胶济客运专线CPⅠ、CPⅡ平面复测技术

王 凯

(中铁工程设计咨询集团有限公司济南设计院,山东济南 250022)

1 工程概况

基础平面控制网(CPⅠ)复测：观测CPⅠ级GPS控制点132个,联测已知国家Ⅱ等三角点5个,全线CPⅠ级GPS网整体平差,与首期成果的边长和坐标进行比较。

线路控制网(CPⅡ)复测：观测CPⅡ级GPS控制点265个。联测CPI控制点132个,CPⅡ级GPS网平差。

2 总体平面复测技术方案

首级施工控制网CPⅠ、CPⅡ平面复测采取GPS静态测量方法。全网采用10台天宝双频GPS接收机观测。根据《全球定位系统(GPS)铁路测量规程》(TBl0054—97)平面控制测量等级规定和本项目实际情况,平面控制网按分级布网原则,分为基础平面控制网(CPⅠ)和线路控制网(CPⅡ),复测精度分别为B级和C级。

2.1 平面复测精度控制

B级点(CPⅠ)最弱边相对中误差小于1/170 000,基线边方向中误差不大于1.3″；C级点(CPⅡ)最弱边相对中误差小于1/100 000,基线边方向中误差不大于1.7″。

2.2 平面复测主要技术要求

GPS平面复测主要技术要求见表1。

表1 GPS平面复测主要技术要求

3 复测实施

测段范围内地势平坦,精测网CPⅠ、CPⅡ控制点相对集中，空间跨度小,有利于复测外业工作展开。但因标段线路较长而曲折,工期紧,任务重,有些点间交通不便。必须制定严格的作业计划,分配好作业时间,精心组织。

3.1 基线组网

(1)依据相关网形和连接数的规范要求,对平面控制网进行基线组网,优化技术设计方案,在外业观测和内业基线数据处理过程中,严格按照设计优化方案执行。

(2)平面控制网复测构网原则与中铁第四勘测设计院相同，采用边联式构网,以大地四边形和三角形为基本图形，组成带状网。

(3)复测CPI首级施工控制网,并将联测的CP0控制点作为CPI点处理,进行CPI组网观测(当联测CPO站点时,根据联测基线长度,适当延长同步观测时间)。CPI控制网复测平面组网示意见图1。

图1 CPⅠ控制网复测平面组网示意

(4)复测CPⅡ首级施工控制网,需联测所有与CPⅡ相邻的CPⅠ控制点,并将这些CPⅠ控制点视作CPⅡ点进行CPⅡ组网观测。CPⅡ控制网复测平面组网示意见图2。

图2 CPⅡ控制网复测平面组网示意

3.2 复测主要注意事项

(1)遵循基线组网设计所确定的作业模式,并在接收机或控制器上配置相同的外业观测参数。

(2)检查GPS电池容量是否满足作业要求。接收机的电源电缆、天线电缆等连接是否正确，数据存储设备是否满足存储空间。

(3)检查确认天线安置基座对中器是否合格，如天线有指北定向标志,则应借助指北针或罗盘保持接收机天线指北标志指向正北方向。

(4)雷雨季节架设天线时,注意防雷击。雷雨过境时,立即停止观测,并卸下天线。

(5)观测组严格遵守调度命令,按规定时间同步观测,不得擅自更改观测计划。

(6)每时段观测前后分别量取天线高,丈量误差≤2 mm,取两次丈量平均值作为最终结果。

(7)接收机开始记录数据后。将测站名、测站号、时段号、天线高等信息完整地记录于观测手簿。

(8)1个时段观测过程中严禁进行以下操作：关闭接收机重新启动、进行自测试、改变接收设备预置参数、改变天线位置、按关闭和删除文件功能键等。

(9)严禁在天线附近使用无线电通讯设备。使用对讲机、电话等应距天线10 m以上,车载电台应距天线50 m以上。

(10)每天完成外业数据采集,内业数据处理人员采用LG06.0商用软件进行基线检查。如果发现有不能通过基线检查的数据,先进行分析处理,两次分析处理还不能通过的基线数据,第二天应组小网重新补测。

4 平差及复测成果分析

首级施工控制网CPⅠ、CPⅡ采用武汉大学《GPS工程测量网通用平差软件包(CosaGPS V3.0)》进行平差处理。首先进行基线解算，形成基线向量文件,然后引入2～3个联测的高等级控制点WGS-84空间直角坐标作为基准，进行CPⅠ、CPⅡ的空间三维无约束平差(自由网平差),得到平差后CPⅠ、CPⅡ点WGS-84三维空间直角坐标。检查GPS基线向量网本身内符合精度,判定基线改正数是否符合规范要求。最后以点位稳定、设计坐标成果可靠的1个CPO点、2个CPI点为强制约束控制点,进行CPⅠ二维约束平差,以获取CPⅠ最终复测平面坐标及相应的二维约束平差精度信息。CPⅡ二维约束平差采用点位稳定，设计坐标成果可靠的CPⅠ点为强制约束控制点,以获取CPⅡ最终复测平面坐标及相应的二维约束平差精度信息。

4.1 CPⅠ数据平差处理及分析

CPⅠ复测基线解算采用广播星历,用LG06.0商用软件按静态相对定位模式进行,采用双差固定解,求解基线向量。以大地四边形作为基本构网图形,对观测基线进行处理和质量分析,检查基线质量是否符合规范要求,删除工作状态不佳的卫星数据,观察卫星残差图某个卫星在某时段残差是否过大,是否有明显的系统误差,否则删除该时间段，不让其参与CPⅠ平差。

(1)基线向量异步环闭合差

基线向量异步环闭合差是检验基线向量网质量的一项重要技术指标。在解算出每一时段CPⅠ基线向量后。以三角形作为构环图形,不同时段组成异步基线环。并计算异步环坐标分量闭合差。CPⅠ基线向量异步环闭合差应符合下式规定

式中n——闭合环边数；

σ——标准差,即基线向量弦长中误差/mm；

a——固定误差；

b——比例误差；

d——弦长，km。

根据按《时速200～250 km有砟轨道铁路工程测量指南(试行)》表2.1.3,CPⅠ基础平面控制网为C级GPS控制,a取10 mm,b取5×10-6D。胶济客运专线CPⅠ控制网基线向量独立观测异步环闭合差统计见表2。

表2 基线向量网异步环闭合差统计

(2)重复基线较差

表3 重复观测基线较差统计

(3)CPⅠ平差及精度分析

约束1个CPO基站点WGS-84空间直角坐标,进行CPⅠ基线向量网空间三维自由网平差,从而得到自由网平差后各CPⅠ点WGS-84三维空间直角坐标,并检查GPS基线向量网本身的内符合精度,判定基线改正数是否符合规范要求。经过CPⅠ控制网三维无约束平差计算,得出CPⅠ基线向量网基线向量边长相对中误差、坐标方位角中误差、点位坐标中误差等指标,平差精度统计见表4。

表4 CPⅠ平面控制网平差精度统计

(4)CPⅠ平面控制网复测成果

CPⅠ平面复测达到B级GPS网精度。CPⅠ控制点复测坐标与设计坐标满足聋、Y坐标差值绝对值不大于±20 mm时,认为设计单位所交CPⅠ控制点精度满足规范要求,点位稳定可靠。CPⅠ控制网复测平面坐标与设计坐标比较见表5。

4.2 CPⅡ数据平差处理及分析

(1)CPⅡ平差及精度分析

CPⅡ基线求解方法与CPⅠ基线求解方法相一致。CPⅡ控制网基线向量网自身内符合精度高。基线向量没有明显系统误差和粗差,基线向量网质量可靠,以稳定的CPⅠ点作为强制约束基准进行二维约束平差,以获取各CPⅡ控制点平面坐标。CPⅡ控制网三维无约束平差精度统计和分析见表6。

表5 CPⅠ控制网复测平面坐标与设计坐标比较

由CPⅡ控制网三维无约束平差精度统计数据可知：CPⅡ控制网的基线向量网自身的内符合精度高,基线向量没有明显系统误差和粗差,基线向量网的质量是可靠的,在此基础上可以进行二维约束平差。CPⅡ控制网二维约束平差精度见表7。

表6 三维无约束平差精度统计

表7 二维约束平差精度统计

通过上述CPⅡ控制网平差精度分析,可得出以下结论：复测的CPⅡ控制网最弱边相对中误差和最弱边方位角中误差均达到D级GPS点的精度,完全满足高速铁路轨道工程CPⅡ控制网的基线边方向中误差≤2.0″、最弱边相对中误差≤1/60 000的精度要求。

(2)CPⅡ平面控制网复测成果

CPⅡ复测网精度达到C级GPS网精度要求。因《客运专线铁路无碴轨道工程测量暂行规定》未对CPⅡ控制点复测限差进行具体规定,故按《高速铁路工程测量规范(报审稿)》规定,CPⅡ控制点复测X、Y坐标差值的限差±15 mm。CPⅡ控制网复测平面坐标与设计坐标比较见表8。

表8 CPⅡ控制网复测平面坐标与设计坐标比较

5 结束语

胶济客运专线K92+800～K380+000段CPⅠ、CPⅡ复测精度分别达到B级、C级网精度要求,复测CPⅠ、CPⅡ平面点位精度满足《客运专线无砟轨道铁路工程测量暂行规定》。复测CPⅠ、CPⅡ坐标与设计坐标差值在规范规定的许可范围内,点位稳定可靠,可采用设计单位提交的成果进行控制网加密及施工放样定位。

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