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白阿鐵路精密控制測量復測技術方案（葛根廟至烏蘭浩特）

2014-10-15 19:31:19　來源: 測繪論壇

1 項目概況1

1 項目概況

改建鐵路白阿鐵路葛根廟至烏蘭浩特段位于內蒙古境內，線路長度33.76km，線路總體走向呈西北～東南向，是內蒙古東部地區重要橫向運輸干線，是溝通內蒙古與東北地區經濟聯系的重要通道。

線路自DK48+000處并行既有白阿線右側引出，以新建雙線形式并行既有線前行至葛根廟站，出站后線路雙線繞行跨過洮兒河至DK58+900處后沿既有白阿線左側新建雙線經既有衛東站、寧家站、跨寧家河，然后線路雙繞以2130m隧道形式穿大黑山、下鉆既有白阿線、跨歸流河，在既有白阿線右側并行，沿錫烏線預留的位置引進烏蘭浩特站至本段工程設計終點DK82+284.54，線路長度33.76km。本段設葛根廟、寧家、烏蘭浩特3個車站，既有衛東站封閉。

2 技術依據及復測原則

2.1執行主要技術標準：

1）《鐵路工程測量規范》（TB10101-2009 J961-2009）；

2）《國家三、四等水準測量規范》（GB12898-2009）；

3）《鐵路工程衛星定位測量規范》（TB10054-2010）；

2.2 復測原則

復測基本原則是：采用的復測精度指標、方法與原測相同。平面控制網的復測按照原控制網的網型結構進行觀測；高程控制網的復測按照原測水準路線施測。復測成果與原測成果的較差在限差之內時，施工中仍然使用原測成果；若較差超出限差要求，進行二次復測再次確認。當確認設計單位勘測資料有誤或精度不符合規定要求時，由設計單位對勘測成果進行改正。

3 既有資料情況

《白烏線精密控制測量技術文件第三冊》（電子版）；

4 工期安排

GPS觀測從2014年7月22日—7月28日，完成管段內CPI，CPII點的外業測量，并于2014年7月31日完成平差計算并提交坐標成果。

三等水準測量從2014年7月25日至8月3日完成管段內所有三等水準測量外業工作，并于2014年8月12日完成三等水準測量平差計算并提交高程成果。

5 精度指標

根據規范、設計文件要求，本次控制網復測實施過程中，CPI按三等GPS網精度標準執行，CPⅡ按四等GPS網精度標準執行；水準按三等水準測量精度執行。

GPS 測量的精度指標見下表：

GPS 測量的精度指標

等級	固定誤差 a (mm)	比例誤差b (mm/km)	基線邊方向中誤差	約束點間的邊長的相對中誤差	最弱邊相對中誤差
三等	≤5	≤1	≤1.7″	1/180000	1/100000
四等	≤5	≤2	≤2.0″	1/100000	1/70000

水準測量精度要求見下表：

水準測量精度要求（mm）

水準測量等級	每千米水準測量偶然中誤差M△	每千米水準測量全中誤差MW	限差
水準測量等級	每千米水準測量偶然中誤差M△	每千米水準測量全中誤差MW	檢測已測段高差之差（mm）	往返測不符值(mm)	附合路線或環線閉合差(mm)	左右路線高差不符值
三等	≤3.0	≤6.0	±20	±12	±12	---

6 任務范圍

6.1平面控制點情況

標段起止里程為：DK48+000～DK82+284.54,全長33.76km，測區內完好的CPI控制點13，完好的CPII控制點23個。聯測到相鄰施工單位范圍內1個施工控制點CPII1261，形成測量搭接協議。

6.2高程控制點情況

測區內設計三等水準點完好的共12個，搭接到相鄰施工單位范圍內1個設計水準控制點BM1029=CPII1261，形成測量搭接協議。

7 平面坐標和高程系統

7.1坐標系統

按照《鐵路工程測量規范》（TB10101-2009）中“線路設計高程面上投影長度變形值不宜大于25mm/km”的要求，設計工程獨立坐標系，投影長度變形值計算表見附表，完全滿足有砟軌道鐵路測量的要求。

坐標系參考橢球采用1954 年北京坐標系橢球參數，中央子午線（度）： 123度，投影面大地高（m）0m，高程異常:0m，X0=0km，Y0=500km。平面控制網點按設計要求提交工程獨立坐標系成果。

7.2高程系統

高程系統與設計高程系統一致，采用1985國家高程基準。

8 工作安排

8.1 作業人員

參與本次復測工作的專業技術人員計劃5人（其高級職稱1人，中級職稱4人），外業觀測測量員計劃17人。

項目組主要專業技術人員信息表

序號	姓名	性別	專業	技術職稱	在本項目中擔任職務
1	楊之光	男	橋梁工程	工程師	項目總工
2	馬雷	男	鐵道工程	助理工程師	測量隊隊長
3	劉鵬	男	鐵道工程	助理工程師	測量組長
4	白飛鑫	男	鐵道工程	助理工程師	測量組長
5	齊奧	男	鐵道工程	技術員	測量組長

8.2儀器設備

本次測設擬投入的觀測儀器要求如下：

本次平面控制網采用4臺天寶5800雙頻GPS接收機進行觀測。GPS接收機的靜態定位標稱精度3mm+0.5ppm。作業前，接收機按規定進行檢定，所有儀器均經過國家檢定部門檢定并在有效期內，高程復測采用1臺天寶DiNi03電子水準儀、1臺徠卡DNA03 電子水準儀。

8.3總體工作流程圖

總體工作流程圖

本段平面控制網復測按原測要求分二級進行，第一級為基礎平面控制網（CPI）復測,第二級為線路平面控制網（CPⅡ）復測。在復測過程中采用與設計院同精度、同方法進行控制網復測。

9 基礎平面控制網CPI復測

CPI控制網采用GPS測量，按三等精度要求進行施測，測量遵循的主要技術指標是：

9.1 CPI復測方法

復測前應首先進行現場勘查，檢查標石的完好性和穩定性，本標段范圍CPI控制點共13個。在CPI的復測過程中，以本標段內經過穩固性、兼容性分析合格的CPI控制點為本標段CPI控制網約束點進行平差計算。CPI控制網復測GPS作業應滿足表9.1中三等基本技術要求。

各等級GPS測量作業的基本技術要求表9.1

等級	三等
觀測模式	靜態觀測
衛星高度角	≥15°
同時觀測有效觀測衛星數	≥4
觀測時段數	1~2
時段長度	≥60分
數據采樣間隔	10~60秒
PDOP或GDOP	≤8
接收機類型	雙頻

CPI復測控制網應與原測網一致，采用邊聯結方式構網，組成三角形或大地四邊形相連的帶狀網，以CPI點作為聯結邊，采用邊聯式構網。聯測方式如下圖所示：

9.2 CPI復測外業觀測

9.2.1全部儀器、光學對中基座生產作業前都必須按要求進行檢校合格后才能投入使用。

9.2.2 GPS作業前準備工作符合下列規定：

1 檢查GPS是否是處于靜態觀測作業模式，所有接收機或控制器配置參數應符合表9.1相關參數要求，并保持一致。

2 必須檢查電池容量是否滿足作業要求，數據存儲設備應有足夠的存儲空間，儀器及其附件必須齊全。

3 GPS測量作業操作要點：

（1）應認真填寫GPS觀測記錄手薄，嚴格遵守調度命令；

（2）經檢查，接收機的電源電纜、天線電纜等項連接正確，接收機預置狀態和工作狀態正常后，方能啟動接收機開始測量；

（3）一個時段觀測過程中嚴禁進行以下操作：關閉接收機重新啟動，進行自測試，改變衛星仰角限，改變數據采樣間隔，改變接收設備預置參數，改變天線位置，按動關閉文件和刪除文件功能鍵等。

（4）靜置和觀測期間應防止儀器震動，不得移動儀器，要防止人員或其他物體碰動天線或阻擋信號。

（5）在作業過程中，不應在天線附近使用無線電通訊。當必須使用時，對講機應距天線10m以外，車載電臺應距天線50m以外。

（6）經檢查，調度命令已執行完畢，所有規定的作業項目已完成并符合要求，記錄和資料完整無誤，且將點位標識和覘標恢復原狀后方可執行下一個調度命令。

4觀測時，天線整平對中誤差不得大于1mm，每時段觀測前后各量取天線高一次，兩次互差小于2mm，并取其平均值作為最后結果。

5觀測過程中應按規定填寫觀測手簿。對觀測點名、儀器高、儀器號、時間、日期以及觀測者均應詳細記錄。

9.3 CPI數據處理與精度分析

9.3.1基線處理

外業觀測結束后全網觀測數據分別采用各自接收機自帶的數據轉換軟件，轉換為標準的Rinex格式，基線解算采用LGO 7.0進行，以大地四邊形作為基本構網圖形對觀測基線進行處理和質量分析，檢查基線質量是否符合規范要求。CPI控制網GPS基線解算按GPS靜態相對定位模式進行解算，基線解算采用廣播星歷，基線解算應作以下檢核統計工作：

（1）同一條邊任意兩個時段解算值互差小于2

(mm)（D以km為單位）。

（2）獨立觀測邊閉合環各坐標分量閉合差應符合下式規定：

Wx≤3

·σ、Wy≤3

·σ、Wz≤3

·σ、W≤3

·σ

（3）基線改正數檢驗

1、無約束平差中基線向量各分量的改正數絕對值應滿足下式：

V△x≤3σ V△y≤3σ V△z≤3σ

2、約束平差后基線向量各分量改正數與無約束平差同一基線改正數較差的絕對值應滿足下式：

dV△x≤2σ dV△y≤2σ dV△z≤2σ

9.3.2三維無約束平差

CPI控制網平差及坐標轉換分別采用武漢大學開發的科傻GPS數據處理系統軟件進行。三維無約束平差：以網中一個CPI點的WGS-84的三維坐標作為基準進行三維無約束平差，以檢驗控制網的內符合精度。無約束平差中，應對觀測值先驗中誤差、單位權中誤差、觀測值改正數進行統計分析，確定異常觀測值，并對其進行核查分析，決定取舍或重測。參加三維無約束平差的觀測值不得有異常數據存在。

9.3.3三維約束平差：

CPI級GPS網采用全標段整體平差的方式進行，以本標段內經過穩固性、兼容性分析合格的CPI控制點三維坐標成果進行CPI控制網約束平差，再按設計院提供的坐標系統進行高斯投影計算得到CPI的復測平面坐標。約束平差在WGS84橢球獨立坐標系系下進行，三維約束平差中應檢驗基線最弱邊相對中誤差、同一基線向量改正數較差是否滿足三等GPS網精度要求。

9.4 CPI控制網復測數據分析

應根據復測成果進行平面控制點的穩定性分析，分析判別方法如下：

本次復測采用復測與原測相鄰CPI點坐標成果較差之差相對精度進行CPI點穩定性分析。復測與原測坐標成果較差相對精度按式9.4.1-1～式9.4.1-3公式計算：

△Xij=（Xj –Xi）復 –（Xj –Xi）原式9.4.1-1

△Yij=（Yj –Yi）復 –（Yj –Yi）原式9.4.1-2

式9.4.1-3

式中

相鄰點間坐標差之差的相對精度；

s—相鄰點間的二維平面距離；

△Xij，△Yij— 相鄰點i與j間二維坐標差之差（m）。

GPS復測相鄰點間坐標差之差的相對精度限差表9.4.1

控制點等級	相鄰點間坐標差之差的相對精度限差
CPI	1/80 000
CPII	1/50 000

9.4.2復測與設計坐標對比

CPI控制點的復測與原設計坐標差值應滿足X、Y均不大于±25mm的要求，相鄰點間坐標差之差的相對精度限差應滿足表9.4.1要求。當復測成果與設計單位提交的原測成果較差滿足限差要求時，今后施工應采用原測坐標成果；較差不滿足限差要求時，應重新觀測，分析原因，當確認設計單位提交成果有誤或精度不符合要求時，應向鐵路建設單位及設計單位提交報告，由設計單位進行確認，對原測成果進行改正。

10 線路控制網CPⅡ復測

CPII采用GPS施測，起閉于CPI控制網，按四等GPS控制網的要求施測。四等GPS網測量遵循的主要技術指標如下：

— 基線邊方向中誤差≤2″；

— 最弱邊相對中誤差≤1/70000。

10.1 CPII復測方法

復測前首先應進行現場勘查，檢查標石的完好性和穩定性，本標段CPII控制點共23個。在CPII的復測過程中，以經過復測合格的所有CPI控制點為本標段CPII控制網約束點進行平差計算。CPII控制網復測GPS作業應滿足表9.2中三等基本技術要求。CPII復測控制網應與原測網一致，采用邊聯結方式構網，組成三角形或大地四邊形相連的帶狀網，以CPI或CPII點作為聯結邊，采用邊聯式構網。聯測方式如下圖所示：

10.2 CPII復測外業觀測

10.2.1 CPII按四等GPS控制網要求進行復測，復測網構網應與原測網一致。外業觀測應該按事先制定好的計劃方案執行，不得擅自改變測量方案，必須保證每個時段的觀測在可控、統一調度和有序的狀態下進行。CPII作業前應按要求進行儀器設備檢查，調試。每天觀測的數據應該及時傳輸至計算機做好備份，當天的數據要當天檢查，發現有不合格的數據應該補測或者重測。

10.2.2 觀測時，天線整平對中誤差不得大于1mm，每時段觀測前后各量取天線高一次，兩次互差小于2mm，并取其平均值作為最后結果；

10.2.3 觀測過程中按規定填寫觀測手簿。對觀測點名、儀器高、儀器號、時間、日期以及觀測者均應詳細記錄。

10.2.4 CPII控制網復測GPS作業的技術要求參照CPI復測要求。

10.3 CPII數據處理與精度分析

10.3.1外業觀測結束后以大地四邊形作為基本構網圖形對觀測基線進行處理和質量分析，檢查基線質量是否符合規范要求。CPII控制網GPS基線解算：基線解算采用軟件LGO 7.0進行，按GPS靜態相對定位模式進行解算，基線解算采用廣播星歷，基線解算應作以下檢核統計工作：

（1）同一條邊任意兩個時段解算值互差小于2

(mm)。

（2）獨立觀測邊閉合環各坐標分量閉合差應符合下式規定：

Wx≤3

·σ、Wy≤3

·σ、Wz≤3

·σ、W≤3

·σ

（3）基線改正數檢驗

1、無約束平差中基線向量各分量的改正數絕對值應滿足下式：

V△x≤3σ V△y≤3σ V△z≤3σ

2、約束平差后基線向量各分量改正數與無約束平差同一基線改正數較差的絕對值應滿足下式：

dV△x≤2σ dV△y≤2σ dV△z≤2σ

10.3.2 CPII控制網平差及坐標轉換分別采用武漢大學開發的科傻GPS數據處理系統軟件進行。三維無約束平差：以網中聯測的CPI點的WGS-84的三維坐標作為基準進行三維無約束平差，以檢驗控制網的內符合精度。無約束平差中，應對觀測值先驗中誤差、單位權中誤差、觀測值改正數進行統計分析，確定異常觀測值，并對其進行核查分析，決定取舍或重測。參加二維無約束平差的觀測值不得有異常數據存在。

10.3.3二維約束平差：CPII級GPS網采用全標段整體平差的方式進行，以標段內所有經過復測合格的CPI控制點作為約束點進行本標段CPII控制網二維約束平差。約束平差在WGS84橢球獨立坐標系系下進行，二維約束平差中應檢驗基線邊方向中誤差、基線最弱邊相對中誤差、基線向量改正數是否滿足《鐵路工程衛星定位測量規范》（TB10054-2010）四等精度要求。

10.4 CPII控制網復測數據分析

應根據復測成果進行平面控制點的穩定性分析，分析判別方法如下：

10.4.1 本次復測采用復測與原測相鄰CPII點坐標成果較差之差相對精度進行CPII點穩定性分析。復測與原測坐標成果較差相對精度應按式9.4.1-1～式9.4.1-3公式計算。

10.4.2 CPII控制點的復測與原設計坐標差值應滿足X、Y均不大于±20mm的要求，相鄰點間坐標差之差的相對精度限差應滿足表9.4要求。當復測成果與設計單位提交的原測成果較差滿足限差要求時，今后施工應采用原測坐標成果；較差不滿足限差要求時，應重新觀測，分析原因，當確認設計單位提交成果有誤或精度不符合要求時，應向建設單位及設計單位提交報告，由設計單位進行確認，對原測成果進行改正。

11 高程控制網三等水準復測

復測前首先進行現場勘查，檢查標石的完好性。采用的儀器設備、觀測方法要求、精度指標、計算軟件與原測相同。

11.1 三等水準復測方法

水準復測采用與原測同精度、同方法開展三等水準測量。復測中主要技術要求如下：

表11.1.4-1 水準觀測主要技術要求

等級	水準儀等級	水準尺類型	視距（m）	前后視距差（m）	測段前后視距累積差（m）	視線高度（m）
等級	水準儀等級	水準尺類型	數字	數字	數字	數字
三等	DS1	銦瓦	≥3且≤75	≤2	≤5.0	≤2.8且≥0.5

表11.1.4-2 三等水準測量精度要求單位：mm

水準測量等級	每千米水準測量偶然中誤差M△	每千米水準測量全中誤差MW	限差
水準測量等級	每千米水準測量偶然中誤差M△	每千米水準測量全中誤差MW	檢測已測段高差之差（mm）	往返測不符值(mm)	附合路線或環線閉合差(mm)	左右路線高差不符值
三等	≤3.0	≤6.0	±20	±12	±12	---

注：表中L為往返測程，附合或環線的水準路線長度，單位為km。

表11.1.4-3 水準測量計算取位

水準測量等級	往（返）測距離總和（km）	往（返）測距離中數（km）	各測站高差（mm）	往（返）測高差總和（mm）	往（返）測高差中數（mm）	高程（mm）
							三等	0.01	0.1	0.1	0.1	0.1	1

11.2 三等水準復測外業觀測

11.2.1三等水準測量應進行往返觀測。觀測順序如下：

觀測時，視線長度≤75m，前后視距差≤2.0m，前后視距累積差≤5.0m，視線高度三絲能讀數；測站限差：兩次讀數差≤1mm，兩次所測高差之差≤1.5 mm，檢測間歇點高差之差≤3.0 mm；觀測時，按后-前-前-后的順序進行，每一測段應為偶數測站。一組往返測宜安排在不同的時間段進行；

由往測轉向返測時，應互換前后尺再進行觀測；晴天觀測時應給儀器打傘，避免陽光直射；扶尺時應借助尺撐，使標尺上的氣泡居中，標尺垂直。

11.2.2測量時應保證前后視距盡可能相等，前后視距差應滿足表9.1.4-1要求。觀測過程應采用水準尺支撐，確保水準尺水泡居中，處于豎直穩定狀態。尺墊要安放在堅實的地方并踩實，防止尺墊下沉。

11.2.3 三等水準控制測量采用水準測量方法。所使用的儀器及水準尺，應符合下列規定：

（1）水準儀視準軸與水準管軸的夾角，DS1、DS05級不應超過15″；

（2）水準尺上的米間隔平均長與名義長之差，對于因瓦水準尺，不應超過0.15mm，對于雙面水準尺，不應超過0.5mm；

（3）觀測作業過程中嚴格按照表11.1.4-1控制各項限差，計算過程中，嚴格按照表11.1.4-2、表11.1.4-3要求執行，如發現有不符之處，立即進行補測，直至滿足要求為止。

11.2.4 三等水準測量作業時應進行觀測限差控制，若有測站觀測超限，應及時重測。觀測成果的重測與取舍符合下列要求：

（1）凡經檢驗超出規定限差均進行重測；

（2）往返測高差不符值超限時，首先對可靠性較小的往（返）測進行整段重測。

11.2.5 作業單位對儀器設備檢驗的項目見下表。

儀器設備檢驗情況表表11.2.5

儀器名稱	檢驗項目	檢驗日期	檢驗結果
水準儀	外觀檢視	測前	滿足規范要求
	望遠鏡十字絲橫軸與豎軸垂直度檢驗	測前
	光學測微器隙動差和分劃值測定	測前
	水準器的檢查	每天
	i 角的檢校	每天
水準尺	外觀檢視	測前
	一對水準標尺零點差及基輔分劃讀數常數測定	測量過程中
	水準器的檢查	每天

11.3 三等水準復測數據處理

11.3.1當天外業工作結束后，應及時進行測段往返測高差不符值檢驗，其值應滿足表11.1.4-2中往返測高差不符值限差要求，每條水準路線應按測段往返測高差不符值計算每千米偶然中誤差MΔ；當水準網的環數超過20個時，還應按環線閉合差計算Mw。MΔ和Mw應符合表11.1.4-2的規定，否則應對較大閉合差的路線進行重測。MΔ和Mw應按下列公式計算：