高鐵控制測量技術研究

中鐵一局集團寶雞精密測繪工程有限公司 721000

摘要：近年來，隨著我國高速鐵路的發展，全國各地的高速鐵路數量開始增多，這就要求高速鐵路的運行要具有更高的安全性和可靠性。所以，必須要提高高速鐵路控制精密測量技術水平。

關鍵詞：高鐵控制；測量技術；發展

引言

高鐵施工過程中，必須要對施工測量精度進行有效的控制，保證工程施工放樣的精度，精度和安全性直接掛鉤，隨著高鐵建設技術的提高，在精度方面的要求也越來越高，因此，必須要深入的研究高鐵精密控制測量技術。

1.高速鐵路精密控制測量體系的主要技術特點

首先確定了高速鐵路精密控制網分級布設原則。第二，實現了三網合一。將原鐵路工程測量規范中分別獨立建立的勘察設計控制網、施工控制網、運營維護控制網合并為高速鐵路精密控制網。統一了坐標基準、高程基準，消除了三個獨立控制網間存在的系統差。使設計線路定位、施工放樣更準確，減少設計與施工間的協調。第三，明確了必須采用絕對定位與相對定位測量相結合的鋪軌測量定位模式。第四，提出了建立高速鐵路精密控制網的具體方法，詳細闡述了高速鐵路各級精密控制測量網精度指標和具體技術內容。第五，規定了高速鐵路精密控制測量網，在施工各階段和竣工后的復測要求，并制定了評估驗收和其他相關內容。第六，在技術上有所創新。表現在，提出了建立CP0框架平面控制網思想，統一了坐標基準，對精密控制測量網的復測和被破壞樁點的恢復帶來了便利；在軟基地段埋設深埋水準點和基巖水準點，使高程成果的穩定性得到了提高；首次提出了使用精密三角高程進行二等水準測量方法，大大提高了山區高程測量的效率；采用自由設站邊角交會法測量CPIII平面坐標和高程，利用CPIII軌道控制網直接指導鋪軌，同時檢測鋪軌誤差，保證鋪軌精度。

2.高速鐵路GPS控制網優化設計及測量方案

2.1GPS網優化設計指標

GPS控制網優化設計目的是使所有設計的內容達到一種最佳的狀態，實際應用中通常選用精度、可靠性和經費為指標來描述這種狀態。

不難理解，重復設站數越多，精度和網的可靠性越高，則建網費用越高。

權衡三者關系，對GPS網進行優化設計，可以實現工程資源和工程質量的最佳配置。

2.2GPS網優化設計

2.2.1.GPS零類優化設計

GPS基線向量解算中作為位置基準的固定點誤差是引起基線誤差的一個重要因素，GPS網約束平差時，基準選取不當，將會直接影響最終結果，更嚴重的可使高精度的GPS網產生扭曲。根據基線解算原理可知，基線固定點的誤差會給基線結果帶來一定的誤差，此外，因此，必須對網的位置基準進行優化設計。

GPS工程控制網多為約束網，只需要選擇國家、地方坐標系或轉化為高程抵償面的任意帶高斯投影直角坐標系（平面和高程）下的一個或多個己知點作為位置基準，但有時候根據特定要求，方位基準可由網中給定的起算方位角值確定；尺度基準可根據邊長的不同采用其它測量方法確定，如采用較高精度的測距儀或全站儀施測2-3條基線邊。在上述多基準約束網中，最好先對它們進行相容性檢驗，以免由于某個基準不匹配引起網形和比例尺發生變化。若網中無任何其它類型的己知起算點數據時，可將網中一點多次進行GPS觀測得到的坐標作為網的位置基準，或按秩虧網處理，選擇重心基準。

2.2.2.GPS網一類優化設計

GPS網一類優化設計即GPS網形設計。GPS網中點的精度與點位分布無關，它不受網本身幾何圖形的限制，主要和網中基線的邊長有關，從GPS網平差的原理可知，網的形狀對GPS網的質量沒有直接影響。區別于常規網要對網中點位通視和觀測條件進行最佳布設，GPS網要對以基線邊為觀測量的布網方式和觀測條件進行最佳選擇。GPS網常用的布網形式有：跟蹤站式、會戰式、多基準站式、同步圖形擴展式和單基準站式。

a.跟蹤站式

若干臺接收機長期放在測站上，進行常年、不間斷的觀測，即一年觀測365天，一天觀測24小時，因其觀測方式很像跟蹤站，被稱為跟蹤站式。其特點是數據量大，需要用精密星歷對數據進行處理，具有很高的精度和框架基準特性。因其觀測時間長，成本高，僅適合于建立GPSAA級網。

b.會戰式

若干臺GPS接收機，對某批測站集中進行多天長時段的同步觀測。完成后，對下批測站進行相同觀測，直至所有點觀測完畢，稱之為會戰式。其特點是可以較好的消除SA技術等因素的影響，具有相當高的網形強度和的精度，適用于A，B級GPS網。

c.多基準站式

若干臺接收機長期固定在某些測站上進行長時間觀測，這些測站稱之為基準站。另外一些接收機在基準站周圍進行較短時間的同步觀測，我們稱之為多基準站式。其基準站可以提供高精度的基線向量GPS網骨架，其余同步接收機，可以在有效的時間里獲得較強的圖形結構。

d.同步圖形擴展式

若干臺接收機在不同測站上進行同步觀測，完成一個時段后，部分接收機遷移到其它測站上，再在此基礎上進行同步觀測的布網形式稱之為同步圖形擴展式。其擴展形式快，作業方法簡單，建立某些觀測量的復測，圖形結構比較強，是工程測量中常用的一種布網方式。采用同步圖形擴展的觀測方式主要有點連式，邊連式和混連式。

e.單基準站式

單基準站式又稱為星形網方式，它是以一臺GPS作為基準站，在某個測站持續觀測，其余接收機在其周圍流動觀測，這樣就與基準站建立起若干條同步基線，其形狀類似于星形，故稱之。其特點是布網效率高，但圖形強度弱。

2.2.3.GPS網二類優化設計

傳統測量中，二類設計是指己確定網形即確定了系數陣和未知數協因數陣后，優化設計權陣值的過程，其主要觀測值是測角和測邊類。

因為各級GPS網間距離不大，或者基本相同，其權值基本相同，或者只與固定量有關，因此可不必進行二類優化設計。

2.2.4.GPS網三類優化設計

它是對精度沒有達到限差要求的GPS網進行網的加密和改進，使其逐漸達到精度要求，也就是對網形結構強度的優化設計。GPS網精度都比較均勻，可以直接結合設計者的直覺和經驗與電子計算機的表達和嚴密的判斷，對相關等級GPS技術對點進行補測。

3.精密測量技術發展方向

隨著先進技術的發展日新月異，精密測量技術也在不斷提高。根據制造技術發展趨勢，精密測量的自身要求以及測試信息處理技術方向，未來精密測量方向會向多樣化方向傾斜。其中，多傳感器融合是高鐵青睞的測量方法之一，它可以解決測量過程中各種測量信息的獲取問題，也可以極大提高測量信息的準確度，積木式、組合式、三維尺寸測量系統就屬于這類方法，是柔性很強的專用坐標測量工具，系統的建立也會向方便、準確、科學等特點發展。如便攜式光纖干涉測量儀、便攜式大量程三維測量系統等，會用于解決現場大尺寸的測量問題；虛擬儀器虛擬儀器是虛擬現實技術在精密測試領域的應用，國內已有深入的研究；另一種是研究虛擬制造中的虛擬測量，如虛擬量塊、虛擬坐標測量機等；智能結構它屬于結構檢測與故障診斷，是融合智能技術、傳感技術、信息技術、仿生技術、材料科學等的一門交叉學科，使監測的概念過渡到在線、動態、主動的實時監測與控制。

4.結束語

綜上所述，高速鐵路精密控制測量技術是高速鐵路建設的關鍵環節，高鐵的穩定健康發展必須要有精密控制測量技術作為基礎。所以，必須要不斷深入研究精密控制測量技術，實現我國高速鐵路快速發展。

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