合蚌客专线上施工前基础平面控制网复测分析

2013-11-24王文庆金亚雷李东宇

江西测绘 2013年2期

王文庆金亚雷李东宇

(中铁上海设计院集团有限公司上海 200333)

0 引言

合肥至蚌埠客运专线（简称合蚌客专）精密控制网于2009年4月建立，至2010年7月线下施工完成，根据高速铁路测量规范[1]要求，在线上轨道控制网（CPIII）建网前，需对精密控制网复测一次；为此2010年8月组织对合蚌客专精密控制网复测，通过本次复测对破坏或不稳定的点进行恢复，为后续的线上CPIII 建网及线上施工提供准确的基准，由于基础控制网（CPI）起算点即框架控制网点距达到50公里，且铁路控制网是线型网，易出现起算点中间位置CPI点出现较大位置变化，与建网成果较差较大，为此须结合线下施工情况，解决此问题。

1 项目概况

合蚌客运专线位于安徽省中部，北起蚌埠市，南至合肥市，沿途经过凤阳县、淮南市和长丰县。合蚌客运专线基本为南北走向，横跨东经117°06′～117°27′，北纬31°57′～32°57′；合蚌客运专线正线线路全长130.590km；双线、II 型板；设计速度目标值：300km/h（预留350km/h）。

本次基础平面控制网复测共测量CPI点46个，其中破坏后补埋点4个；按照高铁二等进行观测，联测框架控制网点3个，采用10台双频GPS 接收机进行观测，GPS 接收机的静态定位标称精度等于或优于5mm+1ppm。CPI 平面控制网基线边方向中误差≤1.3"，最弱边相对中误差≤1/180 000，CPI 控制点复测坐标较差限差20mm，相邻点间坐标差之差的相对精度限差≤1/130 000。

2 基础平面控制网CPI观测

根据原CPI 网为带状线形布设的特点，为保证取得高精度的观测成果，CPI GPS 网观测时要求连续推进，并要有很强的网形结构。同步作业图形之间采用边连接和网连接相结合的方式，组成大地四边形或多边形连接。

根据参考文献[1]的要求，CPI观测时间≥90分钟，时段数≥2，数据采样间隔15s，本次观测严格按照以上要求执行，在同一个点的连续两个时段观测必须重新架站，确保对中整平、天线高量取准确。

3 基础平面控制网CPI 数据处理

不同型号的GPS 接收机数据均转换成RINEX格式数据，GPS 网基线解算采用徕卡LGO7.0 软件进行，网平差采用武汉大学测绘学院CosaGPS 软件。

3.1 基线解算

数据剔除率＜10%，解算模式采用双差固定解。基线解算好后检查基线质量是否符合规范要求，导出基线向量为ASCII 码文件，作为平差的原始基线向量数据。由于本次测量采用的GPS 接收机较多，同步观测的CPI点多达10个，基线解算使用LGO 7.0 软件，采用人工方式按照大地四边形解算，避免采用软件自动计算生成不合理，也是没有任何必要的。长30～40公里基线，重复基线、闭合差统计见表1。

表1 重复基线、闭合差统计表

3.2 三维无约束平差

CPI 平面控制网空间三维无约束平差最弱边（JHGCPI046-CPI001）边长相对中误差为2.00ppm，即1/500000；全网最弱点（CPI044）点位误差为1.13cm。基线向量的改正数（VΔx，VΔy，VΔz）绝对值应小于3σ，具体见表2。

表2 三维无约束平差基线向量的改正数统计表

从表中可以看出基线向量的改正数均小于0.03m，结合无约束平差结果的精度信息，说明GPS网外业观测和基线处理结果很好，整网具有较高的内部符合精度。

3.3 三维约束平差及数据分析

把GPS 三维控制坐标转换为二维平面坐标有两种方法，一是将GPS 网中的已知点的平面坐标作为约束点进行二维约束平差得到，另一种方法是利用已知点的三维坐标对GPS 进行三维约束平差，再通过投影变换将GPS 三维空间坐标转换为二维平面坐标。由于GPS 网中的已知点间的边长存在投影差（高程改化和高斯投影），且高斯投影在CPI 控制网的各条边中是一个非线性的变量，如果直接进行二维约束平差计算CPI 控制网的平面坐标，就会把CPI 控制网的各条边中非线性的投影差按已知点间的边长投影系数对各条边进行线性约束，这是一种不严密的转换方法。而第二种方法是一种严密的转换方法[3]。本次复测采用第二种方法进行数据处理。

全线按照50公里间距布设基岩框架控制网CPO点3个，本次复测采用复测检验合格的3个基岩框架控制网CPO点进行三维约束平差。本次复测CPI 破坏4个，予以补埋。

CPI 平面控制网空间三维约束平差最弱边（JHGCPI046-CPI001）边长相对中误差为2.60ppm，即1/384000；全网最弱点（CPI044）点位误差为1.13cm。平差后通过分带投影的方法计算出CPI 控制点的平面直角坐标，与建网数据进行比较，坐标较差统计表见表3，相邻点间坐标差之差的相对精度统计结果见表4。

表3 采用3个CPO平差计算出坐标较差统计表

坐标较差X方向大于10mm的位于CPI026～CPI035 段，Y方向大于10mm的位于CPI011 ～CPI018段，均处于起算点中部，通过表4可知，相邻点间坐标差之差的相对精度均优于1/130 000，说明点的相对位置未发生变化，网型结构稳定，分析出现此情况的原因主要是由于CPI 网网型是线状、起算点间距过大造成。

表4 采用3个CPO平差计算出坐标差之差精度统计表

考虑到此次复测的成果作为线上CPIII 建网基准，必须保证线上部分与线下施工部分处于最佳吻合，否则会出现：设计线路中心与桥梁中心不一致即桥梁偏心较大从而出现高速行车影响桥梁结构，线路已施工的接触网等侵入线路从而出现返工工程等一系列严重质量问题。基于CPI 网相对关系没有发生变化，采用除框架控制网作为起算点外，另增加处于各框架控制网中间的、稳定的CPI点为起算点，实现复测CPI 成果较差较小。

依此原则在框架控制网点分别增加CPI014、CPI030 为起算点，检测其与框架控制网点相对关系满足规范要求，CPI 平面控制网空间三维约束平差最弱边（JHGCPI046-CPI001）边长相对中误差为2.77ppm，即1/361000；全网最弱点（CPI040）点位误差为0.97cm；计算出复测坐标与建网坐标较差统计表见表5。

通过表5可知，坐标较差较未加入CPI 约束点得到极大改善，而相邻点间坐标差之差的相对精度均优于1/130 000，说明未改变网型结构，通过增加起算点较好地实现线上施工网与线下施工网尽可能吻合。