CPⅢ控制网测量技术在广深铁路线路优化中应用

第３９卷第２ｌ期　　２　０　１　３年７月　山　西　建　筑　ＶｏＩ．３９　Ｎｏ．２１ＳＨＡＮＸＩ　ＡＲＣＨＩＴＥＣＴＵＲＥ　Ｊｕ１．　２０１３　・２０７・　文章编号：１００９—６８２５（２０１３）２１－０２０７—０３　ＣＰ　ｌｌｌ控制网测量技术在广深铁路线路优化中应用　麦　丽　赖少明　何纯螺　（１．广州市市政职业学校，广东广州５１０６００；２．广深铁路股份有限公司广州工务段，广东广州５１０６００）　摘要：以广深铁路时速２００　ｋｍ区段精测精养线路优化工程为例，论述了ＣＰｌｌｌ控制网的测量方法——自由设站的边角后方交会　法，并介绍了具体的测量方案，为高速铁路轨道施工控制测量及精养奠定了基础。　关键词：ＣＰＩＩＩ控制网，测量，线路优化　中图分类号：ＴＵ１９８．６　文献标识码：Ａ　１　工程背景　ＣＰＢＩ采用基于“全站仪自由重叠设站”方法的边角网测量，测　广深铁路全长１４７　ｋｍ，最高列车时速超过２００　ｋｍ，是目前中　点起闭于ＣＰＩＩ点，同时作为高程控制点（三维控制网），平面精度　国现代化程度最高的铁路之一。为适应运输及旅客舒适度的要　指标为：相对点位精度不低于±１　ｌａｉｎ。　求，实施精测精养方案，必须为线路优化提供高精度的轨道坐标　水准基点采用二等水准。　数据。为满足时速２００　ｋｍ区段精测精养线路优化工程测量的需　２测量方案　要，２００９年９月引入了ＣＰＩｉｌ控制网，对广深线Ｋ４０～Ｋ６５区段进　２．１控制网布设　行精密控制测量布网，实行既有线绝对坐标控制。　ＧＰＳ控制网根据《轨道交通工程测量规范》《城市测量规范》　１．１　工程概况　以及《全球定位系统城市测量技术规程》中相关技术要求布网。　广深铁路沿线河流密布，水系纵横，测量地形和地貌比较复　具体数量和大致位置如表１所示。　杂，点位稳定性较差。在既有线内进行施工作业，受行车和通视　２．２　ＣＰⅢ观测方案　诸多干扰，测量工作困难较大。　自由测站以２×３对ｃＰⅢ点为测量目标，并保证每站每个测　１．２作业依据及精度要求　点每次测量３次。施测示意图见图１。　１．２．１　主要技术标准　同时对测量需要的１２个棱镜进行编号以保证每次测量时同　１）ＧＢ／Ｔ　１８３１４－２００１全球定位系统（ＧＰＳ）测量规范；２）　一个点使用同一个棱镜，对每个ＣＰ１１１点使用的棱镜号和连接器　ＢＴ　１００４－９７全球定位系统（ＧＰＳ）铁路测量规范；３）ＧＢ／Ｔ　１２８９７—　进行记录。　２００６国家一、二等水准测量规范；４）铁建设［２００６］１８９号客运专　如受到观测条件限制，使得只有一个站点和ＣＰ　Ｉ／ＣＰⅡ通视　线无碴轨道铁路工程测量暂行规定。　时，则设置辅助点，见图２。　１．２．２主要精度指标　高程控制测量应分两级：第一级为水准基点高程测量，第二　ＧＰＳ　Ｂ级点（ＣＰ　Ｉ）最弱边相对中误差应小于１／１７０　０００，基　级为ｃＰⅢ控制点高程测量。　线边方向中误差不大于１．３　。　高程控制网的测量使用３台数字水准仪。ＣＰｍ控制点高程　ＧＰＳ　Ｃ级点（ＣＰＩＩ）最弱边相对中误差应小于１／１００　０００，基　测量工作应在ｃＰｍ平面测量完成后进行。　线边方向中误差不大于１．７　。　２．３数据处理　本建筑物施工时沉降观测按二等水准测量的要求施测（如图　个较为稳定的基准点作为起测点，每次观测均应从该基准点开始　１所示）。　施测。ｂ．施测操作要求“三固定”，即仪器固定（水准尺、三脚架固　１）沉降观测布设点：在主楼平面外侧１５点，主楼内⑩轴线上　定），人员固定，观测的线路固定（包括镜位、观测次序）。ｃ．观测　７点。为便于观测，设置沉降点高度在±０．０００以上３００左右，沉　次数。观测时间为每施工完一层后观测１次，建筑物竣工后第１年　降点用ｑｂ２５短钢筋弯曲成９０。，埋人混凝土墙体内１２０　ｍｍ，尾部　４次，第２年３次，第３年１次，直到沉降稳定为止。　开又，顶部磨圆。　通过前期对该工程测量方案的认真研究，详细规划，该工程　２）观测方法和要求。每次观测时应符合下列要求：　的实测过程和测量结果完全满足设计和规范要求，深受建设监理　ａ，均应先对基准点进行检测，检测基准点的稳定性，选择一　单位的一致好评。　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｏｎ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ　ｏｆ　ｈｉｇｈ－ｒｉｓｅ　ｒｅｓｉｄｅｎｔｉａｌ　ｂｕｉｌｄｉｎｇ　ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　ＺＨＡＯ　Ｆｅｎｇ　（Ｔａｉｙｕａｎ　Ｆｉｒｓｔ　Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｇｒｏｕｐ　Ｌｉｍｉｔｅｄ　Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｔａｉｙｕａｎ　０３０００９，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｍａｄｅ　ｓｐｅｃｉｉｆｃ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｐｒａｃｔｉｃｅ　ｏｆ　ａｘｉｓ　ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ，ｃｏｎｔｒｏｌ　ｐｏｉｎｔｓ　ｌａｙｏｕｔ，ｓｅｔｔｌｅｍｅｎｔ　ｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎ　ｌｏｃａｔｉｏｎ　ｅｔｃ．ｏｆ　ｈｉｇｈ—ｒｉｓｅ　ｒｅｓｉｄｅｎｔｉａｌ　ｂｕｉｌｄｉｎｇ　ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ，ｅｍｐｈａｔｉｃａｌｌｙ　ａｎａｌｙｚｅｄ　ｉｎ　ｄｅｔａｉｌ　ｔｈｅ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｄｉｉｆｃｕｌｔｉｅｓ　ａｎｄ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｋｅｙ　ｐｏｉｎｔｓ，ｐｕｔ　ｆｏｒ－　ｗａｒｄ　ｓｏｍｅ　ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ　ｍｅａｓｕｒｅｓ，ａｃｈｉｅｖｅｄ　ｂｅｔｔｅｒ　ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ　ｒｅｓｕｌｔｓ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ，ｃｏｎｔｒｏｌ，ｈＪ【ｇｈ－ｒｉｓｅ　ｒｅｓｉｄｅｎｔｉａｌ　收稿日期：２０１３－０５－１７　作者简介：麦丽（１９７５．），女，工程师，讲师；赖少明（１９７３－），男，工程师；何纯螺（１９７２一），男，高级工程师　・２０８・　第３９卷第２１期　２　０　１　３年７月　山　西　建　筑　表１　控制网布设的数量及位置　项目　数量／个　位置要求　技术要求　从国家已知点引　ＣＰ　Ｉ　１４　广深Ｋ．３８，Ｋ４３，Ｋ４８，Ｋ５３，Ｋ５８，Ｋ６３，Ｋ６６处　出，采用Ｂ级ＧＰＳ　左右各一对点　布设，要注意通　视性　广深Ｉ，Ⅱ线Ｋ３９＋２００，Ｋ４０，Ｋ４０＋８００，Ｋ４１　４－　６０Ｏ，Ｋ４２　４－４０Ｏ，Ｋ４３　４－２００，Ｋ４４，Ｋ４４　４－８００，　Ｋ４５－４－６００，Ｋ４６　４－４００，Ｋ４７＋２００，Ｋ４８，Ｋ４８　４－　ＣＰⅡ　３６　８００，Ｋ４９　４Ｋ５２＋８００，Ｋ５３　４－６００，Ｋ５０　４－６００，－Ｋ５４＋２００，Ｋ５５，Ｋ５５　４４００，Ｋ５１　４－２００，Ｋ５２，－　采用Ｃ级ＧＰＳ布　　８００，Ｋ５６　４－６００，Ｋ５７＋４００，Ｋ５８＋２００，Ｋ５９，　设，要注意通视性　Ｋ５９＋８００，Ｋ６０　－４６００，Ｋ６１　４－４００，Ｋ６２＋２００。　Ｋ６３，Ｋ６３＋８００，Ｋ６４＋６００，Ｋ６５，Ｋ６５＋８００各　个点　水泥电线杆抱箍、　从广深Ｋ３９＋８００一Ｋ６５＋２００，每隔５０　ｍ设　铁塔电线杆抱箍　ＣＰⅢ　１　Ｏ０ｏ　一对点　焊接，要注意通视　性，采用“后方交　会”网布设　广深Ｋ３６　４－４００，Ｋ３８，Ｋ３９＋６００，Ｋ４１　４－２００，　水准　Ｋ４２　－４８０ｏ，Ｋ４４　－４４００，Ｋ４６，Ｋ４７　４－６００，Ｋ４９＋　从国家已知点引　基点　２２　２００，Ｋ５０　－４８００，Ｋ５１　４－４００，Ｋ５３，Ｋ５４　４－６００，　出，采用二等水准　Ｋ５６＋２００，Ｋ５７＋８００，Ｋ５９＋４００，Ｋ６１，Ｋ６２＋　布设　６００，Ｋ６３＋２００，Ｋ６４＋８００，Ｋ６６＋４００处各一点　注：囝测点（自由站点）；。Ｃｐｌｌｌ标记点；一向ｃＰⅢ点进行的测量　（方向、角度和距离）　图１施测示意图　ＣＰⅡ固定点　图２与ＣＰｌＩ联测　自由设站ＣＰＩＩＩ测量时必须使用配置能自动记录及具备数据　处理软件的全站仪。遵循数据信息能够按照从测量一直到评估　验收和存档都完整一致的原则来进行测量数据的整理和保存，经　过手工校验的修正参数必须进行记录。ＣＰⅢ控制网的平面数据　处理采用铁二院与西南交大联合开发的ｃＰⅢ数据处理软件进行　处理，如果处理结果不能满足精度指标时，应进行返工测量。高　程数据处理采用武汉大学研制用科傻水准数据处理系统进行平　差处理。　３线路轨道精密测量与线形优化　线路精密测量是在ＣＰＩＩＩ的基础上，由轨检小车、全站仪和反　射棱镜构成，按“全站仪后方交会任意设站＋轨道检查仪置镜”的　方案实施。采用国产“ＳＧＪ—Ｔ－ＣＳＵ一１型客运专线轨道几何状态测　量仪”进行。首次测量结果既要作为线路优化的原始客观依据，　也作为线路精养作业的数据，要求必须有足够的密度，即１　ｍ／点。　３．１　全站仪自由设站　全站仪设站采用后方交会测量的“全站仪自由重叠设站”（见　图３）。全站仪安置于线路中心线旁，实施后方交会测量时观测相　距最近的８个ｃＰⅢ控制点以获得测站精确三维坐标。相邻全站　仪设站点重叠观测６个ＣＰｌｌＩ控制点以削弱误差的影响。根据模　拟估算，ｃＰｍ相对点位精度按±１　ｍｍ计，后方交会测量按测角　±２　、测距±（１　ｍｍ＋１　ｐｐｍ）计，６０　ｍ间距的相邻全站仪设站点　之间的相对横向（垂直于线路中线方向）精度为４－０．７５４　２　ｍｍ，高　程精度为０．８３２　ｍｍ。　图３全站仪自由设站示意图　３．２线路精密测量　完成全站仪自由设站后，进行线路的详细测量，即锁定观测　轨道上的轨检小车棱镜，每隔一根轨枕（０．６　ｍ）即停并观测，步骤　如下：　１）获得轨检小车位置处的轨道中心绝对坐标值和高程：用全　站仪观测轨检小车的棱镜中心的绝对位置和高程经过数学换算　即可；　２）确定下一点轨道中心实际绝对坐标值和高程：轨检小车　移动到下一个观测位置（一般情况为一根轨枕一个），全站仪继　续观测；　３）进行交接段（一般１０　ｍ）重叠测量数据检核、计算和处理：　全站仪搬站后，建立全线合一的提速线路绝对坐标设计数据库。　最后，采用线性平滑方法对重叠段（约１０　ｍ）测量的两套坐标　数据进行处理，将线路测量数据链接成唯一里程桩号的一条完整　线路数据。　３．３线路优化设计　铁路轨道养护的一个突出问题是线路轨道的实际位置和原　设计位置偏差较大，是由于传统上所采用“相对作业法”和“近似　法”拨道和维护所导致；如果我们可以建立起线路绝对坐标的“设　计”数据库（ＧＤＢ），把优化拟合好的线路轨道即作为既有线提速　线路以后养护维修的“设计”理论位置，为线路优化提供高精度的　轨道坐标数据，则这个问题将迎刃而解。而线路绝对坐标“设　计”数据库（ＧＤＢ）建立在线路绝对坐标维护测量控制网的基础之　上，它包括了对线路轨道进行精密复测及对线路轨道的实际线形　进行优化拟合。　４结语　高速铁路要求必须具有高平顺性，因而线路必须具备精确的　几何线性参数，方向、水平等误差必须保持在毫米级的范围内。　捣固车在线路上进行精确法作业时，要求提供线路上每２．５　ｍ左　右间隔的起拨道量数据。　目前，广深线已根据Ｉ线精密测量进行优化，并在优化结果　出来后即选择某一具有代表性的曲线区段进行前端起拨道量计　算，并进行指导捣固车进行精养作业。在上述实验基础上组织大　型养路机械会同工务段在该区段四线剩余区段进行精养作业，全　线精养作业完成后由工务段通过轨检车检查、线路精测和轨道谱　分析等手段对养护结果进行检核。　实践表明：将ＣＰＩｉｌ控制网测量方法运用于轨道精养，能够取　得非常好的效果，具有广泛的推广和应用前景。　参考文献：　［１］ＧＢ／Ｔ　１８３１４－２００１，全球定位系统（ＧＰＳ）测量规范［ｓ］．　［２］ＢＴ　１００４－９７，全球定位系统（ＧＰＳ）铁路测量规范［Ｓ］．　［３］ＧＢ／Ｔ　１２８９７－２００６，国家一、二等水准测量规范［ｓ］．　［４］　铁建设［２００６］１８９号，客运专线无碴轨道铁路工程测量暂行　第３９卷第２１期　２　０　１　３年７月　文章编号：１００９—６８２５（２０１３）２１—０２０９・０２　ＳＨＡＮＸＩ　ＡＲＣＨＩＴＥＣＴＵＲＥ　山　西　建　筑　Ｖ０１．３９　Ｎｏ．２１　Ｊｕ１．　２０１３　・２０９・　趋势灰色组合模型在沉降变形预测中的应用　高瑞翔摘李全海　２０００９２）　（同济大学测绘与地理信息学院，上海要：采用趋势模型与灰色模型相组合的方法，对某一实际建筑的沉降量进行预测，并进行组合模型与单一模型预测效果的比　较，结果表明，使用组合模型在进行沉降预测时，有着明显的优越性。　关键词：灰色模型，组合模型，变形监测　中图分类号：ＴＵ１９８．６　文献标识码：Ａ　然而阶数ｎ的确定应采取逐次增加的方法。每增加一项，需　０　引言　建筑物的变形是客观存在的…，但若超出了允许范围，就有　可能产生严重的后果，对人民的生命财产安全造成危害。因此，　在建筑物的建造和使用过程中，需要通过变形监测来获得建筑物　通过式（２）来计算其残差平方和ｒｓ（ｋ）：　（ｋ）＝ＩＩｆ（　）一ｙ（ｘ）　（２）　随着多项式项数的增加，应使ｒ｜（ｋ）有显著的下降，并需对拟　产生龙格现象。　的变形量，并对数据进行总结分析，归纳出其变形规律，从而预测　合函数进行比较，避免当阶数增加过多时，其未来的变形是否在安全的范围之内。在变形预测中，若只使用　１．２灰色模型　对离散的非负序列　‘。　＝｛　‘。　（１），　‘。　（２），…，　‘。　（ｔ）｝进行　种预测模型来预测，往往无法达到较好的效果。本文采用趋势　一可以生成一个新的序列　（　＝｛　（　（１），　。　（２），…，　模型与灰色模型相组合的方法，对某一建筑的沉降数据进行处　累加一次，）｝并建立出一阶微分方程：　理。通过比较预测结果，表明组合模型对于类似的变形数据处　“’（ｔ理，比起使用单一模型，有着显著的优越性。　ｆｉｔ　＋　似（。）：　（３）　１　模型介绍　即灰色模型ＧＭ（１，１）。式（３）中，０口与　“是灰参数。根　１．１　趋势模型　多项式趋势模型是最典型的趋势分析模型，是用Ｙ＝ａ。＋　５１　＋…＋ｏ　“来拟合给定的数据（　ＢＡ＝Ｙ　据最小二乘法，可以求得　ｏ与　ｎ的白化值［ｏ　ｒ：　［ａ“］　＝（　‘　Ｂ）　Ｂ　ＹⅣ　（４）　）（ｉ：１，２，…，ｍ），系数　（１）　Ａ＝［ａ。，ａ　一，ｏ　］　可通过解正规方程　得到：　式（１）中：　ｎ　令：（￡）＝一÷［　（ｔ）＋　０　（ｔ一１）］，　则式（２）中：　Ｂ　＝【Ｌ　１　２　ｚ　１　：…　：：　‘１　’】Ｊ，…’ｙ　＝　　‘。　（２３）　：　●　ｎ＋１　∑　；　…　∑　ｌ＝０　‘　０　‘。’（ｔ）　，Ｂ＝　∑　‘　０　∑　…∑　‘　０　１　０　Ｙ＝　求出［ｏ　ｕ］　后，即可解出微分方程（３）得：　；　（　＋１）＝　（１）一－￣］ｅ－ａｋ＋　对得到的累加序列　’＝｛　作累减生成（ＩＡＧＯ），便得到还原了的数据：　［Ｊ］．企业技术开发，２０１０（８）：９６－９７．　（５）　∑　∑　规定［ｓ］．　…　∑　（１），　（２），…，　‘”（ｋ＋１）｝　［５］　ＧＢ／Ｔ　１５３１４—１９９４，精密工程测量规范［ｓ］．　［６］　杨永林．既有提速线路绝对坐标精密控制网建网精度研究　［７］　宫海鹏．无砟轨道施工精测技术及其运用［Ｄ］．成都：西南　大学硕士论文，２００９．　ｏｎ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ＣＰ　ＨＩ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｎｅｔｗｏｒｋ　ｉｎ　ｒｏｕｔｉｎｅ　ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ　ａｌｏｎｇ　Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ－Ｓｈｅｎｚｈｅｎ　ｒａｉｌｗａｙ　ＭＡＩ　Ｌｉ　ＬＡＩ　Ｓｈａｏ－ｍｉｎｇ　ＨＥ　Ｃｈｕｎ．１ｕｏ　（１．Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ　Ｍｕｎｉｃｉｐａｌ　Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ　Ｓｃｈｏｏｌ，Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ　５１０６００，Ｃｈｉｎａ；　２．Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ　Ｔｒａｃｋ　Ｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅ　Ｄｉｖｉｓｉｏｎ，Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ－Ｓｈｅｎｚｈｅｎ　Ｒａｉｌｗａｙ　Ｃｏ．，Ｌｔｄ，Ｃｕａｎｇｚｈｏｕ　５　１０６００，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔａｋｉｎｇ　ｔｈｅ　ｏｐｔｉｍａｌ　ｐｒｏｊｅｃｔ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ　ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ　ａｔ　ｔｈｅ　２００　ｋｍ　ｓｅｃｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ－Ｓｈｅｎｚｈｅｎ　ｒａｉｌｗａｙ　ａｓ　ｔｈｅ　ｅｘａｍｐｌｅ，ｔｈｅ　ｐａ－　ｐｅｒ　ｉｎｄｉｃａｔｅｓ　ｔｈｅ　ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ　ｍｅｔｈｏｄ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ＣＰ　ＨＩ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｎｅｔｗｏｒｋ，ｔｈｅ　ｍａｒｇｉｎａｌ　ｒｅｓｅｃｔｉｏｎ　ｍｅｔｈｏｄ　ｏｆ　ｆｒｅｅ－ｓｔａｔｉｏｎ，ａｎｄ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ　ｔｈｅ　ｆａｃｔｕａｌ　ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ　ｓｃｈｅｍｅ，ＳＯ　ａｓ　ｔｏ　ｌａｙ　ｔｈｅ　ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｒａｉｌ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ　ａｎｄ　ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ　ｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅ　ｆｏｒ　ｅｘｐｒｅｓｓ　ｒａｉｌｗａｙｓ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ＣＰ　１９　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｎｅｔｗｏｒｋ，ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ，ｒｏｕｔｉｎｅ　ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ　收稿日期：２０１３—０５—１４　作者简介：高瑞翔（１９８８一），男，在读硕士；　李全海（１９６４．），男，硕士生导师，博士生导师，教授