高铁精密控制网布设与观测

胡晓辉

【摘 要】本文主要分析了高铁精密控制网的布设问题，分析了高铁精密控制网应该如何更好的进行布设，分析了布设的方法和要点，最后，论述了控制网的观测方法和精度分析。

【关键词】高铁；精密控制网；布设；观测；精度分析

一、前言

我国高铁线路发展迅速，在高铁事业不断发展的同时，高铁精密控制网的布设成为了其中一个极为关键的工作，只有做好了精密控制网的布设工作，才能够为高铁安全运行提供充分的数据依据。

二、高铁测量技术的基本要求分析

高铁的轨道是其核心部分，也是工程建设的重点环节。大体上可将高铁轨道分为两种，一种是有砟，另一种是无砟。其中无砟轨道属于整体轨式结构，由于它是以钢混或沥青混凝土道床取代有砟轨道的散颗粒体道床，故此，其较之有砟轨道的稳定性更高，连续性与平顺性也更好，这使得轨道本身的耐久性大幅度提升。但必須指出的是，无砟轨道对基础的要求相对较高，若是基础出现质量问题，如变形下沉等，不但修复比较困难，而且还会影响行车安全。所以在无砟轨道施工建设的过程中，对测量精度提出了更高的要求。

三、精密控制网创建

1、勘测设计阶段精测布网建立

勘测控制网包括：CP0控制网、CPⅠ控制网、CPⅡ控制网、二等水准基点控制网。勘测阶段在平面控制测量工作控制前，首先采用全球卫星定位系统（GPS方法）获得高速铁路框架控制网CP0，并建立CPⅠ控制网、CPⅡ控制网、二等水准基点控制网。具体建立分两个阶段：初测和定测。

初测阶段，建立高速铁路框架控制网CP0，建立坐标框架并在此基础上建立初测平面控制网，同时开展初测高程控制测量，满足初测收集资料的需要。

定测阶段，建立CPⅠ控制网、CPⅡ控制网、二等水准基点控制网，并以CPⅡ控制网和二等水准基点为基准开展定测放线及专业调查测绘工作。困难地区若工期紧张，可先用四等水准取代二等水准作为高程控制基准，但在施工前须贯通二等水准。

勘测设计阶段应做好CP0控制网、CPⅠ控制网、CPⅡ控制网、二等水准基点维护工作。

2、工程施工阶段控制精测重点

（一）开工前复测

施工阶段首先做好CPⅠ控制网、CPⅡ控制网、水准基点控制网的技术交底和复测工作。技术交底含控制网成果资料验交、现场交桩和复测复核过程；是由勘测设计部门向工程施工单位过渡的重要环节，工程施工单位复核确认后才能完成。复测工作主要是对控制网成果精度的综合评估验收，为高速铁路建设提供重要技术依据和施工阶段控制标准。

（二）控制网加密

施工控制网加密按同精度内插方式进行加密。在进行平面控制网加密时应将相邻CPⅡ控制点作为已知点进行加密；在进行高程控制网加密时应将相邻二等水准点作为已知点进行加密。这样既保证施工控制网与勘测控制网具有相同的起算基准，又保持了施工加密点与勘测网相邻点间精度的连续和匹配。

（三）定期复测网

高速铁路建设周期长，施工过程还会对CPⅠ控制网、CPⅡ控制网、二等水准基点控制网的稳定性产生影响，因此施工期间应对精密控制网开展定期复测，保证施工期间平面高程控制基准的稳定。应每年进行一次全面复测，对于区域沉降地区，增加高程控制网的复测频次。

（四）运营阶段精测网的维护使用

高速铁路峻工验交后，运营期间主要做好运营维护测量控制网的维护、线路及构筑物几何状态观测与评估工作。运营维护控制网包括：CPⅠ控制网、CPⅡ控制网、水准基点控制网、CPⅢ控制网、加密维护基标。运营维护控制复测频次应视线路所处地形地质条件等具体情况研究确定，每年应不少于一次，以保证高速铁路在运营期间有一个稳定可靠的测量控制与变形观测评价基准。

四、测设方式

CPⅢ自由设站采用全站仪进行网点的测量，其精密控制采用了边角交会网施测办法。

在使用全站仪对轨道进行测量前，应当保证全站仪具备与测量功能相适应的功能，能够自动进行目标搜索、照准、观测以及记录，其标称精度应当具备以下条件标准：在测量方向上误差应当小于±1″，测距的误差应当小于±（1mm+2ppm），在观测时应当将气压值以及温度值进行输入。同测量相配套的温度计精度应当大于±0.5℃，并且测量气压值的计量表精度应当在正负5hPa以上。且保证每台设备设置棱镜14个以上，并在使用前检测每一个对应棱镜，对相同的点进行观测则使用固定的棱镜，这就需要对棱镜进行适当的编号。

在相邻的基标点之间进行设站时，应当保证对同一站2-3个以上的网点进行测量，其观测数应当大于两测回，并且后视网点的数量应当大于三对。对每个网点应当进行至少3次的重叠观测，使得全站仪设站间隔能够更为准确，并保证其观测视距为150至180米。

应当注意的是，通过自由设站对CPIII进行测量时，还应当对靠近线路所有的CPII点联测，将其纳入网中。并保证CPII在线路两侧的可视控制点达到400至800米的密度，如若不然，则按照相同精度对CPII控制点进行加密。此时，CPII点可以在路基或者桥梁固定端进行设置。

对CPⅢ点以及CPⅡ点进行联测时，必须在与测站通视的CPII点、后视的CPII点安置棱镜，使得采用的棱镜保持一致。在联测时应当保证CPII点同CPIII点之间有一对可以联测，若是可能，则应当同CPIII点尽可能多的进行联测，并控制联测长度范围在150米至200米之间；也可以通过自由设站观测对CPII点进行直接的联测，并保证联测站数量大于二。

包括联测的CPII控制点在内的每一个CPIII测量组中，采用的棱镜为同一种。

在对精密控制网点观测完成后，其相关测量数据可以通过相关专业软件进行平差。其施工基标的控制网点观测水平测量角度应当符合相关规定，其观测方法在水平上采用了全圆方向法。若是具有较多的观测方向，则可以采用分组法进行全圆方向观测。采用该种观测方式时应当满足相关技术要求。

五、观测复测成果处理

1、基线解算和平差

首先将CPI和CPII原始观测文件均转换为标准RINEX文件，并对点号、天线量高方式、天线高复核后进行基线解算。基线向量解算采用广播星历和商用软件，保证数据的一致性，统一应用商用软件LGO7.0进行基线解算。平面控制网平差使用同济大学测量系的TGPPS软件计算。对CPI、CPII复测基线进行平差计算并检查各項精度指标；“基线较差”、“最小独立环闭合差”、“无约束平差基线向量各分量改正数的绝对值”、“相邻点相对点位中误差”、“基线边方向中误差”、“最弱边相对中误差”、“约束平差基线向量各分量改正数与无约束平差同名基线改正数较差的绝对值”均需满足规范要求。

2、复测成果与原测成果的较差

根据哈大、京石等在建客专的经验，为了更好地满足CPⅢ测量的技术要求，本次CPI复测对同精度复测较差限差的要求提高了等级。CPI同精度复测较差限差提高为15mm，CPI相邻点间坐标差之差的相对精度限差为1/130000（执行《高速铁路工程测量规范》规定）。CPII同精度复测较差限差提高为10mm；CPII相邻点间坐标差之差的相对精度限差为1/80000（执行《高速铁路工程测量规范》规定）。

3、复测结果分析

CPI控制网约束网平差后，对此次复测坐标和第二次复测成果进行比较，共比较89个点。其中坐标分量较差超过15mm限差的点有4个，占4.49%。CPII控制网约束网平差后，共分四段进行比较。其中第一段共比较58个点，坐标分量较差超过10mm限差的点有15个，占25.8%；第二段共比较65个点，坐标分量较差超过10mm限差的点有11个，占16.9%；第三段共比较41个点，坐标分最较差超过10mm限差的点有1个，占2.4%；第四段共比较32个点，坐标分量较差超过10mm限差的点有4个，占12.5%。

CPI控制网约束网平差后，比较此次复测坐标与第二次复测成果的相邻点坐标差之差，共108个点，其中6个点不能满足小于1/130000的限差要求，占5.56%。CPII控制网约束网平差后，共比较287个点，其中59个点不能满足小于1/80000的限差要求，占20.5%。

对“坐标分量较差超限”、“相邻点坐标差之差相对精度超限”的点和新设的点按照“同精度插点法计算”进行坐标计算，并提交新坐标。

六、结束语

综上所述，高铁精密控制网的布设一定要科学合理，从精密网布设的要求出发，不断提升布设的水平，同时，一定要在布设完成之后进行重复的观测，避免布设出现问题。

参考文献：

[1]吕海军，徐凯.高速铁路无砟轨道CPⅢ控制网测量技术探讨[J].长春工程学院学报（自然科学版），2011（3）.

[2]李建.GPS在高速铁路精密控制网复测中的应用研究[D].成都理工大学，2011（4）.