勘测新技术在新建埃塞俄比亚铁路中的应用

王志强

(铁道第三勘察设计院集团有限公司，天津 300251)

1 项目简介

新建埃塞俄比亚铁路从Addis Ababa至Djibouti港，全长656 km，是埃塞俄比亚国家路网的骨干线路，该线路及相邻的国家铁路网建设后将成为肯尼亚北部和苏丹南部进入红海的最短走廊，并可推动东非铁路连接线中的南部干线(至肯尼亚)和西部干线(至苏丹)的建设。本项目的建设对于推动非洲东部区域路网规划及建设具有重要意义。主要技术指标为单线电气化铁路，旅客列车最高行车速度为120 km/h，货物列车最高行车速度为80 km/h。

2 新技术的应用

2.1 第一次在非洲铁路中建立CPO框架控制网

非洲各国采用不同的坐标系统，在跨国铁路的勘测时，需要对不同国家的坐标系统控制点进行联测和转换，增加了后续专业设计和施工建设的难度。本项目建立的CPO框架控制网有效避免了以上问题，并与IGS参考站进行联测，为后期东非铁路网的测量衔接奠定了基础。CP0框架控制网统一了勘察、设计、施工及运营维护各阶段的平面控制基准，实现了勘察设计、施工及运营维护的三网合一，在非洲铁路建设中开创了先例，也为基础平面控制网的建立提供了可靠的保证，同时为后续研究和编制非洲铁路行业规范提供了实践数据和参考资料。

2.2 建立了本项目完整的测量技术体系

本项目采用分级布网、逐级控制原则，在框架控制网(CP0)的基础上建立了三级平面控制网:第一级为基础平面控制网(CPⅠ)，主要为勘测、施工、运营维护提供坐标基准;第二级为线路平面控制网(CPⅡ)，主要为勘测和施工提供控制基准;第三级为为轨道控制网(CPⅢ)，主要为轨道铺设和运营维护提供控制基准。高程控制网亦采用了分级布设原则。建立了涵盖铁路勘察设计、施工、运营维护所需的完整的测量体系和勘测成果，为设计、施工及后续运营维护提供了扎实的测量基础。

2.3 地形图与勘测设计统一采用工程独立坐标系

埃塞俄比亚采用的Adindan基准，克拉克1 880椭球，而本项目坐标系统采用WGS84椭球，两者存在很大的差异。考虑到沿线基本处于无人区域，且与地方规划冲突很小，沿线的地形图都由中方独立完成，最终确定采用WGS84椭球的工程独立坐标系作为地形图和勘测的统一标准，避免了后期勘测设计时坐标系统繁琐的转换过程。

非洲既有的坐标系统普遍采用UTM投影，UTM投影在建立工程独立坐标系时涵盖的范围小，长大线路勘测时需要建立多个工程独立坐标系，且在后期施工时需要对边长进行改正，增大勘测设计和施工的工作量。本项目使用高斯投影进行了工作独立坐标系的设计，按投影变形不大于25 mm/km的要求进行划分和投影面大地高的设置。为保证轨道几何参数，维持轨道的高平顺性提供了基础，保证投影变形以及与相关工程的准确衔接。

2.4 利用高程拟合的方式对高程数据进行检核

在国内，高程拟合技术已经得到了广泛的应用，在非洲地区还没有使用的先例。在当地，高等级的高程控制点稀少。为满足铁路高程控制网的建立，本项目综合使用了水准测量和GPS高程拟合技术，并在使用EGM2160阶地球重力场模型计算后对水准点间的高差进行对比，见表1。

表1 水准点间高差比较

对比以上19段高差数据可以发现，用五等基平的限差进行比较，有4段超限，反映了高程拟合对基平数据的检核起到了一定的作用，为高程拟合今后在非洲其他项目中的应用提供了依据。

2.5 利用机载激光雷达技术对铁路沿线进行测绘工作

机载激光雷达通过高速激光扫描测量的方法，大面积高分辨率地快速获取被测对象表面的三维坐标数据，可以快速、大量的采集地面和地物空间点位信息，快速建立物体的三维影像模型。机载激光雷达可以快速获取高精度DEM，具有数据获取简单、高程精度高、受天气影响小等特点，符合铁路建设的要求。将其应用到铁路勘测中，大大减少人力资源投入，提高勘测质量和效率，同时推动铁道勘察设计乃至施工运营等阶段的应用，经济效益和社会效益十分显著。

(1)自动生成铁路沿线的带状等高线图

利用点云的三维坐标数据构建三角网，建立数字地面模型，并根据地形图的比例尺，选择恰当的参数自动生成铁路沿线的带状等高线图，以便更直观的表达地形地貌，便于设计人员判释和使用。

(2)自动获取铁路的横纵断面数据

在铁路勘测的定测阶段，测量任务的一项繁重的工作就是横断面测量，利用机载激光雷达建立的数字地面模型，根据已经完成的线路位置和设计要求，通过软件获取所需要的横纵断面，节省了大量的人员和时间，提高了工作效率。

(3)利用铁路沿线三维模型进行虚拟踏勘

在获取数字地面模型的基础上，进行三维建模，实现了铁路线路三维可视化，解决了传统的图上选线和设计与实际地形、地质条件不符，野外踏勘工作繁琐等弊端，从而减轻了勘察设计人员的劳动强度，提高了工作效率，缩短了勘测设计周期。

3 结论

非洲铁路多数是从殖民地大国手中继承过来的，各国之间甚至一个国家内部的现有铁路规格不一致，各类交通运输设施陈旧，技术落后，严重制约了经济的发展。面对非洲各国铁路建设的巨大需求，利用国内先进的技术经验在非洲各国的项目中充分展现，占领核心技术的制高点，为后续非洲铁路网的全面建设打下良好的基础。

［1］ TB10101—2009 铁路工程测量规范［S］

［2］ TB10054—2010 铁路工程卫星定位测量规范［S］

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