铁路客运专线控制测量Word格式.docx
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（一）平面控制测量25
（二）高程控制测量27
第三篇精测网复测及施工控制网加密31
第一部分精测网复测31
（一）一般规定31
（二）基础平面控制网CPⅠ复测31
（三）数据处理35
（四）线路控制网CPⅡGPS复测39
（五）线路控制网CPⅡ导线复测39
（六）高程控制网复测42
（七）提交的测量成果报告43
第二部分施工控制网加密44
（一）编制依据及技术标准44
（二）平面GPS加密方法与精度要求44
（三）平面控制网导线加密测量实施方案46
第一篇坐标系统与数据处理
第一部分高程控制网
（一）高程基准与高程控制网
a）大地水准面和大地体
任意自然静止的液体表面都构成一个水准面。
水准面在物理意义上属于一个重力位等位（等势）的表面。
b）高程起算基准
地面点到大地水准面的高程，称为绝对高程。
我国大地水准面的确定是通过在我国东部黄海沿岸设有多个验潮站（浙江坎门，吴淞口，青岛，大连），并根据多年的验潮资料来确定平均海水面（大地水准面）的。
黄海平均海水面是我国高程的起算面。
1956年在青岛设立了水准原点，其他各控制点的绝对高程都是根据青岛水准原点推算的，称此为1956年黄海高程系。
1987年国家测绘局公布：
中国的高程基准面启用《1985国家高程基准》取代国务院1959年批准启用的《黄海平均海水面》。
《1985国家高程基准》比《黄海平均海水面》上升0.0286m。
设在青岛的大地水准原点在1956年黄海高程系统中的绝对高程值是72.289m，在1985年国家高程系统中的绝对高程值是72.2604m。
c）高速铁路精密水准控制
我国国家水准控制网共进行三期建设：
Ø
第一期，1976年以前完成，以1956年黄海高程系统为基准的一、二等网完成。
第二期，1976年至1990年完成，以1985年国家高程系统为基准的一、二等水准网完成。
第三期，1990年后进行的国家一等水准网的复测和局部地区二等水准网加密。
国家一等水准网共布设289条路线，总长度93360km，全网有100个闭合环和5条单独路线，共埋设固定水准标石2万多座。
国家二等水准网共布设1139条路线，总长度136368km，全网有822个闭合环和101条附合路线和支线，共埋设固定水准标石33000多座。
国家一二等水准网分等级平差，一等水准网先将大陆的进行平差，再求海南岛的结果。
二等是以一等水准环为控制进行平差计算的。
《客运专线无碴轨道铁路工程测量暂行规定》对高速铁路的高程控制测量作了规定：
全线应按国家二等水准测量精度要求施测，建立水准基点控制网；
在CPIII平面控制网布点完成后，按精密水准测量精度（界于国家二、三等水准测量精度之间）要求施测，建立CPIII高程测量。
（二）水准测量的质量控制与成果分析
a）外业的数据质量控制
该部分工作主要用以确认外业水准测量所采集的观测数据的有效性。
只有在外业水准观测数据有效的情况下，才可以进行整网或分段的水准平差数据处理。
外业的水准测量数据的有效性确认包括：
投入使用的仪器设备是否满足规定、具体一个测站的测量操作程序和数据检校是否满足规定、具体一个测段的测量操作程序和数据检校是否满足规定。
相应规定可从国家二等水准测量规范和暂规中获取。
不满足规定要求的测站、测段必须重新按要求进行观测。
具体的规定要求摘录如下：
二等水准测量测站观测顺序为：
往返测为“后—前—前—后”，
水准测量所使用的仪器及水准尺，应满足：
“水准仪视准轴与水准管轴的夹角，DS1级不应超过15″；
水准尺上的米间隔平均长与名义长之差，对于因瓦水准尺，不应超过0.15mm，对于双面水准尺，不应超过0.5mm；
二等水准测量采用补偿式自动安平水准仪时，其补偿误差不应超过0.2″”。
观测读数和记录的数字取位应满足：
“使用DS05或DS1级仪器，应读记至0.05mm或0.1mm；
使用数字水准仪应读记至0.01mm”。
其它要求见下图表
b）内业的数据质量控制
经检查，各项技术指标均合格的整网或分段的水准观测数据才可以进行内业的平差数据计算、处理。
水准基点控制网应以国家一等水准点为起算数据，采用固定数据平差和1985国家高程基准；
CPIII高程控制点应附合于水准基点控制网上，采用固定数据平差。
水准基点测量和CPIII控制点高程测量工作应在全线测量贯通后进行整体的严密平差。
水准测量有不同于平面控制网观测，它有自已的特点：
观测精度高，工作量大，难于多次重复。
一般水准测量只进行往返测，取往返测（符合要求的）高差平均作为高差的最或是值。
当评定这种最或是值的精度时，也只有往返测高差之差可以被利用，它反映了水准测量各种误差共同作用的结果，具有真误差的性质。
它们含有偶然误差的影响也含有系统误差的影响。
系统误差具有累积的特性。
根据对一些实验性（多次重复）水准测量进行统计分析有如下结果：
“按照现行往返测规范作业，往返测高差平均值中的系统误差影响会随着测线的加长而减少。
根据实验结果，在300km长的测线上，其值不会大于（±
0.01~0.02）mm/km。
这是由于在较长的线路上系统误差会有更多机会得到抵消或减弱，不会朝一个方向无止境地系统的累积起来，所以对高差的影响不会很大。
基于这样思想，目前既然还无法正确计算系统误差，因而也就没有必要去计算什么系统误差”。
在短距离，如一个测段的往返测高差之差Δh中，偶然误差肯定得到反映，虽然也不排除有系统误差的影响，但由于距离短，系统误差毕竟很小，所以用测段的往返测高差之差Δh来估算偶然中误差还是可行的。
同时，对于闭合环，由往返测平均高差所形成的闭合差W也具有真误差的性质，反映了高差平均值中的偶然误差，也必然反映着系统误差，包含着这两种误差的综合反映，可叫全中误差。
因而用环形闭合差W来估算全中误差。
因此，水准测量作业结束后，每条水准路线应按测段往返测高差不符值计算偶然中误差MΔ；
当水准网的环数超过20个时，还应按环线闭合差计算全中误差Mw。
MΔ和Mw应符合下图表的规定，否则应对超限的路线进行重测。
满足要求的技术规定，表明该水准测量精度是合格的，可根据需要或要求进行成果分析和采用。
MΔ和Mw按下列公式计算
要注意在实际水准测量中，使用高精度仪器进行低等级水准观测的问题。
在这种情况下，如果计算得到的中误差没有达到仪器应有的标称精度，则应该怀疑仪器的工作状况是否正常，即使水准等级的精度指标满足了，对水准成果的采用仍然应该慎重。
因为一台工作不正常的仪器，提供的观测数据是不可靠的。
c）高程测量成果的分析
这部分工作主要针对复测和检测。
为了保证控制点提供的高程基准的正确性，在工程建设的过程中，经常需要对已有高程控制点的复测和检测，确保高程控制点的稳定。
常用的方法有两种：
高差比对和高程比对。
高差比对用以比较分析相同高程点之间的高差，可以反映出地表相对高程变化；
高程比对用以比较分析相同高程点的高程，可以反映出地表整体的高程变化。
无论那种比对方式，只有在比对差异超出相应等级水准测量精度的限差指标时，才能说这种高差或变化是显著的，并考虑更新高程成果。
否则，应沿用原高程成果。
第二部分平面控制网
（一）位置基准与坐标系
a）参考椭球
地球的真实表面是凹凸不平的自然连续表面，其难以用规则的数学描述来表征它的形态，这不利于对地表点位的准确描述和确定。
但是，总体来看，地球近似为一个椭球体。
因而，人们用一个椭圆绕其自身短半轴旋转而形成的旋转椭球体来近似地替代地球的真实形状。
旋转椭球体与地球形体非常接近，旋转椭球面是一个形状规则的数学表面，在其上可以做严密的计算，而且所推算的元素（如长度与角度）同真实地球表面上的相应元素十分接近。
这种用来代表地球形状的旋转椭球称为大地椭球。
地球椭球体表面是一个规则的数学表面。
我国涉及使用的参考椭球形状参数
仅仅确定大地椭球的形态，还不足以准确表述地表点位的相对和绝对关系，还需要确定大地椭球和地球真实形体之间的相对位置关系（椭球定位和定向）。
居于各国（地区）不同的地理位置和地貌情况，目前世界上采用的参考椭球有很多个。
我国的54北京坐标系和80西安坐标系使用的参考椭球采用局部定位模式，而GPS全球定位系统的WGS-84坐标系使用的参考椭球采用地心定位模式。
b）坐标系
所谓坐标系，包含两方面的内容：
一是在把大地水准面上的测量成果化算到椭球体面上的计算工作中，所采用的椭球的大小形状；
二是椭球体与大地水准面的相关位置不同，对同一点的地理坐标所计算的结果将有不同的值。
因此，选定了一个参考椭球，就确定了一个坐标系。
以参考椭球为基准的坐标系叫做参心坐标系。
参心坐标系可分为空间直角坐标系和大地坐标系两种，它们都与地球体固连在一起，与地球同步运动因而又称为地固坐标系。
以地心为原点的地固坐标系则称地心地固坐标系，主要用于描述地面点的相对位置。
空间直角坐标用（x,y,z）表示，大地坐标用（B,L,H）表示，它们之间可以方便的相互转换。
不同的坐标框架的建立可以是因为参考椭球形态选用不相同，也可以是参考椭球的定向、定位不相同。
我国的两种坐标系统的框架相对固定。
GPS定位系统采用的坐标框架有周期的更新，但参考椭球参数没有变化，只有定向上的细微变化，除非高精度的全球定位分析，一般定位情况下对各坐标框架不做区别而是笼统地称为WGS-84坐标框架。
不同的坐标框架之间可以通过转换参数实现其内坐标系的变换。
任意一个坐标系都是在一定的坐标框架下，通过一定的方式（空间三维、大地坐标、高斯平面坐标）来描述点位的绝对和相对位置的。
方式的不同，决定了坐标系的种类不同。
c）我国高铁平面精测网采用的坐标系
高速铁路平面精密控制网涉及使用的坐标系有：
1954北京坐标系、1980西安坐标系、WGS-84坐标系。
WGS-84坐标系
该坐标系是一个协议地球参考系（CTS-ConventionalTerrestrialSystem），其原点是地球的质心，Z轴指向BIH1984.0定义的协议地球极（CTP-ConventionalTerrestrialPole）的北方向，X轴指向BIH1984.0零度子午面和CTP赤道的交点，Y轴和Z、X轴构成右手坐标系。
WGS-84椭球采用国际大地测量与地球物理联合会第17届大会大地测量常数推荐值。
自1987年1月10日之后，GPS卫星星历均采用WGS-84坐标系统。
因此GPS网的测站坐标及测站之间的坐标差均属于WGS-84系统。
为了求得GPS测站点在某一国家或地区的坐标系中的坐标，就必须进行坐标系的转换。
我国高速铁路平面精密控制网在坐标形式的采用上，空间直角坐标或大地坐标只是在提供首级或次级控制点成果时使用。
具体到工程建设，因为使用的直观和习惯性，一般均采用高斯平面直角坐标。
我国高速铁路平面精密控制网在坐标系统的采用上，因为各省市的基础地图资料均采用54北京或（和）80西安坐标系，高速铁路在建设过程中因土地征用，以及铁路建设需要和当地市政规划相协调一致的原因，需要提供铁路线路范围内的54北京或80西安坐标。
但是，作为高速铁路工程建设中对平面点位高精度的需要，并不直接使用54北京或80西安坐标作为工程建设的施工放样，而是使用具有更高内符合精度的WGS-84坐标来进行。
这是因为：
高速铁路平面精密控制网大量使用GPS定位技术，直接获取的成果坐标就是WGS-84坐标（三维空间坐标、大地坐标或高斯平面直角坐标）；
国家三角点成果通常只能获取54北京或80西安坐标框架下的高精度高斯平面直角坐标，或大地经、纬度。
由于准确的大地高数值的缺失，使得WGS-84和54北京（或80西安）坐标系之间的转换参数不能精确确定。
工程建设可以采用独立的坐标系统，为了保证GPS定位技术获得的平面精测网的内符合高精度，适宜直接采用WGS-84坐标进行施工建设，避免坐标转换带来的精度损耗。
但是，同时应提供相应的54北京或80西安坐标供地方部门参考。
d）坐标转换
同一坐标系内，空间三维直角坐标、大地坐标和高斯平面直角坐标这三种不同坐标表达形式之间可以方便地进行转换。
不同坐标系之间，也可以通过参数转换和椭球投影转换进行坐标数值的转变。
（二）GPS定位与平面控制网布设
a）GPS定位技术
GPS全球定位系统是由美国国防部的陆海空三军在70年代联合研制的新型卫星导航系统。
该系统是以卫星为基础的无线电导航定位系统具有全能性（陆地、海洋、航空和航天）、全球性、全天候、连续性和实时性的导航定位功能，能为各类用户提供精密的三维坐标。
GPS的定位原理实质上就是测量学的空间测距定位，利用在平均20200km高空均匀分布在6个轨道上的24颗卫星发射测距信号码和载波，用户通过接收机接收这些信号，测量卫星至接收机的距离，通过一系列方程演算便可知地面点位坐标。
GPS测量误差源有GPS信号的自身误差（包括轨道误差（星历误差）影响，GPS信号的传输误差，包括太阳光压，电离层延迟，对流层延迟，多路径传播和由它们影响或其他原因产生的周跳）和GPS接收机的误差（主要包括钟误差，通道间的偏差，锁相环延迟，码跟踪环偏差，天线相位中心偏差等）。
由GPS测量的误差源可以看出：
“GPS网的设计已免除了测角、边角同测和测边网等的传统要求。
它不需要点间通视，也不需要考虑布设什么样的图形，也就更不需要考虑图形强度，不需要设置在制高点上（哪里需要就可以设置在哪里）”。
所以GPS网的设计是非常灵活的。
但也应注意以下几个问题：
除了特殊需要，一般GPS基线长度相差不要过大，这样可以使GPS测量的精度分布均匀；
GPS网不要有开放式的网型结构，应构成封闭式闭合环和子环路；
应尽量消除多路径影响，防止GPS信号通过其他物体反射到GPS天线上，因此应避开强反射的地面，避开强反射环境，如山谷、山坡、建筑物等；
避开强电磁波干扰，设站应远离高压线、雷达站、电台、微波中继站等。
GPS观测作业的主要特点如下：
GPS观测站之间无需地面通视。
定位精度高。
现已完成的大量实验表明，目前在小于50km的基线上，其相对定位精度可达1~2×
10-6，而在100km~500km的基线上可达10-6~10-7。
随着观测技术与数据处理方法的改善，可望在大于1000km的距离上，相对定位精度可达到或优于10-8。
观测时间短。
目前，利用经典的静态定位方法，完成一条基线的相对定位所需要的观测时间，根据要求的精度不同，一般约为1~3小时。
为了进一步缩短观测时间，提高作业速度，近年来发展的短基线（例如不超过20km）快速相对定位法，其观测时间仅需数分钟。
提供三维坐标。
GPS测量，在精确测定观测站平面位置的同时，可以精确测定观测站的大地高程。
GPS测量的这一特点，不仅为研究大地水准面的形状和确定地面点的高程开辟了新途径，同时也为其在航空物探，航空摄影测量及精度导航中的应用，提供了重要的高程数据。
操作简便。
GPS测量的自动化程度很高，在观测中测量员的主要任务只是安置并开关仪器，量取仪器高，监视仪器的工作状态和采集环境的气象数据，而其它观测工作，如卫星的捕获，跟踪观测和记录等均由仪器自动完成。
另外，GPS用户接收机一般重量较轻，体积较小，因此携带和搬运都很方便。
全天侯作业。
GPS观测工作，可以在任何地点，任何时间连续地进行，一般也不受天气状况的影响。
GPS测量的实施和所用接收系统硬件与软件的发展水平密切相关，所以，关于GPS测量工作的作业细节，用户还须按国家有关部门颁发的GPS测量规范，以及所用GPS接收系统的操作说明书执行。
GPS测量工作可分为外业作业和内业两大部分。
其中，外业工作主要包括，选点（即观测站址的选择）、建立测站标志、野外观测作业以及成果质量检核等工作；
内业工作主要包括，GPS测量的技术设计、测后数据处理以及技术总结等。
如果按照GPS测量实施的工作程序，则大体可分为这样几个阶段：
网的优化设计；
选点与建立标志；
外业观测；
成果检核与处理。
b）平面控制网布设
按暂行规定，我国高铁精密平面控制网分三级布设，实践中按四级进行布设。
它们是：
坐标基准控制网（CP0）、基础平面控制网（CPI）、线路控制网（CPII）和基桩控制网（CPIII）。
为了保证勘测、施工、运营维护各阶段平面测量成果的一致性，各阶段的平面控制测量应共同使用同一个GPS平面位置基准，该位置基准由CP0确定。
CP0的建立采用GPS定位技术实现，具体技术标准执行国家“B”级GPS控制网的标准，只是在点间距上相对加密以满足铁路工程建设的需要。
CPI主要为勘测、施工、运营维护提供坐标基准。
当前所有的高铁精密平面CPI控制网均采用GPS定位技术实现，具体技术标准按暂规执行。
CPII主要为勘测和施工提供控制基准。
当前高铁精密平面CPII控制网主要采用GPS定位技术实现，在极少观测条件受限制地点也采用全站仪光电导线方式实现。
具体技术标准按暂规执行。
CPIII主要为无碴轨道铺设和运营维护提供控制基准。
目前，CPIII的建立均采用全站仪自由设站的方式进行。
其在观测方式上区别于我国传统的全站仪观测方法，但在数据的处理上属于测边网平差。
其观测的具体精度指标按暂规执行。
（三）数据质量控制与成果分析
平面控制测量广泛地采用GPS定位技术，其属于自动化程度很高的观测手段。
数据自动记录，并在相应服务软件的支持下自动进行数据的后处理。
对GPS数据观测质量的检查关系到平面控制点成果的可靠性，必须足够重视。
检查内容主要包括：
投入使用的仪器设备是否满足规定、记录手薄是否完整和准确、数据剔除率是否满足要求、同步和异步观测基线的联接方式是否合理、同步基线解算方法是否恰当、异步基线的重复性较差是否满足要求、同步环和异步环基线的组成是否合理和全面以及其闭合差是否满足规定要求、自由网平差后点位的绝对精度和相对精度是否达到相应级别的控制网精度要求。
相应规定可从国家GPS测量规范、铁路GPS测量规范、以及暂规中获取。
不满足规定要求的基线或基线环必须重新按要求进行观测。
具体地检查项目细分为：
仪器的标称精度指标是否满足相应等级GPS测量的精度要求，仪器是否检定合格；
外业观测记录手薄中的观测时段信息、仪器高、点名和点号信息等是否和观测数据文件相符合；
数据同步观测时间是否有效并达到规定要求；
通过数据平滑、粗差剔除等数据预处理手段，剔除的数据比率是否满足规定要求；
单基线或多基线解算得到的重复观测基线的较差是否满足相应等级GPS测量的精度要求；
单基线解算条件下，要进行同步闭合环（一般为三角形，对环的最大边数，相应等级GPS测量规范有限制）的闭合差检查，要求满足相应等级GPS测量的精度要求；
（多基线解算条件下，不需要进行同步环闭合差检查）
进行异步环（一般为三角形，对环的最大边数，相应等级GPS测量规范有限制）闭合差检查，要求闭合差满足相应等级GPS测量的精度要求；
进行GPS自由网平差计算后，要对绝对点位中误差和相对点位误差进行检查，要求精度满足相应等级GPS测量的要求。
对于采用全站仪进行观测的数据，需要进行的数据质量检查有：
一测站一测回内的各项限差指标是否满足（角度半测回较差、方向观测的归零差、长度多次观测读数互差）、一测站多测回内的各项限差指标是否满足（角度测回间较差、长度测回间较差）、角度闭合差和坐标闭合差是否满足要求、导线全长相对闭合差是否满足要求。
相应规定可从暂规中获取。
不满足规定要求的测站必须重新按要求进行观测。
只有在上述数据质量控制的所有检查都合格的条件下，才可以进行GPS基线的约束网整体平差，以及关于导线和边角网的严密平差。
对于GPS控制网的平差计算，应该实行逐级控制。
即CPI以CP0为基准进行约束平差，CPII以CPI为基准进行约束平差。
CPI以CP0为基准进行约束平差时，适宜整网进行平差数据处理。
全网进行平差数据处理有困难时，至少应该保证一个标段（包含2~4个CP0控制点）的范围内进行局部网的整体平差数据处理。
在这种情况下，必须进行标段相连接地带CPI点位的平顺连接性检查，即连接处附近点位的坐标较差必须满足规定要求，点位相对误差也要满足要求。
CPII以CPI为基准进行约束平差可以分段进行，但是相邻地段的CPII也必须进行CPII点位的平顺连接性检查。
在CPI以CP0为基准进行约束平差和CPII以CPI为基准进行约束平差时，适宜在三维空间直角坐标系下进行，然后再进行高斯投影获得平面直角坐标。
考虑到高斯投影变形，只有在沿经度的线路地段（纬度跨度小），方可直接在二维高斯平面直角坐标系下进行。
先进行高斯投影获得平面直角坐标，再进行平面的约束平差处理得到的坐标包含有一定的系统误差（高斯投影变形所引起）。
考虑到CPIII控制点间的相对精度要求较高，实际在采用CPII对CPIII进行控制时，为了维护CPIII的内符合精度，可以采用一点一方向的平差模式。
平差获取的坐标成果，不但要做绝对点位误差的分析和检查，还要做相邻点位间的相对误差检查。
只有上述两项标准都满足的情况下，约束平差的最终成果才可应用于工程实际。
第二篇无碴轨道
一客运专线无碴轨道铁路精密工程测量的概念
1.客运专线无碴轨道铁路精密工程测量
由于客运专线铁路速度高（200~350km/h），为了达到在高速行驶条件下，旅客列车的安全性和舒适性，要求客运专线铁路必须具有非常高的平顺性和精确的几何线性参数，精度要保持在毫米级的范围以内。
相对于传统的铁路工程测量而言，客运专线铁路测量精度高达到毫米级。
其测量方法、测量精度与传统的铁路工程测量完全不同。
我们把适合于客运专线铁路工程测量的技术体系称为客运专线铁路精密工程测量；
2.客运专线无碴轨道铁路精密工程测量的内容
客运专线无碴轨道铁路精密工程测量的内容包括：
（1）客运专线铁路平面高程控制测量
（2）线下工程施工测量
（3）轨道施工测量
（4）运营维护测量
3.客运专线无碴轨道铁路精密工程测量的技术标准
《客运专线无碴轨道铁路工程测量暂行规定》（铁建设[2006]189号）
二传统测量与无碴轨道铁路精密工程测量的比较
（一）传统的铁路工程测量方法
1.由于过去我国铁路建设的速度目标值较低，对轨道平顺性的要求不高，在勘测、施工中没有要求建立一套适应于勘测、施工、运营维护的完整的控制测量系统。
各级控制网测量的精度指标主要是根据满足线下工程的施工控制要求而制定，没有考虑轨道施工和运营对测量控制网的精度要求，其测量作业模式和流程如下：
初测—
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