高鐵軌道控制網(wǎng)精密測(cè)量復(fù)測(cè)的探討文獻(xiàn)綜述

1、<p>　　高鐵軌道控制網(wǎng)精密測(cè)量復(fù)測(cè)的探討</p><p>　　摘要:鐵路軌道結(jié)構(gòu)等級(jí)與運(yùn)輸條件密切相關(guān)。在鐵路運(yùn)輸發(fā)展的初期，速度、軸重、密度都處于較低水平，對(duì)軌道結(jié)構(gòu)的要求以可靠性為主。隨著高鐵近年來(lái)的迅猛發(fā)展，對(duì)傳統(tǒng)的鐵路設(shè)計(jì)、施工、檢測(cè)、養(yǎng)護(hù)維修提出了新的挑戰(zhàn)。在高速鐵路建設(shè)過(guò)程中,建立有效、經(jīng)濟(jì)實(shí)用的精密測(cè)量控制網(wǎng)是保障工程施工、放樣及運(yùn)營(yíng)維護(hù)精度的前提。應(yīng)用精密工程控制測(cè)量和高速鐵路軌道技

2、術(shù), 以現(xiàn)有的規(guī)范和軌道平順性指標(biāo)為指導(dǎo),在分析現(xiàn)有高速鐵路軌道控制測(cè)量理論的基礎(chǔ)上,利用GPS技術(shù)和傳統(tǒng)精密測(cè)量技術(shù)對(duì)軌道進(jìn)行復(fù)測(cè)，對(duì)其相應(yīng)的精度指標(biāo)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析，從而使高鐵運(yùn)行更加安全可靠。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：高鐵 精密測(cè)量 軌道控制網(wǎng)</p><p><b>　　1.引言</b></p><p>　　為了

3、滿足列車運(yùn)行的高速、高可靠性和旅客乘坐的舒適度，時(shí)速大于200 km的鐵路對(duì)軌道的高平順性提出了很高的要求，高平順性依賴于精密控制測(cè)量體系支持下的線下工程和軌道工程的高精度施工，高速鐵路的精密控制網(wǎng)作為施工和軌道精調(diào)的測(cè)量控制網(wǎng)，其精度對(duì)后續(xù)各項(xiàng)工作的順利開展至關(guān)重要，而定期開展精密控制網(wǎng)的復(fù)測(cè)是保證控制網(wǎng)精度的必要工作。</p><p>　　列車高速運(yùn)行的基本條件是軌道、接觸網(wǎng)、控制系統(tǒng)與高速列車的有效融合，軌

4、道是高速列車的承載和導(dǎo)向設(shè)施，軌道質(zhì)量是路、橋、遂、軌有效集成的，軌道對(duì)路、橋、遂的標(biāo)準(zhǔn)有客觀要求。良好的軌道是保證列車安全高速運(yùn)行的前提，這就要求其具有極好的平順性、較高穩(wěn)健性、和連續(xù)均勻的彈性，為達(dá)到這個(gè)目的，定期對(duì)軌道控制網(wǎng)進(jìn)行精密測(cè)量復(fù)測(cè)就顯得特別重要[1]， </p><p>　　2.高鐵軌道控制網(wǎng)精密測(cè)量復(fù)測(cè)現(xiàn)狀</p><p>　　精密測(cè)量主要是結(jié)合現(xiàn)代測(cè)繪科技的新進(jìn)展，研究

5、和解決大型工程或特種工程對(duì)測(cè)量的高精度、可靠性、自動(dòng)監(jiān)測(cè)等各個(gè)方面的要求。就其精度而言，通常要求毫米或亞毫米級(jí)別的量值。各種工程建設(shè)對(duì)精度要求，因工程而異是不同的。同時(shí)也由于各部位的重要性不同，實(shí)現(xiàn)的目的不同，構(gòu)成的材料不同，允許的誤差不同等諸因素的綜合要求，而對(duì)精密工程測(cè)量提出不同的精度要求。</p><p>　　現(xiàn)有高速鐵路軌道精測(cè)網(wǎng)大都為一次布設(shè)、統(tǒng)一測(cè)量、整網(wǎng)平差, 滿足三網(wǎng)合一, 即勘測(cè)設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營(yíng)

6、維護(hù)控制網(wǎng)使用同一控制網(wǎng)。內(nèi)容包括</p><p>　　1.三網(wǎng)平面坐標(biāo)、高程系統(tǒng)統(tǒng)一。</p><p>　　2.三網(wǎng)起算基準(zhǔn)統(tǒng)一。</p><p>　　3.三網(wǎng)測(cè)量精度統(tǒng)一協(xié)調(diào)[2]。</p><p>　　基礎(chǔ)控制網(wǎng)CPⅠ（平均點(diǎn)對(duì)邊長(zhǎng)小于4km，點(diǎn)對(duì)短邊長(zhǎng)大于1km）、線路控制網(wǎng)CPⅡ（平均點(diǎn)間距900m）、和基樁控制網(wǎng)CPⅢ（平均點(diǎn)間距

7、150m）、組成。高程控制網(wǎng)由基巖水準(zhǔn)點(diǎn)（平均點(diǎn)間距100km）、深埋水準(zhǔn)點(diǎn)（平均點(diǎn)間距8km）、標(biāo)準(zhǔn)水準(zhǔn)點(diǎn)（平均點(diǎn)間距2km）組成，形成統(tǒng)一的高程控制網(wǎng)，如圖2-1所示[3]。</p><p>　　圖2-1無(wú)砟軌道三級(jí)平面控制網(wǎng)示意圖</p><p>　　3.軌道控制網(wǎng)精密測(cè)量精度分析</p><p>　　3.1.平面控制測(cè)量精度標(biāo)準(zhǔn)</p><

8、;p>　　軌道平順性包含垂向和橫向兩個(gè)分量。橫向不平順是指鋼軌頭內(nèi)側(cè)與鋼軌方向垂直的凸凹不平順。產(chǎn)生的原因有鋪軌和整道時(shí)軌道中心線的定位誤差、軌排橫向殘余誤差、軌道內(nèi)側(cè)磨耗不均勻、扣件失效等。其中與測(cè)量精度有關(guān)的是軌道中心的定位誤差。</p><p>　　3.1.1由軌向誤差確定基本長(zhǎng)度單元兩端點(diǎn)的相對(duì)點(diǎn)位誤差</p><p>　　鐵道科學(xué)研究院建議我國(guó)高速鐵路管理的基本長(zhǎng)度單元為2

9、00m，《京滬高速鐵路設(shè)計(jì)暫行規(guī)定》（鐵建設(shè)［2003］13號(hào)）（以下簡(jiǎn)稱《設(shè)計(jì)暫規(guī)》）要求，有碴軌道和無(wú)碴軌道的管理波長(zhǎng)為10m，軌道鋪設(shè)的軌向精度不得大于2mm[4]。因此，每個(gè)基本長(zhǎng)度單元含20 個(gè)管理波長(zhǎng)。設(shè)一個(gè)管理波長(zhǎng)橫向不平順性測(cè)量精度為A，因?yàn)槊總€(gè)軌向不平順是獨(dú)立測(cè)量的，所以相互之間誤差獨(dú)立，一個(gè)基本長(zhǎng)度單元軌向不平順性引起的總的橫向中誤差為</p><p>　　a1=a*=4.47a

10、 （2-1）</p><p>　　高速鐵路軌道不平順性一般使用軌檢車采用弦測(cè)法或者慣性基準(zhǔn)法測(cè)量，用標(biāo)準(zhǔn)差統(tǒng)計(jì)指標(biāo)評(píng)定基本長(zhǎng)度單元的平順性，故取a1=±2mm，m1=8.94mm。實(shí)際作業(yè)中，縱、橫向誤差同時(shí)發(fā)生，考慮到縱向誤差對(duì)軌向不平順影響有限，同時(shí)，與橫向誤差相比縱向誤差比較小，故取縱向誤差m2=0.5m1，即為4.47mm[5]。一個(gè)基本長(zhǎng)度單元兩端點(diǎn)相對(duì)點(diǎn)位誤差為

11、mij=m1+m2大約為 10.0mm，測(cè)定一個(gè)基本長(zhǎng)度單元兩端點(diǎn)的相對(duì)誤差為1/20000[6]。</p><p>　　3.1.2 基本網(wǎng)的測(cè)量精度</p><p>　　工程平面控制網(wǎng)測(cè)量精度等級(jí)確定的原則是根據(jù)工程建設(shè)的需要，把工程放樣或其他使用的最低精度要求放在最基本一級(jí)控制點(diǎn)上確定。鐵路平面控制的基本網(wǎng)是初測(cè)導(dǎo)線，我們根據(jù)一條導(dǎo)線邊能控制的基本長(zhǎng)度單元相對(duì)誤差確定基本網(wǎng)的精度?！毒?/p>

12、滬高速鐵路測(cè)量暫行規(guī)定》（以下簡(jiǎn)稱《測(cè)量暫規(guī)》）中規(guī)定導(dǎo)線邊長(zhǎng)400~600m，最長(zhǎng)1000m，最短200m[7]。一條導(dǎo)線邊將控制1~5個(gè)基本長(zhǎng)度單元。考慮到每個(gè)長(zhǎng)度單元是獨(dú)立測(cè)量和評(píng)定的，導(dǎo)線邊的相對(duì)點(diǎn)位誤差為10~22mm，按10mm的相對(duì)點(diǎn)位誤差推求導(dǎo)線測(cè)量精度[8]。</p><p>　　3.1.3首級(jí)網(wǎng)測(cè)量</p><p>　　按照測(cè)量控制的理論，鐵路測(cè)量首級(jí)網(wǎng)應(yīng)根據(jù)初測(cè)導(dǎo)線的

13、精度推算。鐵路測(cè)量首級(jí)網(wǎng)一般采用012 測(cè)量，我們根據(jù)這一原則推求012 網(wǎng)的測(cè)量精度。初測(cè)導(dǎo)線的精度介于四等和一級(jí)之間，接近于四等精度。因此，首級(jí)控制宜按三等精度測(cè)量[9]。</p><p>　　GPS網(wǎng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)為：</p><p>　　邊長(zhǎng)最長(zhǎng)5km，最短1km，平均3.5km。直接觀測(cè)邊的相對(duì)中誤差1/120000以上，最弱相鄰點(diǎn)相對(duì)點(diǎn)位中誤差不大于12mm，按C級(jí)網(wǎng)的精度觀測(cè)[1

14、0]。</p><p>　　3.2.高程控制測(cè)量的精度</p><p>　　高速鐵路高程控制的精度主要是確保軌道垂向鋪設(shè)的精度，保證把沿鋼軌方向高差偏差、同一斷面左右兩鋼軌頂面間高差的偏差、以及扭曲不平順控制在</p><p><b>　　限差范圍內(nèi)。</b></p><p>　　3.2.1 垂向平順性對(duì)高程測(cè)量精度要求

15、</p><p>　　“設(shè)計(jì)暫規(guī)”對(duì)軌道鋪設(shè)的垂向平順性的要求是，當(dāng)管理波長(zhǎng)為10m[11]，高低差應(yīng)小于2mm；同一橫截面左右軌頂面水平差的偏差不大于2mm；扭曲1.5mm/2.5mm。這些規(guī)定可統(tǒng)一描述為：兩觀測(cè)點(diǎn)間相對(duì)高程誤差不得大于2mm。同時(shí)，規(guī)定位移觀測(cè)標(biāo)樁間的最大間距根據(jù)單元軌節(jié)的長(zhǎng)度確定為350~650m，也就是說(shuō)每個(gè)標(biāo)樁可觀測(cè)的管理波長(zhǎng)的個(gè)數(shù)為18~32[12]。</p><

16、p>　　按國(guó)家水準(zhǔn)測(cè)量精度標(biāo)準(zhǔn)，二、三等水準(zhǔn)每公里高差中數(shù)的偶然中誤差分別為1mm和3mm，位移觀測(cè)標(biāo)樁高程觀測(cè)應(yīng)按三等水準(zhǔn)測(cè)量的精度進(jìn)行。</p><p>　　3.2.2高程控制測(cè)量</p><p>　　鐵道工程一般長(zhǎng)度為數(shù)百公里，大多新線工程遠(yuǎn)離原來(lái)的交通干線，加上我國(guó)等級(jí)控制點(diǎn)密度小，破壞嚴(yán)重，為保證目標(biāo)精度的實(shí)現(xiàn)，布設(shè)測(cè)區(qū)首級(jí)高程控制網(wǎng)十分必要[13]。</p>

17、<p>　　首級(jí)高程網(wǎng)的測(cè)量精度低于二等水準(zhǔn)精度，高于三等精度，故應(yīng)布設(shè)介于二、三等之間的精密水準(zhǔn)網(wǎng)作為工程的首級(jí)高程控制。</p><p>　　4.軌道控制網(wǎng)精密測(cè)量復(fù)測(cè)的新方向</p><p>　　高鐵軌道控制網(wǎng)精密測(cè)量現(xiàn)狀大多是采用區(qū)域范圍式，先選擇一個(gè)矩形，覆蓋一定距離的軌道，在此區(qū)域內(nèi)利用已有控制點(diǎn)，按照傳統(tǒng)的控制網(wǎng)測(cè)量方法進(jìn)行測(cè)量，此種方法需要大量的采集點(diǎn)，得到相當(dāng)

18、大的數(shù)據(jù)，然后對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選，利用平差理論對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，進(jìn)而可以取得高精度測(cè)量結(jié)果。但這種測(cè)量方法不僅需要大量的工作，進(jìn)度較慢，人力、物力和財(cái)力都是一個(gè)考驗(yàn)，經(jīng)濟(jì)效益自然而然不是那么樂(lè)觀[14]。</p><p>　　隨著人們對(duì)安全和速度的更高要求，傳統(tǒng)意義上的精密測(cè)量復(fù)測(cè)技術(shù)及其精度已無(wú)法滿足，就高速鐵路軌道精密測(cè)量復(fù)測(cè)及其精度分析的現(xiàn)狀而言，精密測(cè)量復(fù)測(cè)應(yīng)獨(dú)立建網(wǎng)，精度按二等精度控制，在觀測(cè)選點(diǎn)、觀測(cè)技術(shù)、

19、觀測(cè)方法和觀測(cè)頻率上都有待提高[15]。</p><p>　　參考這么多的文獻(xiàn)，在現(xiàn)有條件下，在軌道精密測(cè)量復(fù)測(cè)中，先按照軌道的縱向定住中線，再以中線為對(duì)稱軸在對(duì)稱區(qū)域內(nèi)進(jìn)行測(cè)量，這樣可以減少采集點(diǎn)，減少工作量進(jìn)而提高復(fù)測(cè)進(jìn)度，節(jié)省開支，能取得更好的效益。</p><p>　　今后，我們的目標(biāo)是追求更高精度，GPS技術(shù)和傳統(tǒng)精密測(cè)量技術(shù)相結(jié)合，對(duì)軌道進(jìn)行更好、更快、更高精度的復(fù)測(cè)，以滿足日

20、益快速發(fā)展的高鐵，進(jìn)而使其運(yùn)行更加安全可靠。</p><p><b>　　5.結(jié)束語(yǔ)</b></p><p>　　我國(guó)的高速鐵路建設(shè)是一個(gè)新事物，勘測(cè)設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)營(yíng)養(yǎng)護(hù)沒(méi)有成功的經(jīng)驗(yàn)可以利用。盡管我們根據(jù)最近幾年客運(yùn)專線和京滬高速鐵路測(cè)量的體會(huì)，編制了“測(cè)量暫規(guī)”，但從理論上分析測(cè)量的精度還很不夠，還沒(méi)有時(shí)速達(dá)到350km 的高速鐵路來(lái)驗(yàn)證。隨著京滬高速鐵路施工和時(shí)

21、速350km的客運(yùn)專線勘測(cè)設(shè)計(jì)工作的開展，對(duì)高速鐵路平面和高程控制測(cè)量進(jìn)行精度探討，尋求合理的測(cè)量等級(jí)和精度要求，確實(shí)是我們當(dāng)務(wù)之急。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　?。?］周顯平等. 某高速鐵路精密工程控制測(cè)量研究[M].城市建設(shè)2010(8)：11-14</p><p>　　［2］黃滿太. 高速鐵路控制測(cè)量

22、的精度研究[M].鐵道勘察2011(6)：21-24</p><p>　　［3］寧永香等. 高速鐵路精密控制網(wǎng)CPⅢ測(cè)量技術(shù)分析[M].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)2010(6)：06-08</p><p>　?。?］邢建立. 京滬高速鐵路精密高程控制網(wǎng)的建立及精度分析[M].測(cè)繪與空間地理信息 2010(5): 06-09</p><p>　?。?］肖進(jìn)麗. 高速鐵路平面控制測(cè)量

23、的探討[M].鐵道勘察2010(5)：26-28</p><p>　?。?］馬銘. 高速鐵路軌道工程施工技術(shù)指南及技術(shù)要點(diǎn)[M].城市建設(shè)2011(10): 33-34</p><p>　?。?］張正祿. 工程測(cè)量學(xué)的發(fā)展評(píng)述(續(xù))[J].測(cè)繪通報(bào)2000:45-48</p><p>　?。?］謝用等. 高速鐵路軌道控制網(wǎng)精密測(cè)量數(shù)據(jù)處理[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)2010

24、(10):06-09</p><p>　　［9］馬東宇.京滬高速鐵路精密工程測(cè)量控制網(wǎng)復(fù)測(cè)設(shè)計(jì)要點(diǎn)[J].城市建設(shè)2009(6):24-26</p><p>　?。?0］Cannon,Schwarz. A consistency test of airborne GPS using multiple monitor stations, Bulletin2010(08):09-12</

25、p><p>　?。?1］張斌. 高速鐵路CRTSII型無(wú)砟軌道板受力性能試驗(yàn)研究[J].城市建設(shè)2010(8):36-38</p><p>　　［12］Castleden, N., Hu, G.R.,Weihing D. Featherstone W.E., Recent results of long-range airborne kinematic GPS positioning res

26、earch at the Western Australian Center for Geodesy, The 2004 International Symposium on GNSS/GPS, Sydney, Australia, 6–8 December.2008(6):14-16</p><p>　　［13］張紅霞. 精密測(cè)量?jī)x器在高鐵橋梁工程精密測(cè)量中的應(yīng)用[J].鐵道勘察2011（9）:06-09<

27、;/p><p>　　［14］Andersen. Surface ice flow velocity and tide retrieval of the Amery ice</p><p>　　shelf using precise point positing.2010(8):19-21</p><p>　?。?5］Gao,Y., Shen, X., Improving