高速铁路轨道位置测量误差的分析

全志强

(包头铁道职业技术学院铁道工程系，内蒙古 包头 014060)

The Analysis of High-speed Railway Track Position Measurement Error

QUAN Zhiqiang



高速铁路轨道位置测量误差的分析

全志强

(包头铁道职业技术学院铁道工程系，内蒙古 包头 014060)

The Analysis of High-speed Railway Track Position Measurement Error

QUAN Zhiqiang

摘要：时速200 km/h及以上铁路的轨道位置是由全站仪观测CPⅢ控制点进行自由设站后按极坐标法测定的。本文通过分析误差大小及其对轨道位置的影响，得出轨道控制网CPⅢ控制点的误差主要影响轨道的长波平顺性，可以根据轨道长波平顺性要求来确定轨道控制网CPⅢ的测量精度，从而掌握轨道测量关键，保证铁路轨道位置的平顺性。

关键词：测量轨道；误差分析；自由设站；轨道控制网CPⅢ

一、引言

时速200 km/h及以上铁路的轨道位置是由全站仪观测CPⅢ控制点进行自由设站后按极坐标法测定的。因此，观测CPⅢ控制点进行自由设站测量铁路轨道位置的误差受轨道控制网CPⅢ控制点、全站仪自由设站，以及极坐标测量铁路轨道3种误差的影响。

对于时速200 km/h及以上铁路的轨道控制网，无论是无砟轨道还是有砟轨道，均需沿线路走向按50～70 m间隔布设CPⅢ点对，采用自由测站边角交会法测量，如图1所示。CPⅢ平面网相邻点的相对中误差对于高速铁路应不大于1.0 mm，对于时速200 km/h的铁路应不大于1.5 mm 。

图1　CPⅢ轨道控制网

轨道施工测量以轨道控制网CPⅢ为基准，轨道精调测量采用全站仪自由设站的方式配合轨道几何状态测量仪进行。自由设站观测的CPⅢ控制点不应少于4对点，更换测站后，相邻测站重叠观测的CPⅢ控制点不应少于2对点，如图2所示。

轨道精调测量时，自由设站点精度要求点的横向中误差不大于0.7 mm，每一测站最大测量距离不应大于80 m 。更换测站后，应重复测量上一测站测量的最后6～10根轨枕，横向偏差不大于2 mm 。

图2　轨道测量自由设站观测CPⅢ控制点

二、轨道控制网CPⅢ控制点的误差对自由设站点点位误差的影响

自由设站观测的一组CPⅢ控制点，其点位误差包含系统点位误差和相邻点的相对点位误差。

一组CPⅢ控制点的系统点位误差使自由设站点点位产生相同的点位位移，但不反映在自由设站的测量误差中，而主要反映为轨道的长波不平顺性。

CPⅢ控制点相邻点的相对点位误差对自由设站点点位误差的影响是各CPⅢ控制点相对点位误差的加权平均值，即对自由设站点点位误差的影响小于CPⅢ控制点相邻点的相对点位误差。观测的CPⅢ控制点数目增多，自由设站点点位误差减小；CPⅢ控制点到自由设站点的距离越远，其影响越小。轨道精调测量时，自由设站观测的CPⅢ控制点一般为4对点，对自由设站点点位误差产生主要影响的是前后2对点，如图3所示。

图3　自由设站观测的4对CPⅢ控制点

若只考虑近处前后2对CPⅢ控制点相对横向点位中误差的影响，则2对CPⅢ控制点横向相对点位中误差的加权平均值为

比较My1(8)和My1(4)可以看出，轨道控制网CPⅢ控制点的相对横向中误差对自由设站点横向点位中误差的影响主要是近处前后2对CPⅢ控制点的相对横向点位中误差的影响。因此，更换测站后，相邻测站重叠观测的CPⅢ控制点不应少于2对点，而且应该是自由设站近处的前后2对点。

更换测站后，由于相邻测站重叠观测的CPⅢ控制点一般是3对点，因此，轨道控制网CPⅢ控制点的相对横向中误差对相邻自由设站点横向点位中误差的影响基本是相同的，即CPⅢ控制点的相对横向中误差并不会产生相邻自由设站间过大的点位相对误差。

三、全站仪自由设站的点位横向中误差

自由设站按间接观测平差，以自由设站点的坐标作为未知参数，根据方向观测值和边长观测值，建立方向误差方程式和边长误差方程式，组成法方程式，解算自由设站点的坐标和进行精度评定。

四、极坐标测量轨道的误差

极坐标测量轨道的最大距离是80 m，对于轨道的横向误差主要是方向误差的影响。方向中误差包括定向中误差和极坐标测量的自动照准误差，若自动照准误差为1.0″，则方向中误差为

所产生的轨道最大横向中误差为

极坐标测量轨道的最短距离是10 m，更换测站后，应重复测量上一测站测量的最后6～10根轨枕(约5～10 m)。相邻自由设站点测量轨道的位置如图4所示。相邻自由设站点测量同一轨道位置的横向中误差为

图4　相邻自由设站点测量轨道位置示意图

顾及自由设站点的横向点位误差，相邻自由设站点测量同一轨道位置的横向中误差为

因此，更换测站后，重复测量上一测站测量的最后6～10根轨枕，横向偏差以2倍中误差为最大误差，则偏差为1.68 mm，满足规范规定的不大于2 mm的要求。

五、结束语

由以上分析可知，轨道控制网CPⅢ控制点的误差主要影响轨道的长波平顺性。按高速铁路轨道静态检测标准，轨向长波允许偏差为10 mm/150 m/弦长300 m，即轨道的横向中误差应小于5 mm/150 m，CPⅢ平面网相邻点的相对中误差应不大于1.0 mm，这可作为高速铁路轨道控制网CPⅢ测量的基本精度要求。影响轨道短波平顺性的误差主要是自由设站误差和极坐标测量轨道的误差，以及相邻两站自由设站时产生的相对误差。为满足短波平顺性的要

求，轨道精调测量时，自由设站点精度要求点的横向中误差不大于0.7 mm，每一测站最大测量距离不应大于80 m，更换测站后重复测量上一测站测量的最后6～10根轨枕的横向偏差不大于2 mm，并取平均值作为轨道的位置。

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引文格式： 全志强. 高速铁路轨道位置测量误差的分析[J].测绘通报，2015(3)：74-75.DOI:10.13474/j.cnki.11-2246.2015.0080

作者简介：全志强(1965—)，女，副教授，研究方向为铁路测量、测绘教学。E-mail:quanzhiqing@263.net

收稿日期：2015-01-16

中图分类号：P258

文献标识码：B

文章编号：0494-0911(2015)03-0074-02