工程测量技术设计说明书.docx
《工程测量技术设计说明书.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《工程测量技术设计说明书.docx（37页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
工程测量技术设计说明书
北沙畔至马鞍桥高速铁路勘测设计书
设计人：
张丽
1任务要求
1.1任务
拟建一条从北沙畔至马鞍桥的高速铁路,时速250km。
受××单位的委托，由西安科技大学测绘学院测绘工程卓越1501班承担外业勘测任务。
1.2测区概况
二道川乡地处毛乌素沙漠腹地，东与珠和、城川苏木相接，南邻陕西省定边县白泥井乡、周台子乡和宁夏盐池县柳杨堡乡，测区范围在107︒30´18"-107︒45´00"。
此次作业路线中心从北沙畔到马鞍桥总长约30公里，途径二道川、新月形沙丘，最终至马鞍桥地区，坡度变化平缓，从北沙畔到马鞍桥高程逐渐增大，其平均高程为1350m。
该地区全年平均降水量约在400-1000mm，降雨集中在7-9月份。
全年平均气候10-18℃；宜于外业作业时间为3-12月。
图1-1拟建高铁线路图
2已有资料
二道川乡1:
50000地形图（J48E013023）
周边国家控制点坐标
下载的影像
图2-1二道川乡1：
50000地形图
3技术依据
《测绘技术设计规范》（GBT19022.2-2000）
《GPS测量规范》（GB/T18314-2009）
《工程测量规范》（GB50026-93）
《高速铁路工程测量规范》（TB10601—2009）
《铁路工程卫星定位测量规范》（TB10054）
《1：
5001：
10001：
2000地形图航空摄影测量外业规范》（GB／T7931—2008）
《国家一、二等水准测量规范》（GBT12897-2006）
第一部分初测
4坐标系统
4.1平面坐标系统
图纸坐标系为6度带西安80坐标系统，中央子午线为105︒，测区中心投影变形值为1/5760，不能满足勘测要求。
为了满足施工要求，必须建立独立工程坐标系。
经计算，所需独立工程坐标系为以105︒52´42"为中央子午线的3度带，且测区跨度较小不需进行分带。
4.2高程坐标系统
高速铁路的高程系统应采用1985国家高程基准。
当个别地段无1985国家高程基准的水准点时，可引用其他高程以独立高程起算，但在全线高程测量贯通后，应消除断高，换算成1985国家高程基准，亦应换算成全线统一的高程系统。
5CP0建立
将沿线3个国家点作为GP0控制点，并将其转换到独立工程坐标系中。
转换结果见表5-1。
表5-1控制点在独立工程坐标系中的坐标
点名
独立工程坐标系
x（m）
y（m）
A
4206461.61363200
598710.85192400
JD
4200097.39238100
650653.53368400
B
4201517.38998800
663576.47867400
6CPⅠ建立
6.1CPⅠ网的布设
CPⅠ控制点选在离线路中线100~200m不易被破坏的范围内；整个控制网沿线路走向布设，采用边联结方式，形成三角形或大地四边形组成的带状网。
在线路勘测设计起点、终点或与其他铁路平面控制网衔接地段，应有两个以上CPⅠ控制点相重合。
CPⅠ网沿线每4km布设1对GPS点，GPS点间距约1km，整个CPⅠ网由大地四边形网形构成。
从北沙畔至马鞍桥全线总长大30km，布设6对12个CPⅠ控制点，具体布网形式及技术要求见图6-1和表6-1、6-2。
表6-1平面控制布网要求
控制网级别
测量方法
测量等级
点间距/m
备注
CPⅠ
GPS
B级
≥800
≤4km一对点
表6-2CPⅠ网控制点的定位精度要求
控制点
可重复性测量精度/mm
相对点位精度/mm
CPⅠ
10
8+D*10-6
图6-1CPⅠ网图
布设原则：
（1）GPS网采用独立观测边构成闭合图形，如三角形、多边形或附合线路，以增加检核条件，提高网的可靠性。
（2）GPS网作为测量控制网，其相邻点间基线向量的精度分布均匀。
（3）GPS网点尽量与原有地面控制点相结合。
重合点不少于3个，且在网中分布均匀，以可靠地确定GPS网与地面之间的转换参数。
（4）GPS网点与水准点重合，而非重合点应根据要求以水准测量进行联测，或在网中布设一定密度的水准联测点。
（5）便于GPS的测量观测和水准联测，减少多路径影响，GPS网点设在视野开阔和交通便利的地方。
（6）便于用经典方法联测或扩展，在GPS网点附近布设一通视良好的方位点以建立联测方向，方向点与观测站距离一般应大于500米。
（7）GPS网中每个闭合环的边数小于等于6条。
（8）GPS网中充分考虑与各既有地铁线路工程测量控制网的衔接。
（9）GPS网必须由异步独立观测边构成若干个闭合环和附和线路。
同步环闭合差，从理论上讲同步观测基线间具有一定内在联系，闭合差三维向量总和应该为0。
但在实践中只要数学模型正确，数据处理无误，即使观测值质量不好，同步环闭合差也有可能非常小。
当同步环闭合差超限，则能说明闭合环中至少有一条基线向量有问题，但闭合差不超限也不能说明环中所有基线质量均合格。
而当异步环闭合差满足限差要求，说明组成异步环的所有基线解算质量均合格。
GPS网形规划与控制点之分布有关，为使整个网形的点位中误差值能够均匀，最好网形能依控制点之分布规划：
（1）平面控制点之分布：
网形测区：
最好有至少三个已知控制点分布在测区外围的四个象限，若已知三角点（控制点）位于测区外面，则测区外缘与该已知点之距离最好不超过20km。
线状测区：
最好有至少三个已知控制点分布在测区之两端及中央，且每隔30km左右最好有一个已知控制点。
布设流程：
（1）选点。
在选点时应注意如下问题：
①测站四周视野开阔，高度角15︒以上不允许存在成片的障碍物。
测站上应便于安置GPS接收机和天线，可方便进行观测。
②测站应远离大功率的无线电信号发射源（如电台、电视台、微波中继站），以免损坏接收机天线。
与高压输电线、变压器等保持一定的距离，避免干扰。
具体的距离可参阅接收机的用户使用手册。
③测站应远离房屋、围墙、广告牌、山坡及大面积平静水面（湖泊、池塘）等信号反射物，以免出现严重的多路径效应。
④测站应位于地质条件良好、点位稳定、易于保护的地方，并尽可能顾及交通等条件。
⑤选点时应充分利用附和要求的原有控制点的标石和观测墩。
⑥应尽可能使所选测站附近否小环境（指地形、地貌、植被等）与周围的大环境保持一致，以避免或减少气象元素的代表性误差。
⑦在某些特殊情况下，需要设置辅助点和方位点。
具体要求为：
A、B级GPS点不位于基岩上时，宜在附近埋设辅助点，并测定与GPS点之间的距离和高差，精度应优于5mm；可根据需要在GPS点附近设立方位点。
方位点应与GPS点保持通视，离GPS点的距离一般不小于300m。
方位点应位于目标明显、方便观测的地方。
⑧选点的作业要求：
选点人员应按照在图上选择的初步位置以及对点位的基本要求，在实地最终选定点位，并做好相应的标记；利用旧点时，应对旧点的稳定性、可靠性和完好性进行检查，符合要求时方可利用；点名应以该点所在地命名，无法区分时，可在点名后加注
（一）、
（二）等予以区别。
少数名族地区的点名应使用准确的音译汉语名，在音译后可附原文；新旧点重合时，应沿用旧点名，一般不应更改。
如由于某些原因确需要更改时，要在新点名后加括号注上旧点名。
GPS点与水准点重合时，应在新点名后的括号内注明水准点的等级和编号；新旧GPS点（包括辅助点与方位点）均需要在实地按照规范要求的形式绘制点之记。
所有内容均要求在现场仔细记录，不得事后追记。
A、B级GPS点在点之记中应填写地质概况、构造背景及地形地质构造略图；点位周围存在高于10︒的故障物时，应按规范要求的形式绘制GPS网选点图。
（2）埋石。
包括埋设标石和建造观测墩的工作。
①各级GPS点均应埋设固定的标石或标志。
A级GPS点标石与相关设施的技术要求按CH/T2008的有关规定执行。
B级GPS点应埋设天线墩，C、D、E级GPS点在满足标石稳定、易于长期保存的前提下，可根据具体情况选用。
②各种类型的标石都应设有中心标志。
基岩和基本标石的中心标志应用钢或不锈钢制作。
普通标石的中心标志可用铁或坚硬的复合材料制作。
标志中心应刻有清晰、精细的十字线或嵌入不同颜色的金属（不锈钢或钢）制作的直径小于0.5mm的中心点。
用于区域似大地水准面精化的GPS点，其标志还应满足水准测量的要求。
③在进行高等级控制测量（A、B级控制网）或特种精密工程测量（如大坝、水库、桥梁的控制变形监测）操作时，由于其精度要求特别高，大多建立附有强制对中装置的观测墩。
常见的强制对中方法为在观测墩上埋设强制对中装置，并使用连接螺丝或连接杆直接连接仪器的相应部位，其对中误差一般可小于0.1mm。
④埋石作业要求：
各级GPS点的标石一般应用混凝土灌制。
有条件的地方也可以用整块花岗岩、青石等坚硬石料凿制，其规格不应小于同类混凝土标石。
埋设天线墩、基岩标石、基本标石时，应现场浇灌混凝土，普通标石可预制后运往各点埋设；埋设标石时，各层标志中线应严格位于同一铅垂线上，其偏差不得大于2mm。
强制对中装置的对中误差不得大于1mm；利用旧点时，应确认标石完好，并符合同级GPS点埋石的要求，且能长期保存。
上标石被破坏时，可以以下标石为准重新埋设上标石；方位点上应埋设普通标石，并加以注记；GPS点埋石所占土地应经土地使用者或土地管理部门同意，并办理相关手续。
新埋设标石及天线墩应办理测量标志委托保管书，一式三份，交标石的保管单位或个人一份，上交和存档一份。
利用旧点时，需对委托保管书进行核实，不落实时，应重新办理委保管手续；B、C级点的标石埋设至少需要经过一个雨季，冻土地区至少需要经过一个解冻期，基岩或岩层标石至少需要经过一个月后，方可用于观测；现场浇灌混凝土标石时，应在标石上压印GPS点的类别、埋设年代和“国家设施勿动”等字样。
荒漠、平原等不易寻找GPS点的地方，还需在GPS点旁埋设指示碑。
6.2CPⅠ网的观测
对拟布设的12个CPⅠ、3个CP0和沿线国家点采用GPS进行观测。
采用GPS进行观测时，采用双频接收机进行静态观测，接收机数量不少于4台，时段之间采用边联结方式，具体观测技术要求见表6-2。
表6-3B级GPS网测量的基本要求
项目
级别
B
卫星截止高度角/（︒）
10
同时观测有效卫星数
≥4
有效观测卫星总数
≥20
观测时段数
≥3
时段长度
≥23h
采样间隔/s
30
CPⅠ网测量采用B级静态GPS测量，对接收机的要求见表6-4。
表6-4B级GPS测量对接收机性能和数量的要求
级别
B
单频/双频
双频
观测值种类
L1、L2载波相位
同步观测接收机数
≥4
观测流程如下：
（1）时段安排最好能避开中午（AM11:
00~PM1:
00）时段观测。
时段安排后，填写计划时段表，前明确指示测量员测站行程。
（2）摆站程序：
外业负责人应负起明确告知摆站人员其所摆设测站点名、点号及开关机时间，若架站人员有未明了事项，也应主动向负责人请示了解。
注意事项及操作程序：
（1）找寻点位：
该点若已去过，应该不会发生问题；若是没去过点位，而按点之记找寻者，在到达点位之后应确认该点之标石号码，检核无误后再行架设仪器。
台湾高铁之控制点有平面控制点与高程控制点（水平补点）之分，两点之间相距很近（通常平面控制点位于楼顶，而高程控制点位于该楼地面上），因此容易误认。
而摆站人员应有的认知是高程控制点是突起的圆头钢钉；而平面控制点是平面十字丝。
若还有疑义，则将该疑问记录于手簿上，避免造成内业计算上的大错误。
（2）架设仪器：
仪器对中及整平。
通常要注意的是：
在对中及整平过程中，不要将天线盘架在脚架上，仅架上基座即可。
光学对中因仪器高及个人视力不同，而有不同的焦聚，所以在对中之前应该要调整到最适合的焦聚，避免对中上有像差的发生。
天线盘挂上之后，将天线盘的指示方向指向北方（若不知道北方在那，可利用石桩上刻字判别之，字的正向为北方），量测三个方向上的天线盘高（北方、东南及西南），记录下来。
开机后，将点号、天线高输入接收仪中，并开始接收卫星数据（注意每笔数据间隔秒数）。
注意接收机是否有接收资料。
Trimble4800型的接收仪可利用灯号判别，黄灯闪动即表示有数据输入；Trimble4000型及Leica接收机则可由接收机面板上的信息判断是否有数据输。
（3）记录观测手簿：
手簿是数据下载及内业计算最重要的信息记录，外业所发生的错误都必须要经由手簿的记载来改正之，因此手簿数据的记载务必要求正确、详尽。
注意事项：
注意点名、点号书写是否正确。
天线高、天线盘及接收仪的型号、序号记录是否正确。
开关机时间务必记录。
观测手簿记录格式见表6-5。
表6-5GPS观测手簿记录格式
点号
点名
图幅编号
观测记录员
观测日期
时段号
接收机型号及编号
天线类型及其编号
存储介质类型及编号
原始观测数据文件名
RINEX格式数据文件名
备份存储介质类型及编号
近似纬度
︒´N
近似经度
︒´N
近似高程
m
采样间隔
开始记录时间
hmin
结束记录时间
hmin
天线高测定
天线高测定方法及略图
点位略图
测前：
测后：
测定值mm
修正值mm
天线高mm
平均值mm
平均值
跟踪卫星数
PDOP
记事
（4）意外状况处理：
架设GPS接收机的人员尽可能留在仪器旁边，不要让仪器离开视线范围，数分钟需至接收机查看一次，注意数据有无持续接收、电池剩余电量等。
注意：
任何意外造成仪器的对中、整平移动甚至倾倒，应立即关机重新架设，并在手簿上记录关机及开机时间。
断电处理：
换上新电池，重新开机，记录断电及重开机时间。
若有本身无法排除之困难，则立即回报并记录状况。
（5）资料下载：
GPS外业收集的数据须经由传输线连接下载（DOWNLOAD），或经由记忆磁卡（PCMCIA卡）传输至计算机中，再经由仪器商所提供的计算软件解算基线，最后再组成网形计算坐标。
外业上所发生的一些错误就必须在这个阶段完成侦错及改正。
数据下载注意事项供：
①收集手簿及接收仪：
数据下载时需要观测手簿的信息来辅助下载。
利用手簿上记载的接收机序号找到对应的接收机进行下载，若下载数据存在与手簿数据不符合者（如点号、天线高等），将该数据记录于手簿上，待下载完成之后询问该站架设人员哪项信息才是正确的。
②核对时段：
将所有接收机数据下载完成之后，按当日计划时段表核对手簿上各时段的点号是否相符，若有不符者、或未架设者，请于当日计划时段表上注记，并交由网形时段规划者处理。
规划者应找出不符的原因，若为遗漏则应记录下来，以备日后补测之用。
（6）资料整理：
有的仪器下载之数据尚未经改正及分类，无法直接进行基线计算，因此数据下载者还须将下载数据经以下程序处理：
①填写实际观测时段表：
将所收集的手簿集中，按实际的开关机时间填入实际观测时段表中，手簿上的其它信息点名、点号、天线型式、天线高及摆站人员也要完整填上，垂高则须利用GPSurvey所提供的功能计算后填上。
②改正下载资料：
将手簿与下载数据上有差异的部份询问设站人员后，利用文字处理软件开启下载的档案并更改之。
Trimble4800型接收机下载的原始资料有.dat（卫星观测数据）、.eph（广播星历资料）、.txt（文件头资料）三种，其中.txt是记载文件头数据（接收时间、点号、接收仪序号、天线高等），因此开启此文件更正点号及天线高。
Trimble4000型接收机的原始资料有.ion（卫星观测数据）、.eph（广播星历资料）、.mes（文件头数据），故开启.mes文件更改正确点号及天线高即可。
③注意档名是否正确，档名之前四个字符为点号，后四个字符为星历日及时段号。
如：
ST012731.DAT，ST01是指点号，273指该日的星历日，而1指时段代号，通常我们只变更前四个字符（点号）部分。
④按实际观测时段分好档案：
若利用GPSurvey软件下载数据，因为所有时段的数据全都加载同一个project底下，但是基线计算是各时段分开处理，因此必须将各时段内的档案整理分类，即将同一时段的档案存放在同一数据夹中（如：
一日有四时个段，则分成四个数据文件夹存放它们）。
⑤转换标准转换格式（RINEX）：
利用TGO（TrimbleGPSOffice）所提供的转换功能将下载的原始数据（rawdata）转换成RINEX格式。
注意：
TGO的转换可直接改成垂高；而利用DAT2RIN.EXE所转换者，须利用文字处理软件将.xxN文件打开更改天线高为垂高。
（7）资料检核：
测量最重要的就是数据的正确性，因此在最后外业交付内业的最后阶段，必须再次确认各项数据是否有误，检核后将下列各档案移交内业人员：
①当日计划时段表：
交付网形、时段规划者。
②测站手簿、实际观测时段表、下载磁性数据（rawdata及RINEXdata）：
交付内业计算人员。
6.3CPⅠ网的计算
6.3.1GPS网的特征值
①理论最小观测时段数
理论最小观测时段数是在满足所规定的重复设站次数要求的前提下，完成GPS网外业理论上所需的最小观测时段数。
该GPS网由12个点组成，要求每点重复设站不少于3次，拟采用4台GPS接收机进行观测，则该网的理论最小观测时段数Smin为：
Smin=ceil（12*3/4）=9
式中，ceil（）为天花板函数，作用是对实数进行向上取整，即得出绝对值比自变量绝对值大的最小整数。
②设计时段数
按照设计的外业观测方案完成GPS网的观测所需的观测时段数，称为设计时段数，用符号SD表示。
此次观测取
SD=12
③基线总数
在一个时段中用4台接收机进行同步观测共可获得同步观测基线4（4-1）/2条，完成该GPS网的外业观测用了12个时段，则所测得的基线总数（含非独立基线）BA为：
BA=12*4*（4-1）/2=72
④独立基线总数
采用4台接收机进行观测，每个时段中可测定的独立基线向量仅为4-1条，故在该GPS网中，独立基线向量的总数BI为：
BI=12*（4-1）=36
⑤必要基线数
GPS网的必要基线数指的是确定网中所有点之间相对关系所必须的基线向量数。
在由n个点组成的GPS网中，最少仅需n-1条基线向量就可确定出所有点之间的相对关系（如取其中一点作为基准站，以其为中心用n-1条基线向量将剩余的点联系起来）。
因此，该GPS网的必要基线向量数BN为：
BN=12-1=11
⑥多余基线数
GPS网的多余基线数BR为：
BR=BI-BN=36-11=25
6.3.2GPS网的效率指标
建立一个GPS网时，在点数、接收机数和平均重复设站次数确定后，则完成该网测设所需的理论最小观测时段数就可以确定。
但是，当按照某个具体的布网方式和观测作业方式进行作业时，要按要求完成整网的测设，所需的观测时段数与理论上的最小观测时段数或有所差异，理论最小观测时段数与设计观测时段数的比值，称之为效率指标（e），即
其中：
Smin为理论最小观测时段数；SD为设计观测时段数。
6.3.3GPS网的可靠性指标
GPS网的可靠性可以分为内可靠性和外可靠性。
所谓GPS网的内可靠性就是指所在建立的GPS网发现粗差的能力，即可发现的最小粗差的大小；GPS网的外可靠性就是指GPS网抵御粗差的能力，即未剔除的粗差对GPS网最终成果造成的不良影响的大小。
在实际的GPS网的设计中，可采用一个计算较为简单的反映GPS网可靠性的数量指标，这个可靠性指标就是整网的多余基线数与独立基线总数的比值，称为整网的平均可靠性指标（η），即
该数值越大，可靠性越高。
6.3.4GPS网的外业进度估算
影响GPS外业进度的主要因素包括GPS网的规模和等级，拟采用的GPS接收机的数量，拟采用的车辆的数量，迁站所耗费的时间以及日工作时间等。
将最少观测时段数Smin除以每天计划观测时段数SP，就可计算出最少工作天数dmin，即
加上作业期间的休息日d，并考虑由于实际作业时为了保证网形结构在某些点上观测时段数超出所要求的平均重复设站次数，以及为了应付不可预期的情况而增加的额外工作天数di，就可以计算出预期完成项目（外业观测）所需的天数de，即
de=dmin+d0+di=3+1+1=5
6.3.5GPS网的基线解算
方案拟4台接收机，设计时段数为12，故同步环个数为：
（4-2）*（4-1）/2*12=36
同时，基线向量解算应符合下列规定：
1）同一时段观测值的数据剔除率宜小于10％；
2）同一基线不同时段重复观测基线较差应满足：
——基线弦长标准差（mm），
式中a——固定误差（mm）
b——比例系数误差（mm/km）
d——相邻点间距离（km）
3）由若干条独立基线边组成的独立环或附和路线各坐标分量（Wx，Wy，Wz）及全长闭合差Ws应满足：
n——闭合环的边数
6.3.5GPS网平差
先进行基线自由网平差，然后以CP0为约束条件进行约束平差，具体解算精度要求见表6-6。
表6-6B级GPS网精度指标
等级
固定误差
a
（mm）
比例误差系数
b
（mm/km）
约束点间的
边长相对中误差
约束平差后
最弱边边长相对中误差
基线边方向中误差
（″）
B级
≤5
≤1.3
1/250000
1/180000
≤1.3
7高程控制网建立
城市和工程建设高程网一般按水准测量方法来建立。
为了统一水准测量的规格，考虑城市和工程建设的特点，城市和工程测量技术规范规定：
水准测量依次分为二、三、四等3个等级。
城市和工程建设水准测量是各种大比例尺测图、城市工程测量和城市地面沉降观测的高程控制基础，又是工程建设施工放样和监测工程建筑物垂直形变的依据。
本次高程控制网分级进行，首级采用二等水准网，为全线统一的高程控制网，水准点间距离为2km；次级为精密水准网，水准点距离为1km。
测量精度应以中误差衡量，极限误差（简称限差）规定为中误差的2倍。
路基的工后沉降不应大于15mm，不均匀沉降不应大于20mm/m；高速铁路底座浇筑前，底座范围内的桥面标高偏差不应超过-30mm。
水准测量的实施工作程序是：
水准网的图上设计、水准点的选定、水准标石的埋设、水准测量观测、平差计算和成果表的编制。
7.1高程网的布设
水准网的布设需力求做到经济合理，因此，首先要对测区情况进行调查研究,搜集和分析测区已有的水准测量资料，从而拟定比较合理的布设方案。
从北沙畔到马鞍桥总长约30公里，故沿高铁路线每2km布设一个水准点，共布设15个点。
布设原则：
①水准路线应尽量沿坡度小的道路布设，以减弱前后折光误差的影响。
尽量避免跨越河流、湖泊、沼泽等障碍物。
②水准路线若与高压输电线或地下电缆平行，则应使水准路线在输电线或电缆50m以外布设，以避免电磁场对水准测量的影响。
③布设首级控制网时，应考虑便于进一步加密。
④水准网应尽可能布成环形网或结点网，个别情况下亦可布设成附和路线。
水准点间的距离：
一般地区为2~4km；城市建筑区和工业区为1~2km。
⑤应与国家水准点进行联测，以求得高程系统的统一。
⑥注意测区已有水准测量成果的利用。
布设流程：
（1）实地选线和选点。
在进行实地选定水准路线和水准点位置时，除了要考虑上述要求外，还应注意使水准路线避开土质
升级会员 