柳南铁路CPⅠ变更测量分析

刘 凯

(中铁二院测绘工程设计研究院，四川 成都 610031)

0 引 言

新建柳州至南宁客运专线(以下简称柳南铁路)按Ⅰ级铁路标准建设，设计速度250 km/h，全线为有砟轨道。线路起自广西柳州市，经来宾、黎塘，止于南宁市，线路全长约193.6 km，南宁-黎塘段与南广客运专线并行。2008年5月，柳南铁路CPⅠ建网时，按《时速200～250公里有砟轨道铁路工程测量指南(试行)》[1](以下简称《指南》)技术要求建立。TB10601-2009《高速铁路工程测量规范》[2](以下简称《规范》)自2009年12月1日起施行，适用于新建250～350 km/h的高速铁路工程测量。柳南铁路既有CPⅠ不能满足现行《规范》的要求，需要进行变更测量。2011年9月，中铁二院工程集团有限责任公司完成了柳南铁路精测网变更测量工作。

1 柳南铁路既有CPⅠ评价

1.1 《指南》与《规范》CPⅠ主要技术要求对比

《指南》与《规范》中CPⅠ的主要技术要求对比情况如表1所示。

相对于《指南》 ，《规范》将投影长度变形值从25 mm/km提高到了10 mm/km；将控制网从C级GPS测量要求提高到了二等GPS测量要求。

表1 《指南》与《规范》CPⅠ技术要求对比表

1.2 柳南铁路既有CPⅠ介绍

柳南铁路既有CPⅠ采用工程独立坐标系，1954年北京坐标系参考椭球，高斯投影，划分为两个投影带，中央子午线分别为108°30′、109°00′；投影高程面正常高112 m.经计算，边长最大投影差为14.6 mm/km.既有CPⅠ按C级GPS点观测要求观测，基线边方向最大中误差为1.37″，最弱边相对中误差为1/124150，满足《指南》要求。

1.3 柳南铁路既有CPⅠ评价

柳南铁路既有CPⅠ无法满足《规范》的精度要求，主要存在以下问题[3]：

1) 柳南铁路既有CPⅠ投影带中央子午线分别为东经108°30′、109°00′，边长最大投影差为14.6 mm/km，不能满足《规范》投影长度变形值不宜大于10 mm/km的要求。

2) 柳南铁路既有CPⅠ按C级GPS点要求观测，观测时段数、时段时长达不到《规范》中的二等GPS点要求；基线边方向最大中误差1.37″、最弱边相对中误差为1/124150，无法满足《规范》中CPⅠ基线边方向最大中误差1.3″、最弱边相对中误差为1/180000的要求。

3) 部分隧道出入口、长大桥梁处未布设CPⅠ控制点，个别CPⅠ控制点被破坏，无法满足施工及监测要求。

2 柳南铁路CPⅠ变更测量

2.1 投影带划分

根据《规范》投影长度变形值不宜大于10 mm/km要求，重新划分投影带。共划分三个投影带，中央子午线为东经108°30′、109°00′、109°30′.

2.2 柳南铁路变更 CPⅠ测量

变更CPⅠ应全线一次布网，统一测量，整体平差。测量前，对原CPⅠ控制点进行现场踏勘，对于点位稳固、位置合理的CPⅠ控制桩直接利用；当沿线路每4 km左右及长大隧道进出口、长大桥梁等重点工点没有CPⅠ控制点时，按《规范》埋石标准补设CPⅠ控制点。 与原CPⅠ相同，变更CPⅠ采用边联结方式构网，形成由三角形或大地四边形组成的带状网。

柳南铁路变更CPⅠ采用12台双频GPS接收机(标称精度为±5 mm+1 ppm)按静态相对定位模式进行测量，按《规范》中二等GPS控制网测量要求，每条边观测时段数≥2，有效时段长度≥90 min，卫星高度角≥15°，接收机采样间隔为15 s，PDOP值均≤6[2].

2.3 数据处理及精度评定

2.3.1 基线向量结算

柳南铁路变更CPⅠ基线解算采用TGO软件，用卫星广播星历按静态相对定位模式进行。解算前对原始观测数据进行预处理，剔除观测质量不好的数据；对不理想的解算成果采用改变卫星高度角、删除观测值残差比较大的时段、选取不同的参考卫星等方法进行干预，并重新解算[4]。

柳南铁路变更CPⅠ基线向量闭合环闭合差统计结果如表2所示。

柳南铁路变更CPⅠ基线向量闭合环闭合差最大为BCPⅠ～CPⅠ50～CPⅠ48，其闭合差为53.4 mm，环长25 905 m，限差为±89.8 mm，其余基线向量闭合环闭合差同样满足限差要求。

表2 变更CPⅠ基线向量网闭合环闭合差统计表

柳南铁路变更CPⅠ重复观测基线长度较差统计，如表3所示。

表3 变更CPⅠ重复观测基线长度较差统计表

《规范》要求同一边不同观测时段基线较差ds≤±2σmm，变更CPⅠ重复观测基线长度较差最大为CPⅠ131～CPⅠ136：较差为26.5 mm，边长为8 690.2 m，限差为±28.4 mm，其余基线向量同样满足限差要求。

2.3.2 三维无约束平差

柳南铁路变更CPⅠ测量平差及坐标转换均采用中铁二院工程集团有限责任公司与西南交通大学共同研制的ESGPS software软件包进行。

以CPⅠ128的WGS84坐标为起算数据，进行三维无约束平差。经过三维无约束平差计算，基线向量各分量的改正数绝对值 (VΔx、VΔy、VΔz)均满足《规范》的要求。

2.3.3 二维约束平差

先进行点位踏勘，选择点位稳定，可靠性高且均匀分布的CPⅠ01、CPⅠ02、CPⅠ115、CPⅠ134、CPⅠ135、CPⅠ138、CPⅠ59作为已知点。 在二维约束平差前，对已知点的可靠性进行检验。以CPⅠ01为起算点，进行三维无约束平差，得到其它6个控制点坐标，计算7点之间的边长、方位角，与原测边长、方位角进行比较。经计算，最大边长相对中误差为1/590623，最大方位角较差0.2″，均对应CPⅠ135～CPⅠ138.选择的已知点间边长相对中误差满足≤1/250000的要求，可作为变更CPⅠ二维约束平差的已知点。

柳南铁路变更CPⅠ测量二维约束平差精度统计结果如表4所示。

表4 变更CPⅠ二维约束平差精度统计表

从表4可以看出，柳南铁路变更CPⅠ最弱边方位角中误差、最弱边边长相对中误差均能满足《规范》中CPⅠ基线边方向中误差≤1.3″、最弱边边长相对中误差≤1/180000的精度要求。

2.4 既有CPⅠ与新CPⅠ比较分析

变更CPⅠ成果与既有CPⅠ成果进行比较，两者点位较差最大为CPⅠ60(ΔX：41.4 mm，ΔY：50.2 mm)，点位较差最小为CPⅠ139(ΔX：-1.8 mm，ΔY：4.2 mm)，具体统计如表5所示。

表5 变更CPⅠ与既有CPⅠ点位较差统计表

变更CPⅠ与既有CPⅠ个别控制点点位较差较大，主要原因是提高了CPⅠ观测等级以及平差所用已知点不相同。变更CPⅠ成果通过了技术评审，后续施工时采用本次变更成果。

3 结束语

在柳南铁路变更CPⅠ测量项目中，分析了《指南》与《规范》中CPⅠ测量要求的区别及既有CPⅠ存在的问题，针对存在的问题，对既有CPⅠ进行了升级变更。根据基线向量精度、三维无约束平差精度、二维约束平差精度及变更CPⅠ成果与既有CPⅠ成果进行比较情况，表明变更CPⅠ满足《规范》中规定的二等GPS要求。

同样，《规范》中的CPⅡ要求相对《指南》要求也有了提高。《指南》要求CPⅡ可以采用D级GPS或四等导线要求观测，而《规范》中规定CPⅡ须按三等GPS或三等导线要求观测。根据客运专线铁路精密工程测量“三网合一”及平面控制网“三级布设”的原则[5]，应根据变更CPⅠ成果，对既有CPⅡ成果进行变更。

[1] 中华人民共和国铁道部.时速200～250 km有砟轨道铁路工程测量指南(试行)[R]. 铁道部建设管理司, 2007.

[2] 中铁二院工程集团有限公司.TB10601-2009.高速铁路工程测量规范[S].中华人民共和国铁道部，2009.

[3] 贾陈君.胶济客运专线精控网的分析处理[J].常州工学院学报,2010,23(6):25-29.

[4] 卢 荣,林 鸿.GZCORS在花莞高速公路首级控制测量中的应用 [J].城市勘测,2012(4):118-120.

[5] 丁建华.高速铁路工程测量特点[J].铁道勘察,2009(5):1-4.