某高速铁路精密工程控制测量研究分析

　　摘要：本文主要就高速铁路精密测量问题之一的GPS控制网优化设计及测量方案进行了探究，提出了精密控制网优化设计指标，并在对零类、一类、二类和三类GPS网优化技术研究的基础上，阐述了高速铁路精密控制网测量方案和要求。
　　关键词：高速铁路；精密测量；GPS
　　0前言
　　在高速铁路建设过程中，建立有效、经济实用的精密测量控制网是保障工程施工、放样及运营维护精度的前提。本文应用精密工程控制测量和高速铁路轨道技术，以现有的规范和轨道平顺性指标为指导，在分析现有高速铁路控制测量理论的基础上，对某高速铁路段平面控制网建设的不同等级，对其相应的精度指标进行统计和分析，进而研究高速轨道平面控制测量及GPS网优化技术问题。
　　1我国高速铁路控制网布设方案
　　依据误差分析理论和仿真试验，借鉴德铁的技术标准，并考虑我国的技术能力，我国高速铁路轨道测量平面控制网是建立在ITRF2000或者ITRF2005框架下，选用北京54或者西安80参考椭球体，通过地区的具体情况，选择抵偿带坐标系统、任意中央子午线系统、任意中央子午线的较窄宽度带横轴墨卡托(UniversalTransverseMercatorProjection，简称UTM)或者斜轴墨卡托投影到平面上的。其一般共分为四级:第一级为采用GPS大地测量方法测定的简单网络,第二级为结合第一级的基础平面控制网(CPI)，主要为勘测、施工、运营维护提供坐标基准;第三级为线路控制网(CPII)，主要为勘测和施工提供控制基准;第四级为基桩控制网(CPIII)，为轨道铺设和运营维护提供控制基准。
　　2某高速铁路GPS控制网优化设计及测量方案
　　2.1GPS网优化设计指标
　　GPS控制网优化设计目的是使所有设计的内容达到一种最佳的状态，实际应用中通常选用精度、可靠性和经费为指标来描述这种状态。
　　不难理解，重复设站数越多，精度和网的可靠性越高，则建网费用越高。
　　权衡三者关系，对GPS网进行优化设计，可以实现工程资源和工程质量的最佳配置。
　　2.2GPS网优化设计
　　2.2.1.GPS零类优化设计
　　GPS基线向量解算中作为位置基准的固定点误差是引起基线误差的一个重要因素，GPS网约束平差时，基准选取不当，将会直接影响最终结果，更严重的可使高精度的GPS网产生扭曲。根据基线解算原理可知，基线固定点的误差会给基线结果带来一定的误差，此外，因此，必须对网的位置基准进行优化设计。
　　GPS工程控制网多为约束网，只需要选择国家、地方坐标系或转化为高程抵偿面的任意带高斯投影直角坐标系(平面和高程)下的一个或多个己知点作为位置基准，但有时候根据特定要求，方位基准可由网中给定的起算方位角值确定;尺度基准可根据边长的不同采用其它测量方法确定，如采用较高精度的测距仪或全站仪施测2-3条基线边。在上述多基准约束网中，最好先对它们进行相容性检验，以免由于某个基准不匹配引起网形和比例尺发生变化。若网中无任何其它类型的己知起算点数据时，可将网中一点多次进行GPS观测得到的坐标作为网的位置基准，或按秩亏网处理，选择重心基准。
　　2．2.2.GPS网一类优化设计
　　GPS网一类优化设计即GPS网形设计。GPS网中点的精度与点位分布无关，它不受网本身几何图形的限制，主要和网中基线的边长有关，从GPS网平差的原理可知，网的形状对GPS网的质量没有直接影响。区别于常规网要对网中点位通视和观测条件进行最佳布设，GPS网要对以基线边为观测量的布网方式和观测条件进行最佳选择。GPS网常用的布网形式有:跟踪站式、会战式、多基准站式、同步图形扩展式和单基准站式。
　　a.跟踪站式
　　若干台接收机长期放在测站上，进行常年、不间断的观测，即一年观测365天，一天观测24小时，因其观测方式很像跟踪站，被称为跟踪站式。其特点是数据量大，需要用精密星历对数据进行处理，具有很高的精度和框架基准特性。因其观测时间长，成本高，仅适合于建立GPSAA级网。
　　b.会战式
　　若干台GPS接收机，对某批测站集中进行多天长时段的同步观测。完成后，对下批测站进行相同观测，直至所有点观测完毕，称之为会战式。其特点是可以较好的消除SA技术等因素的影响，具有相当高的网形强度和的精度，适用于A,B级GPS网。
　　c.多基准站式
　　若干台接收机长期固定在某些测站上进行长时间观测，这些测站称之为基准站。另外一些接收机在基准站周围进行较短时间的同步观测，我们称之为多基准站式。其基准站可以提供高精度的基线向量GPS网骨架，其余同步接收机，可以在有效的时间里获得较强的图形结构。
　　图1多基准站式
　　d.同步图形扩展式
　　若干台接收机在不同测站上进行同步观测，完成一个时段后，部分接收机迁移到其它测站上，再在此基础上进行同步观测的布网形式称之为同步图形扩展式。其扩展形式快，作业方法简单，建立某些观测量的复测，图形结构比较强，是工程测量中常用的一种布网方式。采用同步图形扩展的观测方式主要有点连式，边连式和混连式。
　　图2点连式
　　所谓点连式就是作业时只用过一个公共点连接相邻同步图形，其作业效率比较高，但图形结构不强。
　　图3边连式

　　边连式，顾名思义，只用过一个公共边连接相邻同步图形，它具有较强的图形结构和较高的作业效率，是轨道精密工程测量常用的一种施测方式。
　　图4混连式
　　混连式是指根据实际情况，灵活的应用点连式和边连式的施测方法，因其作业灵活，效率高，常规测量常用的一种施测方式。