高寒地區(qū)鐵路精測網(wǎng)復(fù)測與數(shù)據(jù)處理

孫英潮

黑龍江鐵路發(fā)展集團(tuán)有限公司 黑龍江 哈爾濱 150000

引言

某高寒鐵路是中國最北的運(yùn)營高寒高鐵[1]。為了保證高速鐵路施工的順利進(jìn)行，需要對高鐵精密控制網(wǎng)進(jìn)行定期復(fù)測[2]。該鐵路位于高寒地區(qū)，精測網(wǎng)復(fù)測對測量時間和測量方法的要求比較高。選取該鐵路某段控制網(wǎng)復(fù)測資料進(jìn)行分析。

1 復(fù)測時間選擇

該鐵路沿線大部屬于中溫帶亞濕潤～亞干旱大陸性季風(fēng)氣候區(qū)。冬季嚴(yán)寒干燥漫長，夏季多雨涼爽，春、秋季干旱多風(fēng)；蒸發(fā)強(qiáng)烈且持續(xù)時間長，蒸發(fā)量大于降水量約 3 倍左右。由于沿線最冷月平均氣溫均低于-15℃ ，按對鐵路工程影響的氣候分區(qū)，均屬嚴(yán)寒地區(qū)。據(jù)歷年氣象和調(diào)查資料，沿線土壤最大凍結(jié)深度。

表1 土壤最大凍結(jié)深度

表2 月平均氣溫

根據(jù)以往測量經(jīng)驗(yàn)和溫度變化對控制點(diǎn)影響情況，從10月中旬就有冰凍跡象，一般來年4月開始大地融化，凍脹現(xiàn)象逐漸減輕，一直到5月中下旬，點(diǎn)位高程變化逐漸減弱精測網(wǎng)復(fù)測時間一般在五月中下旬至六月初及以后開始，這樣可以減少凍土凍融對控制點(diǎn)的影響。

2 復(fù)測方法

平面復(fù)測的總體原則是：同網(wǎng)形、同精度分級測量[3]，測量時對遭到破壞、丟失的點(diǎn)充分利用既有其他滿足埋設(shè)要求的平面控制點(diǎn)，按照原網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)采用鐵路二等指標(biāo)進(jìn)行測量。

表3 CPI復(fù)測要求

平面控制點(diǎn)復(fù)測根據(jù)《高速鐵路工程測量規(guī)范》(TB10601-2009)要求，CPI復(fù)測成果與原測成果坐標(biāo)較差不應(yīng)大于20mm，復(fù)測相鄰點(diǎn)間坐標(biāo)差之差的相對精度小于1/130000。當(dāng)復(fù)測結(jié)果出現(xiàn)較差大于等于20mm或者相對精度大于1/130000時，對數(shù)據(jù)進(jìn)行二次質(zhì)檢查明原因，對變化點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)更新。

表4 CPI復(fù)測要求

高程復(fù)測按照二等[2、4]水準(zhǔn)要求進(jìn)行, 高程控制網(wǎng)中被破壞或受到外界干擾不能測量的點(diǎn)按照原網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)補(bǔ)設(shè)。

表5 高程復(fù)測要求

高程控制點(diǎn)更新原則

水準(zhǔn)點(diǎn)間復(fù)測高差與原測高程高差的比較，二等水準(zhǔn)不符值應(yīng)小于。對復(fù)測結(jié)果超限段落進(jìn)行質(zhì)檢找出原因，如發(fā)現(xiàn)點(diǎn)位確實(shí)發(fā)生變化應(yīng)對其進(jìn)行內(nèi)插更新。

3 數(shù)據(jù)處理與分析

平面CPI測量采用的儀器為Trimble R8 標(biāo)稱精度水平±5mm+0.5ppm*D和垂直±5mm+1ppm*D。首先將CPI原始觀測文件均轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)RINEX文件，并對點(diǎn)號、天線量高方式、天線高復(fù)核后進(jìn)行基線解算?；€向量解算統(tǒng)一應(yīng)用商用軟件LGO進(jìn)行，采用TGPPS對基線進(jìn)行平差處理。

GPS平差處理步驟如下：

首先重復(fù)基線較差和閉合環(huán)，當(dāng)兩者都滿足要求后就可以進(jìn)行GPS網(wǎng)無約束平差。

重復(fù)基線較差限差[3]：。

閉合環(huán)[3]：

無約束平差基線向量改正數(shù)[2]：。

其次在無約束平差滿足要求后，對整網(wǎng)的控制點(diǎn)進(jìn)行穩(wěn)定性分析選取穩(wěn)定的控制點(diǎn)對整網(wǎng)進(jìn)行平差計(jì)算。穩(wěn)定的控制點(diǎn)滿足方位角精度不大于1″，邊長相對精度小于1/250000。根據(jù)此要求選取穩(wěn)定的起算點(diǎn)為CPI001利用該起算點(diǎn)進(jìn)行三維約束平差滿足《高速鐵路工程測量規(guī)范》(TB10601-2009)中二等網(wǎng)平面最弱邊相對中誤差≤1/180000，方向中誤差≤1.3″的精度要求。

CPI控制網(wǎng)約束網(wǎng)平差后，對此次復(fù)測坐標(biāo)和原測坐標(biāo)成果進(jìn)行比較，共比較15個點(diǎn)。坐標(biāo)分量較差超過20mm限差的點(diǎn)有1個分別為CPI009占總數(shù)的5%。

表6 復(fù)測坐標(biāo)和原測坐標(biāo)成果比較表

CPI控制網(wǎng)約束網(wǎng)平差后，比較復(fù)測坐標(biāo)與原測成果的坐標(biāo)相鄰點(diǎn)坐標(biāo)差之差相對精度，共14段，其中2段不能滿足小于1/130000的限差要求，占14.3%。相鄰點(diǎn)坐標(biāo)差之差相對精度詳見下表。

表7 相鄰點(diǎn)間坐標(biāo)差之差相對精度表

續(xù)表

CPI008-CPI009，CPI009-CPI010相對精度超限是由于CPI009坐標(biāo)較差超限引起的, CPI015-CPI016邊長為640.2911m， 邊長較短，其中CPI015坐標(biāo)較差較大，可以更新CPIO15。

CPI009變化較大是由于該點(diǎn)位于河邊，地質(zhì)條件不穩(wěn)所致。CPI015位于路邊，車輛影響造成其變化較大。

綜上所述CPI009，CPI015可作為更新點(diǎn)，在點(diǎn)位更新時更新時一般選擇內(nèi)插更新。將2個需要更新的控制點(diǎn)周圍3到5個點(diǎn)作為約束點(diǎn)進(jìn)行內(nèi)插更新，

線路高程點(diǎn)采用Leica DNA03進(jìn)行測量，全線二等水準(zhǔn)點(diǎn)41個，按測段往返測高差不符值計(jì)算每千米水準(zhǔn)測量偶然中誤差[2]：

表8 測段間往返測較差統(tǒng)計(jì)表

BM010-BM011超限，通過分析BM009-BM010與BM010-BM011，根據(jù)前后高差分析確定超限點(diǎn)為BM011。BM013-BM014和BM014-BM015超限，通過分析可以發(fā)現(xiàn)BM014超限。綜合分析這三個超限段落，發(fā)現(xiàn)某個點(diǎn)發(fā)生變化必然會引起前后兩段高差發(fā)生一定偏差。

4 結(jié)束語

該鐵路是目前最北端的運(yùn)營高鐵，控制網(wǎng)測量時間在可選在五月中下旬至六月初及以后開始，精測網(wǎng)平面測量采用高鐵二等指標(biāo)，水準(zhǔn)測量采用二等指標(biāo)。本文具體闡述了該鐵路某段控制網(wǎng)復(fù)測過程，并結(jié)合復(fù)測數(shù)據(jù)給出了具體更新的方法，對高寒地區(qū)鐵路精測網(wǎng)復(fù)測具有一定的指導(dǎo)意義。