基于GPS的高鐵CPⅡ平面控制網復測技術研究

陳耀輝　李曉敏　崔希民　袁德寶

(中國礦業大學(北京) 地球科學與測繪工程學院，北京　100083)

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基于GPS的高鐵CPⅡ平面控制網復測技術研究

陳耀輝李曉敏崔希民袁德寶

(中國礦業大學(北京) 地球科學與測繪工程學院，北京100083)

結合工程實例，介紹基于GPS的高鐵CPⅡ平面控制網復測技術。

GPS高速鐵路復測技術CPⅡ平面控制網

高速鐵路是指時速大于250km的鐵路，是中國乃至世界都爭先發展的一種鐵路模式。為了保證高速鐵路的行車安全和乘客的舒適性，高速鐵路在設計施工階段對鐵路的平順性有很高的要求。因此，在設計施工階段定期對CPⅡ平面控制網進行復測是施工的重點任務。

1　工程概況

京沈高速鐵路北京段內某標段全長5.32km，9個CPⅡ平面控制點點位保存完好且沿線路分布。

2　GPS測量精度指標

該標段內存在3個CPⅠ控制點和9個CPⅡ控制點，為了保證復測精度，使用已知的CPⅠ控制點坐標進行二維約束平差。為了增強網形強度，JM0007也作為輔助點參與復測。

與原測相同，CPⅡ平面控制網采用GPS測量方法施測，根據規范要求，CPⅡ平面控制網的觀測按照高鐵三等標準實施。其中，外業GPS觀測的技術要求按表1執行；觀測數據的處理應滿足表2要求。

表1　GPS測量作業技術要求

表2　GPS測量精度指標

3　CPⅡ平面控制網施測

CPⅡ控制網的復測是一個系統性的工程，有著一套完整的工作流程，具體的流程如圖1 所示。首先根據已有資料編寫設計書并上交審核，審核通過后制定具體的外業實施方案，在內業數據處理過程中若發現基線不合格或者復測坐標超限，應認真分析出現錯誤的原因并對某段或者全部重測，直至數據解算合格為止，最后撰寫復測報告并上交。

圖1　CPⅡ控制網復測流程

3.1準備工作與施測要求

(1)準備工作

每天觀測前檢查接收機，查看電量和內存是否充足，及時充電；

檢查基座氣泡是否完好，及時校正氣泡；

攜帶記錄紙、筆等必備物品。

(2)施測要求

測前測后均應需取天線高，量取天線高時應從3個方向(相差120°)分別量至測高片，讀數至1mm，互差不大于2mm，取均值作為天線高。

記錄時應如實記錄開始觀測時間、結束觀測時間、記錄人以及天線高等信息。

觀測期間要保證GNSS接收機處于穩定狀態，不得有其他人或物體移動接收機，若有特殊情況，應及時向調度員匯報。

觀測過程中，應保證天線標志線指北。

禁止在GNSS接收機附近使用對講機、手機等通訊工具，以免影響信號接收。

3.2CPⅡ平面控制網外業觀測

本次GPS控制網外業數據采集使用8臺天寶R8型GPS雙頻接收機，GPS接收機的靜態定位標稱精度優于±(5+1×10-6D)mm，且儀器具有專業部門頒發的鑒定證書，具備正常觀測條件。此次CPⅡ控制網的布設采用GPS靜態定位技術，共同步觀測兩個時段，每個時段2h，第一時段接收機安置于8個CPⅡ控制點上，由于第二時段點數較少且有一臺接收機出現問題，使用了7臺儀器觀測。同步作業圖形之間采用邊聯結的方式，確保該網的高精度和高可靠性，具體CPⅡ控制網圖形如圖2所示。

圖2　CPⅡ平面控制網網形

外業觀測時嚴格按《高速鐵路工程測量規范》中控制網精度要求執行，并參照《全球定位系統(GPS)測量規范》要求，并根據調度員安排完成各測站的調度。

4　數據處理

該標段CPⅡ平面控制網采用徠卡公司生產的商業軟件LGO7.0處理GPS基線，武漢大學生產的科傻GPS進行坐標轉換。

首先，利用LGO7.0進行基線解算。其中，同一條邊的不同時段解算值之差應該滿足式(1)要求

(1)

并且由獨立基線邊組成的閉合環各分量閉合差應滿足

而且還應該滿足在基線解算過程中同一時段的衛星剔除率應不大于10%。經過LGO7.0的解算，該標段CPⅡ平面控制網復測過程中所有的觀測基線均滿足規范要求。

其次，使用科傻GPS處理經過LGO7.0解算的基線，處理基線總體上包括三維無約束平差和二維約束平差。三維無約束平差就是在WGS-84坐標系統下對接收機觀測得到的三維基線向量整體平差，且無約束平差應該滿足：VΔx≤3σ，VΔy≤3σ，VΔz≤3σ。這種平差方法不會引入使GPS網形產生尺度變化和方位變化的因素。之后，將CPⅠ10052和CPⅠ1008的平面坐標作為約束條件對CPⅡ平面控制網進行二維約束平差。在二維約束平差時應注意與設計一致，采用相同的投影方法：高斯投影；相同的橢球參數：CGCS2000。

經過以上操作之后，可以得到該標段內所有CPⅡ平面控制點在工程坐標下的的二維坐標(x，y)。復測得出的平面坐標應該與設計院提交的結果相比較，若滿足規范要求，則采用原坐標。而規范要求點位坐標較差應滿足不大于±15mm的要求。具體對比結果如表3所示。

從表3可以看出，CPⅡ1046、CPⅡ1050、CPⅡ1053這三個點的點位變化值大于10mm，有明顯變化，其余6個點的點位坐標變化較小。該標段使用GPS復測的CPⅡ控制網平面控制點的點位變化滿足規范要求，精度可以滿足高速鐵路CPⅡ平面控制網的需要。通過上述分析可知，各CPⅡ點點位穩定，坐標繼續使用設計成果。

表3　CPⅡ平面坐標較差

[1]李征航，黃勁松.GPS測量與數據處理[M].武漢:武漢大學出版社，2010

[2]孔祥元，郭際明，劉宗泉.大地測量學基礎[M].武漢:武漢大學出版社，2006．

[3]TB10601—2009高速鐵路工程測量規范[S]

[4]郭玉強.應用GPS技術進行大面積地面沉降監測[J].礦山測量，2014(6):27-29，95

[5]王洪生，王新來，李艷君，等.GPS-RTK技術及其在地質勘探測繪中的應用[J].礦山測量，2014(4):22-23，59

[6]臧永強，洪雪倩，田義偉，等.GPS在電廠平面控制測量中的應用[J]. 礦山測量，2014(4):48-51

[7]張健雄，張在巖.高鐵CPⅠGPS網復測數據處理及控制點穩定性分析[J]. 河南理工大學學報：自然科學版，2014(5):604-610，615

[8]韓高樓.GPS在城際鐵路控制測量中的應用[J].鐵道建筑，2010(12):102-104

[9]周興濤.GPS平面控制網在高鐵施工中的控制測量應用[J].通訊世界，2015(9):242-244

[10]高小兵.高速鐵路基礎平面控制網(CPⅠ)復測數據處理研究[J].勘察科學技術，2015(4):19-22

[11]徐小左.高鐵CPⅢ復測高程和相鄰點高差較差限差的確定[J].鐵道工程學報，2010(10):45-48

[12]劉志，劉成龍，曹成度，等.基于多限差的高鐵CPⅠ控制網復測穩定性分析新方法研究[J].鐵道勘察，2015(5):10-13

Research on the Technology of High-speed Rail’s Route Horizontal Control Network’s Repetition Survey in GPS

CHEN YaohuiLI XiaominCUI XiminYUAN Debao

2016-03-02

國家自然科學基金(51474217)

陳耀輝(1993—)，男，碩士研究生。

1672-7479(2016)04-0009-03

P258

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