新建衡茶吉铁路鹅岭隧道精密工程控制网技术总结报告131.docx

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新建衡茶吉铁路鹅岭隧道精密工程控制网技术总结报告131

新建衡茶吉铁路鹅岭隧道

精密工程控制网

技术总结报告

中铁隧道勘测设计院有限公司

二〇一三年一月

新建衡茶吉铁路鹅岭隧道

精密控制网成果书

1．概述

1．1工程概况

新建衡茶吉铁路自衡阳市京广铁路茶山坳车站引出，往东经安仁、茶陵、经炎陵、宁冈进入江西境内设宁冈站距宁冈县城约2km，然后经新城，穿鹅岭隧道，至井冈山市接入井冈山铁路井冈山市站。

1．2控制网状况

鹅岭隧道CPI控制点布设在隧道进出口附近，共计4个（CPI001～CPI004），联测G124，G126，G176，D53，D13，D55，GPS001，TD1，TD2，TD3，TD4。

2．执行的主要技术规范、标准

2．1主要技术规范

（

）《高速铁路工程测量规范》（TB10601-2009）

（2）《精密工程测量规范》（GB/T15314-94）

（3）《全球定位系统（GPS）测量规范》（GB/T18314-2009）

2．2依据及参考资料

中铁隧道勘测设计院有限公司《衡茶吉铁路鹅岭隧道内CPII及CPIII精密工程控制测量网术方案》

3、工作内容

鹅岭隧道CPI控制点的平面测量工作。

3．1内容

（1）CPI控制网测量；

3．2测量精度

根据规范要求，本次控制网测量按以下精度施测：

（1）基础控制网CPI按二等精度要求进行；

3．3测量时间

2013年01月15日～2013年01月30日

4．平面坐标系统

平面采用西安80坐标系。

中央子午线经度：

114°00′00″；投影面大地高：

265m。

5．CPI控制网测量

5．1点位现状分析

控制网测量前首先进行现场勘查，检查标石的完好性，经现场勘查，控制点保存完好，满足测量要求。

5．2CPI控制网作业方法

本次测量CPI控制网，全网采用边连接形式构网，由多个重叠大地四边形组成。

相邻同步环之间由2个公共测站相连，每个同步环至少由4个测站组成；CPI每时段至少观测90分钟。

5．3外业数据采集

为保证测量精度，本次GPS控制网外业数据采集使用中海达V8型GPS接收机初测，又采用天宝R6型GPS接收机GPS接收机复测，GPS接收机的静态定位标称精度为±（5mm+1ppm×D）。

作业前，接收机按规定进行检验，所有仪器均经过国家鉴定部门鉴定并在有效期内。

观测时严格按《高速铁路工程测量规范》中控制网精度要求执行，并参照《全球定位系统（GPS）测量规范》要求。

采用静态定位技术施测，同步作业图形之间采用边联结的方式，并做到有较强的图形结构，确保该网的高精度和高可靠性。

（1）测量前的准备工作

检查GPS接收机内存数据容量，保证接收机有一定的内存空间。

每天观测前检查GPS接收机和对讲机电池电量，注意充电。

出发前，认真检查GPS主机是否拿错；备用电池、记录纸、笔、测高尺、对讲机、脚架、基座、GPS连接螺旋等必备物品是否忘带。

（2）观测作业基本要求

接到观测任务后，做好观测人员培训和仪器准备工作，检查所用仪器及相关配件的完整与完好性，确保进入测区的正常使用。

为确保“对中”及“整平”的准确性，天线基座使用有精平管水准器和光学对中器的基座，并注意光学对中器的检验校正。

在运输或观测过程中有剧烈震动的基座均在当时或当天予以检校。

在外业观测前按作业技术要求设置好仪器的各项作业技术参数。

作业间歇期间，接收机设有专人维护保管，并在作业前充足电池，将仪器及其附件装于专用仪器箱中。

为保证观测中仪器的安全，仪器管理实行个人负责制，对每台仪器进行编号，自工程开始直至工程结束，每个作业组或作业人员均使用同一台套仪器（包括主机、天线、传输电缆、电池及基座等），做到责任分明。

当出现特殊情况需要重新调配人员时，由调度人员做出统一安排。

观测组严格按调度表规定作业，听从现场调度人员的统一指挥，以保证观测同步进行。

当情况有变化需要修改调度计划时，必须经调度人员同意。

观测时做到人不离岗，观测过程中严密监视电池和接收机情况并记录于外业观测手簿上，以便于内业人员数据处理。

观测人员严格禁止周围无关人员接近甚至触摸仪器，以保护作业人员和仪器的安全进而保证观测的正常进行。

注意仪器各部件的正确连接，禁止在硬度大的粗糙表面上拖拽电缆等违规操作。

搬站时卸下的电缆不要把接头随意安放在地上，以避免泥土、沙子或水把电缆搞坏而影响使用。

每个测站对中整平后对光学对点器旋转180度检查；在两个时段之间不需要搬站的测站均把基座转动180度后重新对中整平，以防止对中整平粗差的出现。

接收机在观测过程中不在其近旁使用对讲机、手机等通讯工具以避免干扰GPS接收机接收卫星信号。

（3）主要作业技术指标

GPS网采用静态定位技术施测，同步作业图形之间采用网连接的方式。

因控制点是线状布网形式，在网形设计时做到：

①至少每个点有3条及以上独立基线相连接；

②GPS独立基线传递必须是边连接，组成大地四边形或多边形连接；

③在选取独立基线构网时，要考虑以邻近点之间的短边传递为佳，每一时段中尽量不选择太长的边。

GPS观测的主要技术指标如下：

同步观测健康卫星数≥6；几何图形强度因子PDOP≤6。

卫星截止高度角为15°；观测时段长度CPIII≥60、分钟CPI≥90分钟；

平均重复设站次数≥2.0；历元采样间隔为15秒；

天线对中精度≤1mm；采用专门的测高尺直接量取3个读数，读数至1mm，互差不大于2mm，取均值作为天线高。

6．GPS网基线结算及精度分析

外业数据采集结束后应对采集数据进行计算并检核观测成果的质量。

利用LGO6.0软件进行内业计算，统计GPS控制网观测值残差及基线向量残差，分析GPS控制网的基线向量网自身的内符合精度。

基线解算结果应满足《全球定位系统（GPS）铁路测量规范》规定的指标要求。

（1）同一时段观测值的数据剔除率宜小于10﹪；

（2）有若干条独立基线边组成的独立环和附和路线各坐标分量（Wx，Wy，Wz）及全长Ws闭合差应满足下式的规定：

Wx≤3

σ，Wy≤3

Wz≤3

σ，W≤3

式中：

n--闭合环边数

Wx、Wy、Wz--坐标分量闭合差

W--环的全长闭合差

σ─标准差，

，a为固定误差，b为比例误差，d为弦长、单位为km，其中a取5mm，b取1ppm。

CPI控制网复测基线向量闭合环闭合差最大值统计见下表：

线路点号

DX闭合差（mm）

DY闭合差（mm）

DZ闭合差（mm）

长度闭合差（mm）

备注

TD1CPI001CPI004

19.80

-14.00

0.30

24.25

合格

闭合差限差

49.84

86.33

由附后的基线向量闭合环闭合差统计数据可知：

本标段CPI控制网复测基线向量所有闭合环闭合差均满足限差要求，所有基线质量合格。

（3）按《全球定位系统（GPS）铁路测量规范》要求，同一基线不同观测时段重复基线较差，应满足下式要求：

ds≤2

式中：

dS--基线较差

σ--相应等级规定的精度

CPI控制网均观测了两个时段，重复观测基线较差最大值见下表：

序号

起点

终点

DX（m）

DY（m）

DZ（m）

S（m）

限差/差值（mm）

CPI002

D53

11017.9771

4618.8800

577.5843

11960.9145

36.6676

CPI002

D53

11017.9931

4618.8939

577.5831

11960.9345

20.0484

合格!

CPI002

D53

11017.9922

4618.8912

577.5909

11960.9330

18.5533

合格!

由附后的CPI重复观测基线较差计算表可知：

CPI控制网复测所有重复观测向量较差均满足规范限差要求，基线解算成果可靠。

7．CPI控制网平差及精度分析

GPS控制网平差采用武汉大学测绘学院研制的“科傻系统（COSA）系列软件之四----“GPS工程测量网通用平差软件包（简称COSAGPS）”进行。

该软件具有功能全面，整体性好，解算容量大，运算速度快，操作简明，使用方便等特点。

对经过外业检验的合格基线，选取独立基线构成GPS基线向量网，进行网的平差计算，且要满足以下规定：

（1）、GPS网三维无约束平差中基线向量各分量的改正数绝对值应满足式：

V△x≤3σ

V△y≤3σ

V△z≤3σ

并提供无约束平差WGS-84坐标系中的空间直角坐标，基线向量及改正数和精度信息。

（2）、用作控制网约束平差的约束点间边长相对中误差应满足相应规范要求。

（3）、约束平差中基线向量各分量改正数与无约束平差同一基线改正数较差的绝对值应满足：

dV△x≤2σ

dV△y≤2σ

dV△z≤2σ

并提供约束平差后相应坐标系的空间直角坐标，基线向量及改正数和精度信息。

（4）、根据独立坐标系投影带的划分，将CPI、CPII控制网的空间直角坐标投影到相应平面坐标投影带中。

式中σ为标准差，

，a为固定误差，b为比例误差，d为弦长，单位为km；其中a取5mm，b取1ppm。

7．1三维无约束平差及精度分析

首先进行三维无约束平差，以检定基线向量网自身的内符合精度及其系统误差和粗差。

控制网的基线向量网自身的内符合精度高，基线向量没有明显系统误差和粗差，基线向量网的质量是可靠的。

当各项要求符合标准后，进行GPS网的三维无约束平差。

检查GPS基线向量网本身的内符合精度。

三维无约束平差计算后的精度统计如下表。

CPI三维无约束平差精度统计表

平差后边长精度

FROM

S（m）

MS（cm）

MS:

ppm

TD2

D53

164.663

0.05

1/342000

2.93

最弱边

坐标点位精度

Name

X（m）

Y（m）

Z（m）

Mx（cm）

My（cm）

Mz（cm）

Mp（cm）

G176

-2345573.8847

5195515.3896

2851944.4303

0.20

0.33

0.23

0.45

最弱点

由CPI控制网三维无约束平差精度统计数据可知：

CPI控制网的基线向量网自身的内符合精度高，基线向量没有明显系统误差和粗差，基线向量网的质量是可靠的，在此基础上可以进行二维约束平差。

7．2二维约束平差及精度分析

二维约束平差时,已有资料表明鹅岭隧道进出口端控制点精度不能满足二等GPS要求，按照《高速铁路工程测量规范》TB10601-2009的要求，无砟轨道施工测量施工控制点精度应为二等GPS，因此对鹅岭隧道进出口两端施工控制点进行复测，以隧道进口端稳固可靠的施工控制点D13为固定点，该点到隧道另一端稳固可靠的施工控制点D53的坐标方位角为固定方向，以“一点一方向”的原则对CPI控制网进行整网约束平差。

约束平差后，得到CPI控制网各控制点在中央子午线114°00′00″和265m高程投影面的坐标系中的坐标，并进行点位及方向的精度评定。

精度统计如下表：

CPI二维约束平差精度统计表

平差后方位角、边长精度

FROM

A（dms）

MA（s）

S（m）

MS（cm）

MS:

ppm

TD2

D53

321.55417

0.92

164.6151

0.08

1/208000

4.79

最弱边

坐标点位精度

Name

X（m）

Y（m）

Mx（cm）

My（cm）

Mp（cm）

G176

2958227.3898

529465.0139

0.25

0.21

0.33

最弱点

二维约束平差后，CPI点间基线最弱边TD2-D53,精度为1/208000，方向中误差最大为0.98″（TD2-D55），基线向量精度完全满足《高速铁路工程测量规范》中CPI最弱边相对中误差≤1/180000、方向中误差≤1.3″的精度要求。

8．结论

本次测量CPI控制点点位稳固、精度可靠，满足《高速铁路工程测量规范》要求。

9．CPI成果

鹅岭隧道（投影面高程265）GPS网成果表

点名

X坐标

Y坐标

备注

D13

2955189.0200

523398.1150

起算点

CPI001

2955430.2391

524231.8546

GPS001

2955348.0543

523757.0470

D53

2956569.1806

512703.1508

TD1

2955353.8044

524856.1245

G176

2958227.3898

529465.0139

CPI002

2955935.5547

524647.3194

D55

2956485.8336

513083.4405

CPI003

2956727.9401

512254.3575

TD4

2957133.6031

511366.1506

CPI004

2957039.3932

512693.4314

G124

2957548.9973

510944.8606

TD3

2956831.1263

511884.3089

G126

2957620.6453

513033.6097

TD2

2956439.5891

512804.6604

10.CPI平差报告

10.1三维无约束平差

------------------------------------------------------------------------------------------------

鹅岭隧道GPS测量投影面高程265三维网平差结果

多余观测数=498

已知点数=1

总点数=15

GPS三维基线向量数=180

中央子午线=114.000000000（dms）

椭球长轴=6378137.000（m）

椭球扁率分母=298.257223563

PVV=215.301（cm^2）

M0=0.658（cm）

------------------------------------------------------------------------------------------------

已知坐标（X,Y,Z）

------------------------------------------------------------------------------------------------

No.NameX（m）Y（m）Z（m）

------------------------------------------------------------------------------------------------

1CPI003-2330157.50155203202.79222850644.5078

------------------------------------------------------------------------------------------------

GPS三维基线向量观测值

------------------------------------------------------------------------------------------------

No.FromToVectorDX（m）VectorDY（m）VectorDZ（m）Distance（m）

------------------------------------------------------------------------------------------------

1CPI001GPS001407.368252.115-59.484482.751

2CPI001D5310736.2084230.4891022.38811584.838

3CPI001GPS001407.367252.115-59.485482.751

4CPI001D5310736.1894230.4941022.40111584.824

5CPI001TD1-579.374-233.409-74.284629.024

6CPI001D13715.471442.806-212.914867.934

7CPI001G176-4240.186-3341.7672462.9115934.013

8CPI001GPS001407.368252.117-59.483482.752

9CPI001TD1-579.376-233.408-74.283629.026

10CPI001G176-4240.198-3341.7672462.9185934.025

11CPI001D13715.473442.802-212.919867.934

12CPI001GPS001407.366252.116-59.483482.750

13CPI002CPI001281.801388.397-444.810654.308

14CPI002GPS001689.168640.513-504.2941067.483

15CPI002D5311017.9934618.894577.58311960.935

16CPI002D5311017.9924618.891577.59111960.933

17CPI002CPI001281.797388.410-444.805654.312

18CPI002GPS001689.164640.525-504.2911067.487

19CPI002TD1-297.574154.998-519.097618.091

20CPI002D13997.269831.214-657.7301455.359

21CPI002D13997.267831.218-657.7301455.360

22CPI002TD1-297.577155.003-519.095618.092

23CPI002D5510652.0014505.857507.21111576.923

24CPI002D5311017.9754618.889577.57311960.915

25CPI002CPI001281.791388.409-444.807654.310

26CPI002TD1-297.583155.001-519.090618.090

27CPI002D13997.263831.216-657.7211455.352

28CPI002G176-3958.395-2953.3612018.1025335.163

29CPI002GPS001689.158640.526-504.2901067.484

30CPI002G176-3958.402-2953.3622018.1105335.172

31CPI002D13997.272831.208-657.7291455.358

32CPI002TD1-297.577154.998-519.093618.089

33CPI002CPI001281.799388.405-444.810654.313

34CPI002GPS001689.165640.521-504.2921067.486

35CPI002D5311017.9774618.880577.58411960.914

36CPI002D5510652.0044505.846507.22311576.922

37CPI003TD4883.248199.905365.249976.471

38CPI003TD4883.246199.903365.248976.469

39CPI004TD41230.257500.05383.5421330.626

40CPI004G1241695.684490.519448.9181821.395

41CPI004TD3701.681413.313-186.763835.502

42CPI004CPI003347.010300.148-281.707538.390

43CPI004G1241695.684490.518448.9171821.394

44CPI004TD41230.256500.05183.5411330.624

45CPI004CPI003347.010300.147-281.708538.390

46CPI004TD3701.683413.311-186.765835.504

47CPI004TD3701.682413.311-186.762835.502

48CPI004D53-92.995185.002-422.310470.340

49CPI004CPI003347.009300.148-281.707538.389

50CPI004D53-92.996185.002-422.310470.340

51CPI004CPI003347.010300.147-281.709538.391

52CPI004TD3701.682413.311-186.761835.502

53CPI004CPI002-11110.989-4433.889-999.89712004.718

54CPI004CPI001-10829.198-4045.482-1444.70011650.090

55CPI004GPS001-10421.830-3793.367-1504.18511192.263

56CPI004D53-92.993185.004-422.313470.343

57CPI004CPI001-10829.182-4045.485-1444.71311650.078

58CPI004GPS001-10421.815-379

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