坐標轉換均采用中鐵二院工程集團有限責任公司與西南交通大學共同研制的ESGPS software軟件包進行。

以CPⅠ128的WGS84坐標為起算數據，進行三維無約束平差。經過三維無約束平差計算，基線向量各分量的改正數絕對值 (VΔx、VΔy、VΔz)均滿足《規范》的要求。

2.3.3 二維約束平差

先進行點位踏勘，選擇點位穩定，可靠性高且均勻分布的CPⅠ01、CPⅠ02、CPⅠ115、CPⅠ134、CPⅠ135、CPⅠ138、CPⅠ59作為已知點。 在二維約束平差前，對已知點的可靠性進行檢驗。以CPⅠ01為起算點，進行三維無約束平差，得到其它6個控制點坐標，計算7點之間的邊長、方位角，與原測邊長、方位角進行比較。經計算，最大邊長相對中誤差為1/590623，最大方位角較差0.2″，均對應CPⅠ135～CPⅠ138.選擇的已知點間邊長相對中誤差滿足≤1/250000的要求，可作為變更CPⅠ二維約束平差的已知點。

柳南鐵路變更CPⅠ測量二維約束平差精度統計結果如表4所示。

表4 變更CPⅠ二維約束平差精度統計表

從表4可以看出，柳南鐵路變更CPⅠ最弱邊方位角中誤差、最弱邊邊長相對中誤差均能滿足《規范》中CPⅠ基線邊方向中誤差≤1.3″、最弱邊邊長相對中誤差≤1/180000的精度要求。

2.4 既有CPⅠ與新CPⅠ比較分析

變更CPⅠ成果與既有CPⅠ成果進行比較，兩者點位較差最大為CPⅠ60(ΔX：41.4 mm，ΔY：50.2 mm)，點位較差最小為CPⅠ139(ΔX：-1.8 mm，ΔY：4.2 mm)，具體統計如表5所示。

表5 變更CPⅠ與既有CPⅠ點位較差統計表

變更CPⅠ與既有CPⅠ個別控制點點位較差較大，主要原因是提高了CPⅠ觀測等級以及平差所用已知點不相同。變更CPⅠ成果通過了技術評審，后續施工時采用本次變更成果。

3 結束語

在柳南鐵路變更CPⅠ測量項目中，分析了《指南》與《規范》中CPⅠ測量要求的區別及既有CPⅠ存在的問題，針對存在的問題，對既有CPⅠ進行了升級變更。根據基線向量精度、三維無約束平差精度、二維約束平差精度及變更CPⅠ成果與既有CPⅠ成果進行比較情況，表明變更CPⅠ滿足《規范》中規定的二等GPS要求。

同樣，《規范》中的CPⅡ要求相對《指南》要求也有了提高。《指南》要求CPⅡ可以采用D級GPS或四等導線要求觀測，而《規范》中規定CPⅡ須按三等GPS或三等導線要求觀測。根據客運專線鐵路精密工程測量“三網合一”及平面控制網“三級布設”的原則[5]，應根據變更CPⅠ成果，對既有CPⅡ成果進行變更。

[1] 中華人民共和國鐵道部.時速200～250 km有砟軌道鐵路工程測量指南(試行)[R]. 鐵道部建設管理司, 2007.

[2] 中鐵二院工程集團有限公司.TB10601-2009.高速鐵路工程測量規范[S].中華人民共和國鐵道部，2009.

[3] 賈陳君.膠濟客運專線精控網的分析處理[J].常州工學院學報,2010,23(6):25-29.

[4] 盧 榮,林 鴻.GZCORS在花莞高速公路首級控制測量中的應用 [J].城市勘測,2012(4):118-120.

[5] 丁建華.高速鐵路工程測量特點[J].鐵道勘察,2009(5):1-4.