陳建科謝忠俍

（1.華東冶金地質(zhì)勘查局物探隊，安徽 蕪湖 241009；2.陜西鐵路工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西 渭南 714099）

0 引言

目前，中國高速鐵路營運速度為250～350 km/h，軌道的平順狀態(tài)是影響高鐵安全運行的關(guān)鍵因素［1］。然而，在外力的作用下軌道不可避免地發(fā)生位移和形變。因此，對軌道定期進行精測精調(diào)就顯得十分重要［2］。軌道精測精調(diào)工作能否順利開展，前提是要保障作為施工和軌道精調(diào)的測量控制網(wǎng)的高速鐵路精密控制網(wǎng)的精度穩(wěn)定性，而定期對精密控制網(wǎng)進行復(fù)測是保證控制網(wǎng)精度的必要條件［3］。

隨著測量技術(shù)的發(fā)展，鐵路控制的測量方法和技術(shù)也在不斷提高。GNSS具有全天候、高精度、高效益，以及無須通視、操作簡單等優(yōu)勢，可有效獲取控制點的平面坐標，從而被廣泛用于新建鐵路設(shè)計施工和后期營運監(jiān)測中［4］。筆者對GNSS技術(shù)在高鐵精密控制網(wǎng)復(fù)測中的精度可靠性進行研究。

1 工程概況

京唐鐵路西起北京市，東至河北省唐山市，地處首都半小時經(jīng)濟圈，位于華北和東北兩大經(jīng)濟區(qū)之間。該鐵路由北京市北京站出發(fā)，沿途經(jīng)北京市通州區(qū)、河北省香河縣、天津市寶坻區(qū)、河北省玉田縣，最終到達河北省唐山市唐山站。該線路正線全長為147.825 km，沿線地區(qū)土壤最大凍土深度分別為：北京地區(qū)80 cm、廊坊地區(qū)69 cm、天津地區(qū)60 cm、唐山地區(qū)111 cm。本研究主要對全線47個CPⅠ點（其中含聯(lián)測國家A/B級GNSS點4個）、167個CPⅡ點（不含聯(lián)測的CPⅠ點）的點位進行核查，掌握樁點的丟失和破壞情況，并根據(jù)具體情況和施工的具體要求對已丟失和被破壞的控制點進行恢復(fù)，對超限點進行成果更新，保持整網(wǎng)成果的現(xiàn)勢性和完整性，從而滿足后續(xù)施工的使用需求。

2 平面網(wǎng)復(fù)測原則

為了滿足京唐鐵路的施工需求，根據(jù)全線路基、橋梁等線下工程施工及無砟軌道施工對工程測量精度的要求，按照分級布網(wǎng)、逐級控制的原則，對已丟失和被破壞的控制點按照原建網(wǎng)標準進行恢復(fù)和補設(shè)，對使用過程中發(fā)現(xiàn)觀測條件差的點位，以及不利于復(fù)測利用等的部分點進行移設(shè)。在國家A/B級GNSS點和CP0點的基礎(chǔ)上，同網(wǎng)形、同精度復(fù)測CPⅠ、CPⅡ平面控制網(wǎng)，對補設(shè)點和超限點采用同精度內(nèi)插法進行計算和更新成果，并保持全線控制網(wǎng)的完整性和現(xiàn)勢性［5］。

根據(jù)現(xiàn)場踏勘情況，京唐鐵路段平面控制網(wǎng)共補設(shè)CPⅠ控制點3個、CPⅡ控制點10個。補設(shè)的點總體上要保持上一次的測量網(wǎng)形，對丟失的控制點，核實附近施工單位加密點的埋樁深度及形狀規(guī)格、樁面美觀程度，對滿足要求的點加以利用，對不能利用的點，則按照重新埋設(shè)的技術(shù)要求進行執(zhí)行。對新補點要統(tǒng)一在原點號后順延一個字母，新埋設(shè)點按照《新建鐵路北京至唐山鐵路精密工程控制測量技術(shù)方案》中的有關(guān)要求進行點之記繪制，并繪制出word形式的電子圖。對新埋設(shè)的點進行拍照核實，并對已破壞的點進行妥善處理，從而確保后續(xù)施工測量采用新點，杜絕出現(xiàn)使用錯點的情況。

3 平面網(wǎng)施測

本研究采用天寶公司生產(chǎn)的Trimble R8/R10雙頻GNSS接收機對控制網(wǎng)絡(luò)進行復(fù)測，標稱精度均優(yōu)于±（5 mm+1 ppm×D），所使用的GNSS接收機均經(jīng)測繪儀器計量定點單位檢定合格，并在有效期內(nèi)。CPⅠ級控制網(wǎng)（見圖1）按二等GNSS網(wǎng)的要求進行施測，采用邊連接方式進行構(gòu)網(wǎng)，形成由三角形或大地四邊形組成的帶狀網(wǎng)，沿線與國家A/B級點和CP0點進行聯(lián)測，測量的網(wǎng)形要盡量保持原建網(wǎng)的網(wǎng)形。CPⅡ級控制網(wǎng)（見圖2）是在CPⅠ基礎(chǔ)上，采用三等GNSS網(wǎng)進行測量，測量網(wǎng)形也要盡量保持原建網(wǎng)的網(wǎng)形，采用邊連接的方式進行構(gòu)網(wǎng)，從而形成由三角形或大地四邊形組成的帶狀網(wǎng)，并與CPⅠ聯(lián)測構(gòu)成附合網(wǎng)，并保證每個點都有足夠的重復(fù)設(shè)站次數(shù)［6］。

圖1 北京至唐山鐵路精密工程控制測量部分CPI網(wǎng)形圖

圖2 北京至唐山鐵路精密工程控制測量部分CPII網(wǎng)形圖

具體施測技術(shù)指標如表1所示。

表1 各級GNSS測量作業(yè)的基本技術(shù)要求

作業(yè)過程中，儀器的中誤差均小于1 mm，每個時段觀測前后各測量天線高一次，兩次較差值要小于2 mm，并取均值作為最后成果；觀測時要用電子手簿來自動記錄點號和天線高，同時認真填寫靜態(tài)觀測手簿。在觀測過程中，要保證天線附近50 m內(nèi)未使用電臺、10 m內(nèi)未使用對講機。在任一時段觀測過程中未進行接收機關(guān)閉又重新啟動、自測試、改變衛(wèi)星仰角限、改變數(shù)據(jù)采樣間隔、按動關(guān)閉文件和刪除文件按鈕等操作。

4 成果處理

本研究的平面控制網(wǎng)基線向量解算采用廣播星歷和商用軟件，為保證數(shù)據(jù)的一致性，統(tǒng)一使用商用軟件LGO7.0進行基線解算，解算設(shè)置采用軟件系統(tǒng)推薦的系統(tǒng)缺省值（見表2）。平面控制網(wǎng)平差使用同濟大學(xué)測量系研制的TGPPS軟件進行計算。先將CPⅠ和CPⅡ原始觀測文件轉(zhuǎn)換為標準的RINEX文件，并在完成點號、天線量高方式、天線高復(fù)核后進行基線解算［7］。對CPⅠ、CPⅡ復(fù)測基線進行平差計算，并檢查各項精度指標（基線較差、最小獨立環(huán)閉合差、無約束平差基線向量各分量改正數(shù)的絕對值、相鄰點相對點位中誤差、基線邊方向中誤差、最弱邊相對中誤差、約束平差基線向量各分量改正數(shù)與無約束平差同名基線改正數(shù)較差的絕對值）是否滿足規(guī)范要求。

表2 基線質(zhì)量檢驗限差表

中誤差σ的計算公式見式（1）。

式中：σ為中誤差，mm；d為相鄰點間距離，km；a取值為5 mm；b取值為1 mm/km。

在完成數(shù)據(jù)預(yù)處理后，對基線質(zhì)量不符合要求或環(huán)閉合差超限的要進行補測，在環(huán)閉合差與無約束平差指標都通過后進行約束平差，平差后各項指標均滿足表3中的要求。

表3 GNSS復(fù)測精度指標

本研究中的復(fù)測是對部分基線進行質(zhì)量檢查，檢查的基線均滿足限差要求。CPⅠ復(fù)測整網(wǎng)平差，以聯(lián)測的國家A/B級控制點（CP0點）、穩(wěn)定的CPⅠ點作為約束點進行平差計算。在進行平差計算前，要對CP0起算點的兼容性進行分析。在起算點兼容性很好的前提下進行平差處理，各項精度指標均滿足規(guī)范要求。對比此次復(fù)測的CPⅠ計算坐標與上次復(fù)測坐標，按照相關(guān)要求，坐標差要小于20 mm，當相鄰CPⅠ點坐標差之差的相對精度小于1/130 000，則采用原成果；若超限，則采用同精度內(nèi)插法更新的CPⅠ控制點坐標。其中，47個CPⅠ點（其中含聯(lián)測國家A/B級GNSS點4個）參與平差，平差結(jié)果坐標點與既有測量成果相比的部分結(jié)果如表4所示。

表4 CPⅠ整網(wǎng)平差后部分復(fù)測坐標及相鄰點間坐標差之差的相對精度統(tǒng)計

CPⅡ數(shù)據(jù)處理方法及要求與CPⅠ基本相同，在完成基線解算、獨立環(huán)檢驗合格后，以所有聯(lián)測的CPⅠ點作為起算點進行平差計算，在各項指標合格后，利用計算結(jié)果再進行復(fù)測，并與原測坐標差和坐標差之差的相對精度進行對比分析。對比此次復(fù)測CPⅡ計算坐標與上次復(fù)測坐標，按相關(guān)要求，坐標差小于15 mm，且相鄰CPⅡ點坐標差之差的相對精度小于1/80 000，則采用原成果；若超限，則采用同精度內(nèi)插法更新CPⅡ控制點坐標。對167個CPⅡ點（不含聯(lián)測的CPⅠ點）的點位進行平差，平差結(jié)果坐標點與既有測量成果相比的部分結(jié)果如表5所示。

表5 CPⅡ整網(wǎng)平差后部分復(fù)測坐標及相鄰點間坐標差之差的相對精度統(tǒng)計

5 結(jié)語

通過GNSS技術(shù)完成的精密工程控制測量平面網(wǎng)復(fù)測成果的各項精度指標均滿足《高速鐵路工程測量規(guī)范》（TB 10601—2009）中的要求，成果可滿足下階段施工需求［8］。對丟失、破壞或受干擾不能測量的控制點進行移設(shè)或補設(shè)，并對新設(shè)點進行同精度復(fù)測，從而保證控制網(wǎng)的完整性。對受外界干擾、原測與復(fù)測不符等造成成果超限的控制點進行分析和成果修正，后續(xù)施工可采用本研究的成果。本研究的復(fù)測充分體現(xiàn)GNSS技術(shù)在高鐵精密工程平面控制網(wǎng)測量中的應(yīng)用價值，在滿足精度指標的前提下，可高效率完成測量工作，同時還節(jié)省人力、節(jié)約成本。

在后期的工程應(yīng)用中，加強精密工程控制測量標志的保護和復(fù)測，使用新成果前應(yīng)進行同精度復(fù)測，成果無誤后再用于施工加密點的測量及后續(xù)施工上，并在使用過程中對成果進行檢核，避免使用錯成果和用錯點位。對復(fù)測中不穩(wěn)定的點位，建議后續(xù)不再使用。