京广高铁运营期精测网复测新算法的应用

京广高铁运营期精测网复测新算法的应用

陈威

武汉锐进铁路发展有限公司，湖北 武汉 430074

摘要：本文以京广高铁精测网复测为例，详细介绍了京广高铁运营期精测网复测的计算情况，采用稳定的线上CPIII成果反算线上加密控制点，再由加密控制点反算线下基准点，并将反算的控制网成果与线下正算的成果进行对比，通过多种算法对数据进行综合处理，使得控制网成果的各项精度指标满足要求，达到精测网复测目的。

关键词：GNSS 高铁 精测网 复测

1.引言

随着我国高速铁路的飞速发展，高铁技术日益成熟，我国高速铁路运营里程位居世界第一，拥有世界上最繁忙的高铁运营网络。在如此规模高铁建设及投入使用过程中，线路安全已成为关注和研究的热点问题。因此，高速铁路运营期间的复测和监测是一项任务量大且极其重要的工作。线路的高平顺性是通过高精度的轨道控制网CPⅢ来保障的，需要定期进行必要的复测^[1]。对运营期高速铁路复测工作全过程进行咨询评估及验收工作，是高速铁路测量控制的关键环节之一^[2]。

2. 工程概况

京广高速铁路，简称京广高铁，又称京广客运专线，是京港高速铁路（北京至香港）的重要组成部分，是中国《中长期铁路网规划》中“八纵八横”高速铁路的重要“一纵”，呈南北走向，被誉为世界上运营里程最长的高速铁路。2009年12月26日，京广高速铁路武广段开通运营；2012年9月28日，京广高速铁路郑武段开通运营；2012年12月26日京广高速铁路京郑段开通，标志着京广高速铁路全线开通运营。京广高速铁路自北京西站至广州南站，全长2298千米，共设37个车站，设计最高时速350千米，运营时速为300千米。

3. 主要精度指标

全线的精测网复测应达到《高速铁路工程测量规范》的技术标准，并满足以下要求：

表1 平面控制网主要技术要求

表2 GNSS测量的精度指标

表3 GNSS复测相邻点间坐标差之差的相对精度限差

表4 线路水准基点网原测与复测高差较差限差

注：表中 为往返测段、附合或环线的水准路线长度，单位为km。

4. GNSS数据处理与网平差

观测数据的基线解算使用广播星历和LGO软件，数据后处理采用武汉大学研制的《科傻GPS数据处理软件》进行平差计算。解算出每一时段的基线向量边后，同一时段观测值的剔除率小于10%。

4.1基线质量检核

GPS网数据处理时，控制网基线长度中误差按

计算。

式中σ为基线长度中误差(mm)， a为固定误差(mm)， b为比例误差系数(mm/km)， d为基线或环的平均边长（km），本次计算固定误差a=5mm，比例误差b=1mm/km。

4.2加密CPII控制网稳定性分析

由于线下控制网时间久远，点位丢失较多，现有保存完好的控制点已不能满足线上加密CPII的起算条件；故本次复测采用线上CPIII网平差计算出的加密CPII成果来反算联测的线下CPI点成果，约束平差计算前，首先开展约束点精度兼容性分析。具体操作为：选定一个加密CPII点作为三维无约束平差起算点，把这个已知点的x,y坐标（由CPIII算出）通过坐标转换软件CoordTran（对应椭球参数、中央子午线、投影面大地高）转换为大地坐标(B,L)；使用CPIII水准高计算出该加密CPII点的水准高（正常高）；水准高加高程异常值计算出该加密CPII点的大地高H，可以得到该加密CPII点在相应参考椭球的大地坐标(B,L,H)；使用选定的CPII点（B,L,H）作为已知点进行GPS三维无约束平差；最后把GPS三维无约束平差计算出的三维坐标(X,Y,Z)使用坐标转换软件CoordTran转换为相应椭球参数、中央子午线、投影面大地高的二维坐标(x,y)。由转换出的二维坐标计算出所有相邻CPII点之间的距离，与CPIII计算出的CPII坐标反算出的距离对比进行兼容性分析，大约4公里左右选取一个满足要求的点进行起算。

4.3 CPI平面控制网稳定性分析

本次复测CPI控制网计算思路如下：首先，在进行CPIII网平差时，同时得到与之联测的加密CPII点坐标，然后按4KM一个点的原则选取经稳定性分析满足要求的加密CPII点，作为部分CPI的起算点，计算出部分与加密CPII网联测的CPI网成果，再利用得到的部分CPI成果计算出其他未与加密CPII网联测的CPI成果。

约束平差计算前，首先开展约束点精度兼容性分析。选定一个加密CPII网反算出的且具有二等水准高程的CPI点作为三维无约束平差起算点，把这个已知点的x,y坐标通过坐标转换软件CoordTran（对应椭球参数、中央子午线、投影面大地高）转换为大地坐标(B,L)；水准高加高程异常值计算出该CPI点的大地高H，可以得到该点在相应参考椭球的大地坐标(B,L,H)；使用该点（B,L,H）作为已知点进行GPS三维无约束平差；最后把GPS三维无约束平差计算出的三维坐标(X,Y,Z)使用坐标转换软件CoordTran转换为相应椭球参数、中央子午线、投影面大地高的二维坐标(x,y)。由转换出的二维坐标计算出所有相邻CPI点之间的距离，与加密CPII网计算出的CPI坐标反算出的距离对比进行兼容性分析。

4.4 CPI控制网复测结论

本次CPI控制网复测计算思路是：在进行CPIII网平差时，同时得到与之联测的加密CPII网坐标，然后按4KM一个点的原则选取经稳定性分析满足要求的加密CPII点，作为部分CPI的起算点，计算出部分与加密CPII网联测的CPI网成果，再利用得到的部分CPI成果计算出其他未与加密CPII网联测的CPI成果。二维约束平差后，最弱边边长相对中误差及方位角中误差各项指标均满足《高速铁路工程测量规范》TB 10601-2009中的要求。

5. 高程控制网数据处理情况

使用仪器设备：Leica DNA03精密电子水准仪及配套的3m因瓦水准尺。观测时，采用单路线往返观测，一条路线的往返测使用同一类型仪器、标尺和转点尺垫，沿同一路线进行。视线长度≥3m且≤50m，前后视距差≤1.5m，前后视距累计差≤6.0m，视线高度≤2.8m且≥0.55m；观测时，奇数站按后－前－前－后，偶数站按前－后－后－前观测顺序进行，每一测段均为偶数测站。电子水准仪采用自动记录观测模式。

本次线路水准基点网复测共埋设95个点，并联测了线路经过的部分CPⅠ控制点。本次线上加密水准网复测共埋设252个点。因为线下没有已知的水准控制点，为保证线上和线下的控制成果的一致，在确认本次二等水准复测各项精度指标满足相关规范要求的前提下，先按1KM左右选取稳定的CPIII原测成果作为已知点去计算CPIII高程，然后采用经过整网平差的CPIII高程成果当起算点去平差计算线上加密水准网，再用经过整网平差的线上加密水准点成果当起算点去平差计算线路水准基点网。根据以上的统计结果显示，平差过程及结果均满足要求。因此本次二等水准控制网复测成果可用于后期运营维护作业。

6. CPIII控制网复测

CPIII控制网采用自由测站边角交会网的方法测量，自由测站的测量，从每个自由测站，以12个CPIII点为测量目标，每次测量应保证每个点测量3次，测量方法见图1。

图1 CPIII平面网观测网形示意图

CPIII控制点对间距离为60m左右，且不应大于80m，CPIII施测时自由测站点距CPIII控制点距离为一般应小于150m左右，最大不超过180m，距高等级已知点最大不超过300m。CPIII平面网与CPI、CPⅡ控制点联测时，应在3个或3个以上连续的自由测站上对同一个CPI或CPⅡ控制点进行观测，其观测图形如图2所示：

图2 在自由测站置镜观测CPI、CPⅡ控制点的观测网图

CPIII平面网可根据需要分段测量，分段测量的区段长度不宜小于4km，区段间重复观测不应少于6对CPIII点。区段接头不应位于车站范围内、桥隧及路桥过渡段。

区段之间衔接时，前后区段独立平差重叠点坐标差值应≤±3mm。满足该条件后，后一区段CPIII网平差，应采用本区段联测的控制点及重叠段前一区段的1～3对CPIII点作为约束点进行平差计算。

7.结束语

高速铁路必须具有非常高的平顺性和精确的几何线性参数，传统铁路测量方法已不能满足高速铁路建设的要求［3］。本文以京广高铁运营期精测网复测为例，阐述了采用从线上CPIII网反算加密控制网及线下基准网的计算方法在高铁精测网复测过程中的应用，为类似项目提供宝贵经验。

[1]刘成龙．高速铁路精密工程测量成套技术［J］．学术动态，2013(3):18-26

[2]苏文东，吴学智．大西客运专线测量咨询评估方法应用研究［J］．铁道标准设计，2011(S1):49-51．

[3] 卢建康，刘华．高速铁路精密工程测量技术体系的建立及特点［J］． 铁道标准设计，2010(S1):70-73．