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白阿铁路精密控制测量复测技术方案（葛根庙至乌兰浩特）

2014-10-15 19:31:19　来源: 测绘论坛

1 项目概况1

1 项目概况

改建铁路白阿铁路葛根庙至乌兰浩特段位于内蒙古境内，线路长度33.76km，线路总体走向呈西北～东南向，是内蒙古东部地区重要横向运输干线，是沟通内蒙古与东北地区经济联系的重要通道。

线路自DK48+000处并行既有白阿线右侧引出，以新建双线形式并行既有线前行至葛根庙站，出站后线路双线绕行跨过洮儿河至DK58+900处后沿既有白阿线左侧新建双线经既有卫东站、宁家站、跨宁家河，然后线路双绕以2130m隧道形式穿大黑山、下钻既有白阿线、跨归流河，在既有白阿线右侧并行，沿锡乌线预留的位置引进乌兰浩特站至本段工程设计终点DK82+284.54，线路长度33.76km。本段设葛根庙、宁家、乌兰浩特3个车站，既有卫东站封闭。

2 技术依据及复测原则

2.1执行主要技术标准：

1）《铁路工程测量规范》（TB10101-2009 J961-2009）；

2）《国家三、四等水准测量规范》（GB12898-2009）；

3）《铁路工程卫星定位测量规范》（TB10054-2010）；

2.2 复测原则

复测基本原则是：采用的复测精度指标、方法与原测相同。平面控制网的复测按照原控制网的网型结构进行观测；高程控制网的复测按照原测水准路线施测。复测成果与原测成果的较差在限差之内时，施工中仍然使用原测成果；若较差超出限差要求，进行二次复测再次确认。当确认设计单位勘测资料有误或精度不符合规定要求时，由设计单位对勘测成果进行改正。

3 既有资料情况

《白乌线精密控制测量技术文件第三册》（电子版）；

4 工期安排

GPS观测从2014年7月22日—7月28日，完成管段内CPI，CPII点的外业测量，并于2014年7月31日完成平差计算并提交坐标成果。

三等水准测量从2014年7月25日至8月3日完成管段内所有三等水准测量外业工作，并于2014年8月12日完成三等水准测量平差计算并提交高程成果。

5 精度指标

根据规范、设计文件要求，本次控制网复测实施过程中，CPI按三等GPS网精度标准执行，CPⅡ按四等GPS网精度标准执行；水准按三等水准测量精度执行。

GPS 测量的精度指标见下表：

GPS 测量的精度指标

等级	固定误差 a (mm)	比例误差b (mm/km)	基线边方向中误差	约束点间的边长的相对中误差	最弱边相对中误差
三等	≤5	≤1	≤1.7″	1/180000	1/100000
四等	≤5	≤2	≤2.0″	1/100000	1/70000

水准测量精度要求见下表：

水准测量精度要求（mm）

水准测量等级	每千米水准测量偶然中误差M△	每千米水准测量全中误差MW	限差
水准测量等级	每千米水准测量偶然中误差M△	每千米水准测量全中误差MW	检测已测段高差之差（mm）	往返测不符值(mm)	附合路线或环线闭合差(mm)	左右路线高差不符值
三等	≤3.0	≤6.0	±20	±12	±12	---

6 任务范围

6.1平面控制点情况

标段起止里程为：DK48+000～DK82+284.54,全长33.76km，测区内完好的CPI控制点13，完好的CPII控制点23个。联测到相邻施工单位范围内1个施工控制点CPII1261，形成测量搭接协议。

6.2高程控制点情况

测区内设计三等水准点完好的共12个，搭接到相邻施工单位范围内1个设计水准控制点BM1029=CPII1261，形成测量搭接协议。

7 平面坐标和高程系统

7.1坐标系统

按照《铁路工程测量规范》（TB10101-2009）中“线路设计高程面上投影长度变形值不宜大于25mm/km”的要求，设计工程独立坐标系，投影长度变形值计算表见附表，完全满足有砟轨道铁路测量的要求。

坐标系参考椭球采用1954 年北京坐标系椭球参数，中央子午线（度）： 123度，投影面大地高（m）0m，高程异常:0m，X0=0km，Y0=500km。平面控制网点按设计要求提交工程独立坐标系成果。

7.2高程系统

高程系统与设计高程系统一致，采用1985国家高程基准。

8 工作安排

8.1 作业人员

参与本次复测工作的专业技术人员计划5人（其高级职称1人，中级职称4人），外业观测测量员计划17人。

项目组主要专业技术人员信息表

序号	姓名	性别	专业	技术职称	在本项目中担任职务
1	杨之光	男	桥梁工程	工程师	项目总工
2	马雷	男	铁道工程	助理工程师	测量队队长
3	刘鹏	男	铁道工程	助理工程师	测量组长
4	白飞鑫	男	铁道工程	助理工程师	测量组长
5	齐奥	男	铁道工程	技术员	测量组长

8.2仪器设备

本次测设拟投入的观测仪器要求如下：

本次平面控制网采用4台天宝5800双频GPS接收机进行观测。GPS接收机的静态定位标称精度3mm+0.5ppm。作业前，接收机按规定进行检定，所有仪器均经过国家检定部门检定并在有效期内，高程复测采用1台天宝DiNi03电子水准仪、1台徕卡DNA03 电子水准仪。

8.3总体工作流程图

总体工作流程图

本段平面控制网复测按原测要求分二级进行，第一级为基础平面控制网（CPI）复测,第二级为线路平面控制网（CPⅡ）复测。在复测过程中采用与设计院同精度、同方法进行控制网复测。

9 基础平面控制网CPI复测

CPI控制网采用GPS测量，按三等精度要求进行施测，测量遵循的主要技术指标是：

9.1 CPI复测方法

复测前应首先进行现场勘查，检查标石的完好性和稳定性，本标段范围CPI控制点共13个。在CPI的复测过程中，以本标段内经过稳固性、兼容性分析合格的CPI控制点为本标段CPI控制网约束点进行平差计算。CPI控制网复测GPS作业应满足表9.1中三等基本技术要求。

各等级GPS测量作业的基本技术要求表9.1

等级	三等
观测模式	静态观测
卫星高度角	≥15°
同时观测有效观测卫星数	≥4
观测时段数	1~2
时段长度	≥60分
数据采样间隔	10~60秒
PDOP或GDOP	≤8
接收机类型	双频

CPI复测控制网应与原测网一致，采用边联结方式构网，组成三角形或大地四边形相连的带状网，以CPI点作为联结边，采用边联式构网。联测方式如下图所示：

9.2 CPI复测外业观测

9.2.1全部仪器、光学对中基座生产作业前都必须按要求进行检校合格后才能投入使用。

9.2.2 GPS作业前准备工作符合下列规定：

1 检查GPS是否是处于静态观测作业模式，所有接收机或控制器配置参数应符合表9.1相关参数要求，并保持一致。

2 必须检查电池容量是否满足作业要求，数据存储设备应有足够的存储空间，仪器及其附件必须齐全。

3 GPS测量作业操作要点：

（1）应认真填写GPS观测记录手薄，严格遵守调度命令；

（2）经检查，接收机的电源电缆、天线电缆等项连接正确，接收机预置状态和工作状态正常后，方能启动接收机开始测量；

（3）一个时段观测过程中严禁进行以下操作：关闭接收机重新启动，进行自测试，改变卫星仰角限，改变数据采样间隔，改变接收设备预置参数，改变天线位置，按动关闭文件和删除文件功能键等。

（4）静置和观测期间应防止仪器震动，不得移动仪器，要防止人员或其他物体碰动天线或阻挡信号。

（5）在作业过程中，不应在天线附近使用无线电通讯。当必须使用时，对讲机应距天线10m以外，车载电台应距天线50m以外。

（6）经检查，调度命令已执行完毕，所有规定的作业项目已完成并符合要求，记录和资料完整无误，且将点位标识和觇标恢复原状后方可执行下一个调度命令。

4观测时，天线整平对中误差不得大于1mm，每时段观测前后各量取天线高一次，两次互差小于2mm，并取其平均值作为最后结果。

5观测过程中应按规定填写观测手簿。对观测点名、仪器高、仪器号、时间、日期以及观测者均应详细记录。

9.3 CPI数据处理与精度分析

9.3.1基线处理

外业观测结束后全网观测数据分别采用各自接收机自带的数据转换软件，转换为标准的Rinex格式，基线解算采用LGO 7.0进行，以大地四边形作为基本构网图形对观测基线进行处理和质量分析，检查基线质量是否符合规范要求。CPI控制网GPS基线解算按GPS静态相对定位模式进行解算，基线解算采用广播星历，基线解算应作以下检核统计工作：

（1）同一条边任意两个时段解算值互差小于2

(mm)（D以km为单位）。

（2）独立观测边闭合环各坐标分量闭合差应符合下式规定：

Wx≤3

·σ、Wy≤3

·σ、Wz≤3

·σ、W≤3

·σ

（3）基线改正数检验

1、无约束平差中基线向量各分量的改正数绝对值应满足下式：

V△x≤3σ V△y≤3σ V△z≤3σ

2、约束平差后基线向量各分量改正数与无约束平差同一基线改正数较差的绝对值应满足下式：

dV△x≤2σ dV△y≤2σ dV△z≤2σ

9.3.2三维无约束平差

CPI控制网平差及坐标转换分别采用武汉大学开发的科傻GPS数据处理系统软件进行。三维无约束平差：以网中一个CPI点的WGS-84的三维坐标作为基准进行三维无约束平差，以检验控制网的内符合精度。无约束平差中，应对观测值先验中误差、单位权中误差、观测值改正数进行统计分析，确定异常观测值，并对其进行核查分析，决定取舍或重测。参加三维无约束平差的观测值不得有异常数据存在。

9.3.3三维约束平差：

CPI级GPS网采用全标段整体平差的方式进行，以本标段内经过稳固性、兼容性分析合格的CPI控制点三维坐标成果进行CPI控制网约束平差，再按设计院提供的坐标系统进行高斯投影计算得到CPI的复测平面坐标。约束平差在WGS84椭球独立坐标系系下进行，三维约束平差中应检验基线最弱边相对中误差、同一基线向量改正数较差是否满足三等GPS网精度要求。

9.4 CPI控制网复测数据分析

应根据复测成果进行平面控制点的稳定性分析，分析判别方法如下：

本次复测采用复测与原测相邻CPI点坐标成果较差之差相对精度进行CPI点稳定性分析。复测与原测坐标成果较差相对精度按式9.4.1-1～式9.4.1-3公式计算：

△Xij=（Xj –Xi）复 –（Xj –Xi）原式9.4.1-1

△Yij=（Yj –Yi）复 –（Yj –Yi）原式9.4.1-2

式9.4.1-3

式中

相邻点间坐标差之差的相对精度；

s—相邻点间的二维平面距离；

△Xij，△Yij— 相邻点i与j间二维坐标差之差（m）。

GPS复测相邻点间坐标差之差的相对精度限差表9.4.1

控制点等级	相邻点间坐标差之差的相对精度限差
CPI	1/80 000
CPII	1/50 000

9.4.2复测与设计坐标对比

CPI控制点的复测与原设计坐标差值应满足X、Y均不大于±25mm的要求，相邻点间坐标差之差的相对精度限差应满足表9.4.1要求。当复测成果与设计单位提交的原测成果较差满足限差要求时，今后施工应采用原测坐标成果；较差不满足限差要求时，应重新观测，分析原因，当确认设计单位提交成果有误或精度不符合要求时，应向铁路建设单位及设计单位提交报告，由设计单位进行确认，对原测成果进行改正。

10 线路控制网CPⅡ复测

CPII采用GPS施测，起闭于CPI控制网，按四等GPS控制网的要求施测。四等GPS网测量遵循的主要技术指标如下：

— 基线边方向中误差≤2″；

— 最弱边相对中误差≤1/70000。

10.1 CPII复测方法

复测前首先应进行现场勘查，检查标石的完好性和稳定性，本标段CPII控制点共23个。在CPII的复测过程中，以经过复测合格的所有CPI控制点为本标段CPII控制网约束点进行平差计算。CPII控制网复测GPS作业应满足表9.2中三等基本技术要求。CPII复测控制网应与原测网一致，采用边联结方式构网，组成三角形或大地四边形相连的带状网，以CPI或CPII点作为联结边，采用边联式构网。联测方式如下图所示：

10.2 CPII复测外业观测

10.2.1 CPII按四等GPS控制网要求进行复测，复测网构网应与原测网一致。外业观测应该按事先制定好的计划方案执行，不得擅自改变测量方案，必须保证每个时段的观测在可控、统一调度和有序的状态下进行。CPII作业前应按要求进行仪器设备检查，调试。每天观测的数据应该及时传输至计算机做好备份，当天的数据要当天检查，发现有不合格的数据应该补测或者重测。

10.2.2 观测时，天线整平对中误差不得大于1mm，每时段观测前后各量取天线高一次，两次互差小于2mm，并取其平均值作为最后结果；

10.2.3 观测过程中按规定填写观测手簿。对观测点名、仪器高、仪器号、时间、日期以及观测者均应详细记录。

10.2.4 CPII控制网复测GPS作业的技术要求参照CPI复测要求。

10.3 CPII数据处理与精度分析

10.3.1外业观测结束后以大地四边形作为基本构网图形对观测基线进行处理和质量分析，检查基线质量是否符合规范要求。CPII控制网GPS基线解算：基线解算采用软件LGO 7.0进行，按GPS静态相对定位模式进行解算，基线解算采用广播星历，基线解算应作以下检核统计工作：

（1）同一条边任意两个时段解算值互差小于2

(mm)。

（2）独立观测边闭合环各坐标分量闭合差应符合下式规定：

Wx≤3

·σ、Wy≤3

·σ、Wz≤3

·σ、W≤3

·σ

（3）基线改正数检验

1、无约束平差中基线向量各分量的改正数绝对值应满足下式：

V△x≤3σ V△y≤3σ V△z≤3σ

2、约束平差后基线向量各分量改正数与无约束平差同一基线改正数较差的绝对值应满足下式：

dV△x≤2σ dV△y≤2σ dV△z≤2σ

10.3.2 CPII控制网平差及坐标转换分别采用武汉大学开发的科傻GPS数据处理系统软件进行。三维无约束平差：以网中联测的CPI点的WGS-84的三维坐标作为基准进行三维无约束平差，以检验控制网的内符合精度。无约束平差中，应对观测值先验中误差、单位权中误差、观测值改正数进行统计分析，确定异常观测值，并对其进行核查分析，决定取舍或重测。参加二维无约束平差的观测值不得有异常数据存在。

10.3.3二维约束平差：CPII级GPS网采用全标段整体平差的方式进行，以标段内所有经过复测合格的CPI控制点作为约束点进行本标段CPII控制网二维约束平差。约束平差在WGS84椭球独立坐标系系下进行，二维约束平差中应检验基线边方向中误差、基线最弱边相对中误差、基线向量改正数是否满足《铁路工程卫星定位测量规范》（TB10054-2010）四等精度要求。

10.4 CPII控制网复测数据分析

应根据复测成果进行平面控制点的稳定性分析，分析判别方法如下：

10.4.1 本次复测采用复测与原测相邻CPII点坐标成果较差之差相对精度进行CPII点稳定性分析。复测与原测坐标成果较差相对精度应按式9.4.1-1～式9.4.1-3公式计算。

10.4.2 CPII控制点的复测与原设计坐标差值应满足X、Y均不大于±20mm的要求，相邻点间坐标差之差的相对精度限差应满足表9.4要求。当复测成果与设计单位提交的原测成果较差满足限差要求时，今后施工应采用原测坐标成果；较差不满足限差要求时，应重新观测，分析原因，当确认设计单位提交成果有误或精度不符合要求时，应向建设单位及设计单位提交报告，由设计单位进行确认，对原测成果进行改正。

11 高程控制网三等水准复测

复测前首先进行现场勘查，检查标石的完好性。采用的仪器设备、观测方法要求、精度指标、计算软件与原测相同。

11.1 三等水准复测方法

水准复测采用与原测同精度、同方法开展三等水准测量。复测中主要技术要求如下：

表11.1.4-1 水准观测主要技术要求

等级	水准仪等级	水准尺类型	视距（m）	前后视距差（m）	测段前后视距累积差（m）	视线高度（m）
等级	水准仪等级	水准尺类型	数字	数字	数字	数字
三等	DS1	铟瓦	≥3且≤75	≤2	≤5.0	≤2.8且≥0.5

表11.1.4-2 三等水准测量精度要求单位：mm

水准测量等级	每千米水准测量偶然中误差M△	每千米水准测量全中误差MW	限差
水准测量等级	每千米水准测量偶然中误差M△	每千米水准测量全中误差MW	检测已测段高差之差（mm）	往返测不符值(mm)	附合路线或环线闭合差(mm)	左右路线高差不符值
三等	≤3.0	≤6.0	±20	±12	±12	---

注：表中L为往返测程，附合或环线的水准路线长度，单位为km。

表11.1.4-3 水准测量计算取位

水准测量等级	往（返）测距离总和（km）	往（返）测距离中数（km）	各测站高差（mm）	往（返）测高差总和（mm）	往（返）测高差中数（mm）	高程（mm）
							三等	0.01	0.1	0.1	0.1	0.1	1

11.2 三等水准复测外业观测

11.2.1三等水准测量应进行往返观测。观测顺序如下：

观测时，视线长度≤75m，前后视距差≤2.0m，前后视距累积差≤5.0m，视线高度三丝能读数；测站限差：两次读数差≤1mm，两次所测高差之差≤1.5 mm，检测间歇点高差之差≤3.0 mm；观测时，按后-前-前-后的顺序进行，每一测段应为偶数测站。一组往返测宜安排在不同的时间段进行；

由往测转向返测时，应互换前后尺再进行观测；晴天观测时应给仪器打伞，避免阳光直射；扶尺时应借助尺撑，使标尺上的气泡居中，标尺垂直。

11.2.2测量时应保证前后视距尽可能相等，前后视距差应满足表9.1.4-1要求。观测过程应采用水准尺支撑，确保水准尺水泡居中，处于竖直稳定状态。尺垫要安放在坚实的地方并踩实，防止尺垫下沉。

11.2.3 三等水准控制测量采用水准测量方法。所使用的仪器及水准尺，应符合下列规定：

（1）水准仪视准轴与水准管轴的夹角，DS1、DS05级不应超过15″；

（2）水准尺上的米间隔平均长与名义长之差，对于因瓦水准尺，不应超过0.15mm，对于双面水准尺，不应超过0.5mm；

（3）观测作业过程中严格按照表11.1.4-1控制各项限差，计算过程中，严格按照表11.1.4-2、表11.1.4-3要求执行，如发现有不符之处，立即进行补测，直至满足要求为止。

11.2.4 三等水准测量作业时应进行观测限差控制，若有测站观测超限，应及时重测。观测成果的重测与取舍符合下列要求：

（1）凡经检验超出规定限差均进行重测；

（2）往返测高差不符值超限时，首先对可靠性较小的往（返）测进行整段重测。

11.2.5 作业单位对仪器设备检验的项目见下表。

仪器设备检验情况表表11.2.5

仪器名称	检验项目	检验日期	检验结果
水准仪	外观检视	测前	满足规范要求
	望远镜十字丝横轴与竖轴垂直度检验	测前
	光学测微器隙动差和分划值测定	测前
	水准器的检查	每天
	i 角的检校	每天
水准尺	外观检视	测前
	一对水准标尺零点差及基辅分划读数常数测定	测量过程中
	水准器的检查	每天

11.3 三等水准复测数据处理

11.3.1当天外业工作结束后，应及时进行测段往返测高差不符值检验，其值应满足表11.1.4-2中往返测高差不符值限差要求，每条水准路线应按测段往返测高差不符值计算每千米偶然中误差MΔ；当水准网的环数超过20个时，还应按环线闭合差计算Mw。MΔ和Mw应符合表11.1.4-2的规定，否则应对较大闭合差的路线进行重测。MΔ和Mw应按下列公式计算：