勘測新技術在新建埃塞俄比亞鐵路中的應用

王志強

(鐵道第三勘察設計院集團有限公司，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的骨干線路，該線路及相鄰的國家鐵路網建設后將成為肯尼亞北部和蘇丹南部進入紅海的最短走廊，并可推動東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。本項目的建設對于推動非洲東部區域路網規劃及建設具有重要意義。主要技術指標為單線電氣化鐵路，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 新技術的應用

2.1 第一次在非洲鐵路中建立CPO框架控制網

非洲各國采用不同的坐標系統，在跨國鐵路的勘測時，需要對不同國家的坐標系統控制點進行聯測和轉換，增加了后續專業設計和施工建設的難度。本項目建立的CPO框架控制網有效避免了以上問題，并與IGS參考站進行聯測，為后期東非鐵路網的測量銜接奠定了基礎。CP0框架控制網統一了勘察、設計、施工及運營維護各階段的平面控制基準，實現了勘察設計、施工及運營維護的三網合一，在非洲鐵路建設中開創了先例，也為基礎平面控制網的建立提供了可靠的保證，同時為后續研究和編制非洲鐵路行業規范提供了實踐數據和參考資料。

2.2 建立了本項目完整的測量技術體系

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

2.3 地形圖與勘測設計統一采用工程獨立坐標系

埃塞俄比亞采用的Adindan基準，克拉克1 880橢球，而本項目坐標系統采用WGS84橢球，兩者存在很大的差異。考慮到沿線基本處于無人區域，且與地方規劃沖突很小，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系作為地形圖和勘測的統一標準，避免了后期勘測設計時坐標系統繁瑣的轉換過程。

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

2.4 利用高程擬合的方式對高程數據進行檢核

在國內，高程擬合技術已經得到了廣泛的應用，在非洲地區還沒有使用的先例。在當地，高等級的高程控制點稀少。為滿足鐵路高程控制網的建立，本項目綜合使用了水準測量和GPS高程擬合技術，并在使用EGM2160階地球重力場模型計算后對水準點間的高差進行對比，見表1。

表1 水準點間高差比較

對比以上19段高差數據可以發現，用五等基平的限差進行比較，有4段超限，反映了高程擬合對基平數據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用提供了依據。

2.5 利用機載激光雷達技術對鐵路沿線進行測繪工作

機載激光雷達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數據，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。機載激光雷達可以快速獲取高精度DEM，具有數據獲取簡單、高程精度高、受天氣影響小等特點，符合鐵路建設的要求。將其應用到鐵路勘測中，大大減少人力資源投入，提高勘測質量和效率，同時推動鐵道勘察設計乃至施工運營等階段的應用，經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數據構建三角網，建立數字地面模型，并根據地形圖的比例尺，選擇恰當的參數自動生成鐵路沿線的帶狀等高線圖，以便更直觀的表達地形地貌，便于設計人員判釋和使用。

(2)自動獲取鐵路的橫縱斷面數據

在鐵路勘測的定測階段，測量任務的一項繁重的工作就是橫斷面測量，利用機載激光雷達建立的數字地面模型，根據已經完成的線路位置和設計要求，通過軟件獲取所需要的橫縱斷面，節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行虛擬踏勘

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

3 結論

非洲鐵路多數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部的現有鐵路規格不一致，各類交通運輸設施陳舊，技術落后，嚴重制約了經濟的發展。面對非洲各國鐵路建設的巨大需求，利用國內先進的技術經驗在非洲各國的項目中充分展現，占領核心技術的制高點，為后續非洲鐵路網的全面建設打下良好的基礎。

［1］ TB10101—2009 鐵路工程測量規范［S］

［2］ TB10054—2010 鐵路工程衛星定位測量規范［S］

［3］ 施一民．現代大地控制測量［M］．北京:測繪出版社，2003

［4］ 張正祿，等．工程測量學［M］．武漢:武漢大學出版社，2005

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