高速鐵路軌道位置測量誤差的分析

全志強(qiáng)

(包頭鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院鐵道工程系，內(nèi)蒙古 包頭 014060)

The Analysis of High-speed Railway Track Position Measurement Error

QUAN Zhiqiang

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高速鐵路軌道位置測量誤差的分析

全志強(qiáng)

(包頭鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院鐵道工程系，內(nèi)蒙古 包頭 014060)

The Analysis of High-speed Railway Track Position Measurement Error

QUAN Zhiqiang

摘要：時速200 km/h及以上鐵路的軌道位置是由全站儀觀測CPⅢ控制點(diǎn)進(jìn)行自由設(shè)站后按極坐標(biāo)法測定的。本文通過分析誤差大小及其對軌道位置的影響，得出軌道控制網(wǎng)CPⅢ控制點(diǎn)的誤差主要影響軌道的長波平順性，可以根據(jù)軌道長波平順性要求來確定軌道控制網(wǎng)CPⅢ的測量精度，從而掌握軌道測量關(guān)鍵，保證鐵路軌道位置的平順性。

關(guān)鍵詞：測量軌道；誤差分析；自由設(shè)站；軌道控制網(wǎng)CPⅢ

一、引言

時速200 km/h及以上鐵路的軌道位置是由全站儀觀測CPⅢ控制點(diǎn)進(jìn)行自由設(shè)站后按極坐標(biāo)法測定的。因此，觀測CPⅢ控制點(diǎn)進(jìn)行自由設(shè)站測量鐵路軌道位置的誤差受軌道控制網(wǎng)CPⅢ控制點(diǎn)、全站儀自由設(shè)站，以及極坐標(biāo)測量鐵路軌道3種誤差的影響。

對于時速200 km/h及以上鐵路的軌道控制網(wǎng)，無論是無砟軌道還是有砟軌道，均需沿線路走向按50～70 m間隔布設(shè)CPⅢ點(diǎn)對，采用自由測站邊角交會法測量，如圖1所示。CPⅢ平面網(wǎng)相鄰點(diǎn)的相對中誤差對于高速鐵路應(yīng)不大于1.0 mm，對于時速200 km/h的鐵路應(yīng)不大于1.5 mm 。

圖1　CPⅢ軌道控制網(wǎng)

軌道施工測量以軌道控制網(wǎng)CPⅢ為基準(zhǔn)，軌道精調(diào)測量采用全站儀自由設(shè)站的方式配合軌道幾何狀態(tài)測量儀進(jìn)行。自由設(shè)站觀測的CPⅢ控制點(diǎn)不應(yīng)少于4對點(diǎn)，更換測站后，相鄰測站重疊觀測的CPⅢ控制點(diǎn)不應(yīng)少于2對點(diǎn)，如圖2所示。

軌道精調(diào)測量時，自由設(shè)站點(diǎn)精度要求點(diǎn)的橫向中誤差不大于0.7 mm，每一測站最大測量距離不應(yīng)大于80 m 。更換測站后，應(yīng)重復(fù)測量上一測站測量的最后6～10根軌枕，橫向偏差不大于2 mm 。

圖2　軌道測量自由設(shè)站觀測CPⅢ控制點(diǎn)

二、軌道控制網(wǎng)CPⅢ控制點(diǎn)的誤差對自由設(shè)站點(diǎn)點(diǎn)位誤差的影響

自由設(shè)站觀測的一組CPⅢ控制點(diǎn)，其點(diǎn)位誤差包含系統(tǒng)點(diǎn)位誤差和相鄰點(diǎn)的相對點(diǎn)位誤差。

一組CPⅢ控制點(diǎn)的系統(tǒng)點(diǎn)位誤差使自由設(shè)站點(diǎn)點(diǎn)位產(chǎn)生相同的點(diǎn)位位移，但不反映在自由設(shè)站的測量誤差中，而主要反映為軌道的長波不平順性。

CPⅢ控制點(diǎn)相鄰點(diǎn)的相對點(diǎn)位誤差對自由設(shè)站點(diǎn)點(diǎn)位誤差的影響是各CPⅢ控制點(diǎn)相對點(diǎn)位誤差的加權(quán)平均值，即對自由設(shè)站點(diǎn)點(diǎn)位誤差的影響小于CPⅢ控制點(diǎn)相鄰點(diǎn)的相對點(diǎn)位誤差。觀測的CPⅢ控制點(diǎn)數(shù)目增多，自由設(shè)站點(diǎn)點(diǎn)位誤差減?。籆PⅢ控制點(diǎn)到自由設(shè)站點(diǎn)的距離越遠(yuǎn)，其影響越小。軌道精調(diào)測量時，自由設(shè)站觀測的CPⅢ控制點(diǎn)一般為4對點(diǎn)，對自由設(shè)站點(diǎn)點(diǎn)位誤差產(chǎn)生主要影響的是前后2對點(diǎn)，如圖3所示。

圖3　自由設(shè)站觀測的4對CPⅢ控制點(diǎn)

若只考慮近處前后2對CPⅢ控制點(diǎn)相對橫向點(diǎn)位中誤差的影響，則2對CPⅢ控制點(diǎn)橫向相對點(diǎn)位中誤差的加權(quán)平均值為

比較My1(8)和My1(4)可以看出，軌道控制網(wǎng)CPⅢ控制點(diǎn)的相對橫向中誤差對自由設(shè)站點(diǎn)橫向點(diǎn)位中誤差的影響主要是近處前后2對CPⅢ控制點(diǎn)的相對橫向點(diǎn)位中誤差的影響。因此，更換測站后，相鄰測站重疊觀測的CPⅢ控制點(diǎn)不應(yīng)少于2對點(diǎn)，而且應(yīng)該是自由設(shè)站近處的前后2對點(diǎn)。

更換測站后，由于相鄰測站重疊觀測的CPⅢ控制點(diǎn)一般是3對點(diǎn)，因此，軌道控制網(wǎng)CPⅢ控制點(diǎn)的相對橫向中誤差對相鄰自由設(shè)站點(diǎn)橫向點(diǎn)位中誤差的影響基本是相同的，即CPⅢ控制點(diǎn)的相對橫向中誤差并不會產(chǎn)生相鄰自由設(shè)站間過大的點(diǎn)位相對誤差。

三、全站儀自由設(shè)站的點(diǎn)位橫向中誤差

自由設(shè)站按間接觀測平差，以自由設(shè)站點(diǎn)的坐標(biāo)作為未知參數(shù)，根據(jù)方向觀測值和邊長觀測值，建立方向誤差方程式和邊長誤差方程式，組成法方程式，解算自由設(shè)站點(diǎn)的坐標(biāo)和進(jìn)行精度評定。

四、極坐標(biāo)測量軌道的誤差

極坐標(biāo)測量軌道的最大距離是80 m，對于軌道的橫向誤差主要是方向誤差的影響。方向中誤差包括定向中誤差和極坐標(biāo)測量的自動照準(zhǔn)誤差，若自動照準(zhǔn)誤差為1.0″，則方向中誤差為

所產(chǎn)生的軌道最大橫向中誤差為

極坐標(biāo)測量軌道的最短距離是10 m，更換測站后，應(yīng)重復(fù)測量上一測站測量的最后6～10根軌枕(約5～10 m)。相鄰自由設(shè)站點(diǎn)測量軌道的位置如圖4所示。相鄰自由設(shè)站點(diǎn)測量同一軌道位置的橫向中誤差為

圖4　相鄰自由設(shè)站點(diǎn)測量軌道位置示意圖

顧及自由設(shè)站點(diǎn)的橫向點(diǎn)位誤差，相鄰自由設(shè)站點(diǎn)測量同一軌道位置的橫向中誤差為

因此，更換測站后，重復(fù)測量上一測站測量的最后6～10根軌枕，橫向偏差以2倍中誤差為最大誤差，則偏差為1.68 mm，滿足規(guī)范規(guī)定的不大于2 mm的要求。

五、結(jié)束語

由以上分析可知，軌道控制網(wǎng)CPⅢ控制點(diǎn)的誤差主要影響軌道的長波平順性。按高速鐵路軌道靜態(tài)檢測標(biāo)準(zhǔn)，軌向長波允許偏差為10 mm/150 m/弦長300 m，即軌道的橫向中誤差應(yīng)小于5 mm/150 m，CPⅢ平面網(wǎng)相鄰點(diǎn)的相對中誤差應(yīng)不大于1.0 mm，這可作為高速鐵路軌道控制網(wǎng)CPⅢ測量的基本精度要求。影響軌道短波平順性的誤差主要是自由設(shè)站誤差和極坐標(biāo)測量軌道的誤差，以及相鄰兩站自由設(shè)站時產(chǎn)生的相對誤差。為滿足短波平順性的要

求，軌道精調(diào)測量時，自由設(shè)站點(diǎn)精度要求點(diǎn)的橫向中誤差不大于0.7 mm，每一測站最大測量距離不應(yīng)大于80 m，更換測站后重復(fù)測量上一測站測量的最后6～10根軌枕的橫向偏差不大于2 mm，并取平均值作為軌道的位置。

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引文格式： 全志強(qiáng). 高速鐵路軌道位置測量誤差的分析[J].測繪通報，2015(3)：74-75.DOI:10.13474/j.cnki.11-2246.2015.0080

作者簡介：全志強(qiáng)(1965—)，女，副教授，研究方向為鐵路測量、測繪教學(xué)。E-mail:quanzhiqing@263.net

收稿日期：2015-01-16

中圖分類號：P258

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

文章編號：0494-0911(2015)03-0074-02