高速铁路控制网测量技术研究
摘要：对于高速铁路的勘察、施工、运营维护来说，测量不仅是这些工作的基础，同时也是铁路安全的基本保障，控制网正是测量工作的基准，因此本文对高速铁路控制网测量技术进行了研究。
关键词：高速铁路；控制网；测量
建立精密测量控制网是实现高速铁路高平顺性要求的先决条件。普通铁路对平顺性要求较低，时速120km能够忍受的不平顺，在时速300km时就会产生剧烈振动[1]。根据《高速铁路工程测量规范》（TB 10601-2009）[2]的规定，高速铁路控制网按逐级控制的原则布设，即平面控制网先布设框架控制网（CP0），再依次布设基础平面控制网（CPⅠ）、线路平面控制网（CPⅡ）和轨道控制网（CPⅢ），高程控制测量则需布设线路水准基点控制网、轨道控制网（CPⅢ）。建立控制网是保障测量精度的基础，因此本文对高速铁路控制网测量技术进行了研究。
1高速铁路控制网的建立与测量方法 1.1 CP0的建立与测量
目前，我国已建立了国家三角测量控制网和国家GPS控制网（分为A级网和B级网），但这两种控制网都不适合直接用作高速铁路测量控制网。因为国家三角测量控制网建立时间较长，采用的测量方法与设备相对落后，控制点精度较低，并且部分点位破坏严重；而国家GPS控制网精度较高，但控制点数量较少，且限于建网时的设备条件，控制点精度还不够理想，因此建立CP0控制网是必要的[3]。根据TB 10601-2009要求，CP0控制网采用GPS测量方法，并通过与IGS参考站或国家A、B级GPS控制点联测来约束精度。在测段起点、终点布设多个控制点，并与至少2个约束点联测，要求一次性布网、测量、平差，控制点间距为50km左右。同步观测GPS接收机不少于4台，同时有效GPS卫星数不少于4个，截止高度角≥15°，持续观测时间≥15min，数据采集间隔30s，观测时段数≥4个，有效时段长不少于300min。测量后将数据导入平差软件进行无约束平差，然后再以已知控制点坐标进行约束平差，转换坐标后评定精度。 1.2 CPⅠ的建立与测量
CPⅠ控制网要附合到CP0控制网上，所以建立CP0控制网后应立即建立CPⅠ控制网，以保持测量数据的现势性，如果困难也应在路基定测前完成[4]。CPⅠ可按线路走向布设，以边联结方式构网，形成大地四边形或三角形的带状网。控制点间距>1km且<4km，并布设在高铁线路中线两侧50～1000m范围内，以满足GPS定位需要。在控制网的起点、终点及与其他控制网衔接处，应至少联测2个公用点，以反映不同控制网之间的相互关系。如果隧洞长度>800m，为便于与CPⅡ控制点联测，隧洞进出口及斜井处均应布设一对可通视的CPⅠ控制点。CPⅠ同步观测要求与CP0类似，只是观测时段数≥2个，有效时段长≥90min。平差时，先进行无约束平差，再选择兼容性好的联测控制点进行约束平差。联测控制点包括国家A、B级GPS控制点或CP0控制点。平差后转换坐标并评定精度。 1.3 CPⅡ的建立与测量
CPⅡ控制网用于路基定测，可通过CPⅠ控制网加密获得，测量采用GPS定位法或导线法，通视条件良好应采用GPS定位法，但在大中型隧洞内部布设CPⅡ控制网需采用导线法。布点应设在高铁线路中线两侧50～200m范围内，以满足路基定测要求。CPⅡ也采用边联结方式构成四边形或三角形，并附合到CPⅠ带状网上。在CPⅡ控制网的起点、终点及不同标
段施工测量衔接处，应通过CPⅠ控制点的联测约束精度，每处联测点至少2个。同步观测要求与CP0控制网和CPⅠ控制网类似，只是观测时段数1～2个，有效时段长≥60min。采用导线法时，至少保证一个通视点，同时边长及水平观测角精度应达到三等导线测量要求，导线网独立闭合环边数应为4～6。CPⅡ控制网平差、坐标转换同CPⅠ控制网。 1.4 CPⅢ的建立与测量
CPⅢ控制网同时约束于CPⅡ平面控制网和线路二等水准网，属于沿线路布设的三维控制网，为线上工程提供平面基准和高程基准，平面控制网可采用自由设站边角交会法测量[5]，在两对相邻控制点之间安置测量机器人或全站仪；高程控制网采用矩形环法或中视法，使用电子水准仪。CPⅢ控制点不设在地面上，而是布设在路基基础、隧洞墙壁上，测站设在相对控制点之间的中线上，通过观测已知控制点（CPⅠ控制点或CPⅡ控制点）的距离和方向，间接平差计算CPⅢ控制点坐标[6]。通视条件良好时，测站间距为120m，观测受限时测站间距改为60m。采用矩形环法测量高程时，通过建立矩形环路水准网完成单程测量，与CPⅢ控制点外侧的更高等级高程网联测时需进行往返观测。采用中视法测量高程时，需往返观测。 2 高速铁路CPⅢ控制网测量案例 2.1 测量准备
控制网测量前的主要准备工作包括明确坐标系统、高程基准及准备测量仪器。本案例坐标系统采用北京54坐标系，高程系统采用1985国家高程基准。仪器准备工作主要是检查仪器是否齐全、完好，以及准备CPⅢ控制点标志组件、测量棱镜等。本次测量采用徕卡TS50全站仪、徕卡DNA03电子水准仪，其他仪器还有干湿温度计、气压计等。 2.2 外业观测
测量期间记录现场天气、温湿度、气压等数据，然后将CPⅢ控制点号导入全站仪中，仪器整平对中，设置参数，静待仪器与环境温湿度适应后开始测量。本次测量采用自由设站边角交会法，间距600m联测1个CPⅡ加密控制点，并附合到CPⅡ控制网上。联测时，确保测站与CPⅡ加密控制点距离小于300m。分段测量区域的长度控制在4km内，每个测站至少重复观测6对CPⅢ控制点，并且每个重复测量区域至少有1个CPⅡ加密控制点。CPⅢ高程网采用二等水准矩形环法，并与加密水准点联测。平面控制测量时，测站间距为120m，与最远控制点的距离小于180m，与CPⅡ加密控制点距离小于300m。所有测量数据（方位角和距离观测值）满足TB 10601-2009规定要求。距离观测采用多测回距离观测法，对CPⅢ控制点进行至少2测回的盘左盘右测量。方向测量采用全圆观测法，对测站与CPⅢ控制点的方位角至少观测2测回。例如测站Z1测量点号309108的方位值为23.025729°，平均距离为
30.86416m。每次测量完都要即时检查数据，发现数据超限必须重测。高程测量相邻两点要构成闭合环，并与水准基点联测。水准仪架设在4个CPⅢ控制点的中心位置，交替使用前、前、后和前、后、后、前的方式测出各控制点的高差。每次测量完成也要立即检查数据，超限要重测。平面控制测量点位中误差≤2mm，相对中误差≤1mm。高程测量相邻点高差的中误差≤0.5mm，矩形环闭合差≤±1mm，相邻测环高差的较差≤±1mm。 2.3 内业处理
完成外业测量工作后要及时整理和检核数据，内容包括测站质量检查、弦长纵横向闭合差检核。测站质量达不到要求，要返工补测，再通过秩亏自由网平差检核系统内符合精度，随后根据CPⅡ加密控制点测量成果进行约束平差。自由设站边角交会法要求方向观测中误差不超过1.8″，距离中误差不超过1mm。与控制点联测要求，与CPⅡ加密控制点联测方向改正数不超过4.0″，距离改正数不超过4mm。本次测量线路全长7.6km，超过300个CPⅢ控制点，经过平面网平差处理（如往返测距较差、附合闭合环差、第三边较差等）和高程网平差（往返较差、闭合环差等）处理，数据精度满足TB 10601-2009要求。
3 结语
我国高速铁路的飞速发展离不开诸如测量技术进步的基础环节，为了高速铁路勘察、施工、运营维护的需要，我国建立了CP0、CPⅠ、CPⅡ、CPⅢ四级控制网的测量标准，推动了高速铁路高精度、高效率测量工作的开展，可见加强高速铁路控制网测量技术研究意义重大，因此本文介绍了高铁控制网概况，结合案例分析了控制网测量技术的应用。
参考文献：
[1] 王晓凯. 高速铁路控制与精密工程测量问题研究[D]. 西安：长安大学，2017：7-8，13-22.
[2] 中铁二院工程集团有限责任公司. TB 10601-2009高速铁路工程测量规范[S]. 北京：中国铁道出版社，2010：7-36.
[3] 陈慧建. 高速铁路控制测量中的几个问题探讨分析[D]. 南昌：东华理工大学，2015：12-19.
[4] 王晓凯. 高速铁路精密工程测量问题研究[J]. 铁道勘察，2018（5）：29-31. [5] 李武. 高速铁路CPⅢ控制网测量误差来源及外业操作注意事项[J]. 测绘与空间地理信息，2014，37（11）：182-184.
[6] 潘正风. 高速铁路轨道平面控制网（CPⅢ）测量原理的探讨[J]. 测绘通报，2016（8）：44-46.
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