王志強

(鐵道第三勘察設(shè)計院集團(tuán)有限公司，天津 300251)

1 項目簡介

新建埃塞俄比亞鐵路從Addis Ababa至Djibouti港，全長656 km，是埃塞俄比亞國家路網(wǎng)的骨干線路，該線路及相鄰的國家鐵路網(wǎng)建設(shè)后將成為肯尼亞北部和蘇丹南部進(jìn)入紅海的最短走廊，并可推動?xùn)|非鐵路連接線中的南部干線(至肯尼亞)和西部干線(至蘇丹)的建設(shè)。本項目的建設(shè)對于推動非洲東部區(qū)域路網(wǎng)規(guī)劃及建設(shè)具有重要意義。主要技術(shù)指標(biāo)為單線電氣化鐵路，旅客列車最高行車速度為120 km/h，貨物列車最高行車速度為80 km/h。

2 新技術(shù)的應(yīng)用

2.1 第一次在非洲鐵路中建立CPO框架控制網(wǎng)

非洲各國采用不同的坐標(biāo)系統(tǒng)，在跨國鐵路的勘測時，需要對不同國家的坐標(biāo)系統(tǒng)控制點進(jìn)行聯(lián)測和轉(zhuǎn)換，增加了后續(xù)專業(yè)設(shè)計和施工建設(shè)的難度。本項目建立的CPO框架控制網(wǎng)有效避免了以上問題，并與IGS參考站進(jìn)行聯(lián)測，為后期東非鐵路網(wǎng)的測量銜接奠定了基礎(chǔ)。CP0框架控制網(wǎng)統(tǒng)一了勘察、設(shè)計、施工及運營維護(hù)各階段的平面控制基準(zhǔn)，實現(xiàn)了勘察設(shè)計、施工及運營維護(hù)的三網(wǎng)合一，在非洲鐵路建設(shè)中開創(chuàng)了先例，也為基礎(chǔ)平面控制網(wǎng)的建立提供了可靠的保證，同時為后續(xù)研究和編制非洲鐵路行業(yè)規(guī)范提供了實踐數(shù)據(jù)和參考資料。

2.2 建立了本項目完整的測量技術(shù)體系

本項目采用分級布網(wǎng)、逐級控制原則，在框架控制網(wǎng)(CP0)的基礎(chǔ)上建立了三級平面控制網(wǎng):第一級為基礎(chǔ)平面控制網(wǎng)(CPⅠ)，主要為勘測、施工、運營維護(hù)提供坐標(biāo)基準(zhǔn);第二級為線路平面控制網(wǎng)(CPⅡ)，主要為勘測和施工提供控制基準(zhǔn);第三級為為軌道控制網(wǎng)(CPⅢ)，主要為軌道鋪設(shè)和運營維護(hù)提供控制基準(zhǔn)。高程控制網(wǎng)亦采用了分級布設(shè)原則。建立了涵蓋鐵路勘察設(shè)計、施工、運營維護(hù)所需的完整的測量體系和勘測成果，為設(shè)計、施工及后續(xù)運營維護(hù)提供了扎實的測量基礎(chǔ)。

2.3 地形圖與勘測設(shè)計統(tǒng)一采用工程獨立坐標(biāo)系

埃塞俄比亞采用的Adindan基準(zhǔn)，克拉克1 880橢球，而本項目坐標(biāo)系統(tǒng)采用WGS84橢球，兩者存在很大的差異?？紤]到沿線基本處于無人區(qū)域，且與地方規(guī)劃沖突很小，沿線的地形圖都由中方獨立完成，最終確定采用WGS84橢球的工程獨立坐標(biāo)系作為地形圖和勘測的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，避免了后期勘測設(shè)計時坐標(biāo)系統(tǒng)繁瑣的轉(zhuǎn)換過程。

非洲既有的坐標(biāo)系統(tǒng)普遍采用UTM投影，UTM投影在建立工程獨立坐標(biāo)系時涵蓋的范圍小，長大線路勘測時需要建立多個工程獨立坐標(biāo)系，且在后期施工時需要對邊長進(jìn)行改正，增大勘測設(shè)計和施工的工作量。本項目使用高斯投影進(jìn)行了工作獨立坐標(biāo)系的設(shè)計，按投影變形不大于25 mm/km的要求進(jìn)行劃分和投影面大地高的設(shè)置。為保證軌道幾何參數(shù)，維持軌道的高平順性提供了基礎(chǔ)，保證投影變形以及與相關(guān)工程的準(zhǔn)確銜接。

2.4 利用高程擬合的方式對高程數(shù)據(jù)進(jìn)行檢核

在國內(nèi)，高程擬合技術(shù)已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，在非洲地區(qū)還沒有使用的先例。在當(dāng)?shù)?，高等級的高程控制點稀少。為滿足鐵路高程控制網(wǎng)的建立，本項目綜合使用了水準(zhǔn)測量和GPS高程擬合技術(shù)，并在使用EGM2160階地球重力場模型計算后對水準(zhǔn)點間的高差進(jìn)行對比，見表1。

表1 水準(zhǔn)點間高差比較

對比以上19段高差數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，用五等基平的限差進(jìn)行比較，有4段超限，反映了高程擬合對基平數(shù)據(jù)的檢核起到了一定的作用，為高程擬合今后在非洲其他項目中的應(yīng)用提供了依據(jù)。

2.5 利用機載激光雷達(dá)技術(shù)對鐵路沿線進(jìn)行測繪工作

機載激光雷達(dá)通過高速激光掃描測量的方法，大面積高分辨率地快速獲取被測對象表面的三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)，可以快速、大量的采集地面和地物空間點位信息，快速建立物體的三維影像模型。機載激光雷達(dá)可以快速獲取高精度DEM，具有數(shù)據(jù)獲取簡單、高程精度高、受天氣影響小等特點，符合鐵路建設(shè)的要求。將其應(yīng)用到鐵路勘測中，大大減少人力資源投入，提高勘測質(zhì)量和效率，同時推動鐵道勘察設(shè)計乃至施工運營等階段的應(yīng)用，經(jīng)濟效益和社會效益十分顯著。

(1)自動生成鐵路沿線的帶狀等高線圖

利用點云的三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)構(gòu)建三角網(wǎng)，建立數(shù)字地面模型，并根據(jù)地形圖的比例尺，選擇恰當(dāng)?shù)膮?shù)自動生成鐵路沿線的帶狀等高線圖，以便更直觀的表達(dá)地形地貌，便于設(shè)計人員判釋和使用。

(2)自動獲取鐵路的橫縱斷面數(shù)據(jù)

在鐵路勘測的定測階段，測量任務(wù)的一項繁重的工作就是橫斷面測量，利用機載激光雷達(dá)建立的數(shù)字地面模型，根據(jù)已經(jīng)完成的線路位置和設(shè)計要求，通過軟件獲取所需要的橫縱斷面，節(jié)省了大量的人員和時間，提高了工作效率。

(3)利用鐵路沿線三維模型進(jìn)行虛擬踏勘

在獲取數(shù)字地面模型的基礎(chǔ)上，進(jìn)行三維建模，實現(xiàn)了鐵路線路三維可視化，解決了傳統(tǒng)的圖上選線和設(shè)計與實際地形、地質(zhì)條件不符，野外踏勘工作繁瑣等弊端，從而減輕了勘察設(shè)計人員的勞動強度，提高了工作效率，縮短了勘測設(shè)計周期。

3 結(jié)論

非洲鐵路多數(shù)是從殖民地大國手中繼承過來的，各國之間甚至一個國家內(nèi)部的現(xiàn)有鐵路規(guī)格不一致，各類交通運輸設(shè)施陳舊，技術(shù)落后，嚴(yán)重制約了經(jīng)濟的發(fā)展。面對非洲各國鐵路建設(shè)的巨大需求，利用國內(nèi)先進(jìn)的技術(shù)經(jīng)驗在非洲各國的項目中充分展現(xiàn)，占領(lǐng)核心技術(shù)的制高點，為后續(xù)非洲鐵路網(wǎng)的全面建設(shè)打下良好的基礎(chǔ)。

［1］ TB10101—2009 鐵路工程測量規(guī)范［S］

［2］ TB10054—2010 鐵路工程衛(wèi)星定位測量規(guī)范［S］

［3］ 施一民．現(xiàn)代大地控制測量［M］．北京:測繪出版社，2003

［4］ 張正祿，等．工程測量學(xué)［M］．武漢:武漢大學(xué)出版社，2005

［5］ 韓改新．機載技術(shù)在鐵路勘測設(shè)計中的應(yīng)用探討［J］．鐵道勘察，2008(3)