摘要：为使高速铁路平面高程控制网的精度满足勘测、施工和运营阶段的测量要求，适应无砟轨道铁路工程建设和运营管理需求，须统一高速铁路三个阶段的平面和高程控制测量的基准。为控制测量误差的积累，高速铁路精密工程测量体系需要从相对测量模式转变为绝对测量模式，绝对测量的基础是测量控制网。因此为保障我国高速铁路建设工程的规范发展，建立稳定的高速铁路精密控制网的必要性和迫切性越来越突出。
关键词：高速铁路；控制网；测量
一、铁路控制网建立流程
我国普通铁路建设的速度目标值比较低，轨道平顺性、可靠性等指标的控制基准也比较低，并且勘测和施工时也缺少一套完整的测量控制系统作为保证，主要参照线下工程施工控制指标来整体把控各级控制网的测控精度，并未考虑轨道施工到后续运营对测量控制网的精度要求。传统铁路工程测量基本包括初测（初测导线、初测水准）、定测（交点、直线、曲线控制桩）、线下工程施工测量（以定测控制作为施工测量居基准）和铺轨测量（穿线法、弦线支距法或偏角法测量）四个方面。
1、传统工程测量方法的主要特点有：
①平而坐标系投影误差大；
②勘测和施工放线的操作仍以坐标定位法为主，鲜少涉及全站仪、GPS等新型测量技术；
③未使用逐级控制法构建基线控制网，线路测量可重复性较差；中线控制桩接连丢失，恢复起来比较困难；
④测量精度低：导线测角中误差12.5″、方位角闭合差25″；全长相对闭合差：1/6000；施工单值复测常常面临曲线偏角超限的问题；调整设计偏角要同时变更线形，施工难度大；
⑤轨道按照线下工程的施工现状采用相对定位进行敷设，而不是以控制网为基准按照设计的坐标定位敷设，极易出现测量误差。当测量误差累积到一定程度后会导致轨道的几何参数偏离设计值。
2、高速铁路工程测量流程及特点
一是确定了高速铁路工程测量“三网合一”测量体系，勘测控制网、施工控制网、运营维护控制网坐标高程系统的统一，勘测控制网、施工控制网、运营维护控制网起算基准的统一，勘测控制网、施工控制网、运营维护控制网测量精度的协调统一，线下工程施工控制网与轨道施工控制网、运营维护控制网的坐标高程系统和起算基准的统一。二是确定了高速铁路工程平面控制测量分三级布网的布设原则。三是建立了以“边长投影变形值≤l0mm/km（无砟）/25mm/km（有砟）”为主的高速铁路工程测量平面坐标系统独立坐标系；四是提出高速铁路轨道定位模式——绝对定位与相对定位测量相结合的铺轨测量定位模式；五是确定了高速无道铁路工程测量高程控制网的精度等级；六是在测量任务结束后，建设单位应该组织相关专家按照规定的指标进行评估验收。
二、CPIII 平面控制网布设和测量方法
采用自由设站测量方式是通过测量机器人自动照准目标来完成的，主要测量方法如下：
（1）在相距 50～70 米建立一对永久标记点，就是我们所说的 CPIII 控制点。
（2）对 CPIII 控制点的测量在局部系统内按组进行，采用自由设站后方边角交会方法，最大的测量范围距离约180 米。
（3）每组两个方向各测量 3×2 个 CPIII 控制点（共计6 对 12 个），其中 4 对 8 个 CPIII 控制点为重合测量点，从而使得每个 CPIII 控制点被测量三次。
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（4）每组测量中如遇测站与 CPI 或 CPII 控制点通视，须与 CPI 或 CPII 控制点进行连接测量。
（5）当测站点与 CPII 控制点间不能通视时，应考虑增加辅助点。
三、CPIII 平面控制网数据处理关键技术
高速铁路 CPIII 数据处理通过计算机程序设计完成。采用间接平差和秩亏自由网拟稳平差模型进行程序设计。
首先在观测数据中找到第一个具有已知坐标的高等级的点，比如为 CPII1，并由此找到与该 CPII 点对应的测站点J1，假定测站 J1 的 0 方向为已知的方位角，由 CPII 的坐标可以反算 J1 点的坐标，从而由 J1 点的坐标及方向、距离观测值可以推算出所有CPIII 照准点的坐标。
其次，假定第二测站J2点为坐标原点，同样假定0方向作为已知的方位角方向，根据J2点的坐标及方向、距离观测值可以推算出该测站所有照准点的坐。由于测站 J1和 J2 具有公共点，可以选择其中的两个点，将以 J2 为参考基准的坐标进行平面四参数改正纠正到以J1为参考基准的坐标。公共点的选择也要遵循一定原则，这里选择距离相距较远的。
同理，在 J3 测站仍假定 J3 为坐标原点根据已知的方向值和边长推算所有照准点的坐标，然后根据 J3 和 J2 的公共点进行坐标纠正，依此类推，直到出现包含下一个已知点 CPII2的测站。
然后，根据两已知点 CPII1 和 CPII2 的两套当地坐标对刚解算的所有点进行平面四参数改正，这样才能得到各待求CPIII 控制点的比较准确的近似坐标值。
同样的道理，在每两个相邻的已知的 CPII 点之间进行上述操作，完成坐标纠正。
平面控制网近似坐标推算方法和普通的不同，如果不在每两个已知 CPII 点之间进行坐标纠正，而采取在整条线路上整体纠正的话，受误差积累的影响到最后推算的 CPIII 点坐标与设计值会相差一个很大的值，可能达到幾米甚至几十米。通过在每两个相邻的 CPII 点之间进行坐标纠正的方法可以严格控制误差累计。
CPIII 数据处理对近似坐标的推算要求如此之高，究其原因，如果得不到比较精确的近似坐标，在列立误差方程时会得到比较大的系数差值，这样通过间接平差公式计算出来的未知数解很有可能达不到收敛的状态，这时我们必须通过迭代，把未达到收敛的解加到近似坐标上得到第一次平差后的坐标，我们把这个坐标当作近似值很有可能与设计值相差更远了，这样解算下来仍得不到收敛的未知数解，如此会形成一个恶性循环，因此不能通过简单的迭代运算得到收敛的解。
四、高速铁路控制网框架建立
构建前首先需要建立适合的环境，并观察是否在现场存在可能会影响数据传输的风险因素。构建控制网之后要考虑整体水平，以及现场所存在的风险隐患，通过各个系统之间相互建立联系体系，最终的管理效率也能得到提升。采用GPS仪器来对现场进行监控，实现现场监控测量数据实时更新，与实际数据需求情况保持一致，控制网框架构建中更应该体现出现场测量数据更新时间，每次监控测量时间需要达到至少3小时，这样才能得到更为精准的数据，并为所开展的框架处理建立稳定环境。采用多台GPS接收机同步进行静态观测，按照提前设定的时间同步观测。CP0分四个时段同步观测，每一时段观测时间至少达到3h。按要求应该确保至少有4颗卫星同步观测，卫星高度角为15°，每15s进行一次数据采样。
结束语
高速铁路精密工程测量技术体系的完善要依靠相应精密工程测量技术的创新发展才能实现。精密工程测量技术的进步也为国内大规模兴建高速铁路的施工活动提供了精密的技术标准。我国建立GPS高铁测量控制网后，铁路测量精度将大大提高，整个作业过程将更加系统化、规范化，该技术也将在客运专线轨道铁路的勘测设计以及施工、运营等环节起到至关重要的作用，特别是对于保障客运轨道的高精度、高平顺性等方面将发挥更大的效能。
参考文献：
[1]高淑照，魏涌.高速铁路框架控制网闭合环检验方法研究[J].铁道建筑，2013（8）：119-122.
[2]李世平，武文波.GPS在建立高速铁路控制網中的应用[J].辽宁工程技术大学学报，2012（5）：782-785.
论文作者:刘敏
论文发表刊物:《建筑模拟》2020年第2期
论文发表时间:2020/4/14
标签：测量论文; 坐标论文; 高速铁路论文; 误差论文; 基准论文; 轨道论文; 精密论文; 《建筑模拟》2020年第2期论文;