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摘要：高速铁路作为现代社会的一种运输方式，具有运行速度快、运输能力强等特点。因此，高速铁路必定为我国经济社会又好又快发展提供重要支撑及保障。我国高速铁路工程测量技术研究是伴随着无砟轨道工程的建设而开展的，以时速大于200km的高速铁路的控制网测量体系。基于此，本文重点探讨了高速铁路施工GPS平面控制网的测量技术。
关键词：高速铁路；GPS平面控制网；测量技术
全球定位系统（GPS）测量技术主要由空间卫星星座、地面监控系统和用户设备三部分组成。GPS导航定位主要是通过接收卫星发射出来的无线电信号实现的。由于GPS平面控制测量网具有整体性，信号传输快，数据稳定，点位之间不通视，数据解算精密程度高等优点，因此在高铁的建设中需要用高精密的测量成果做技术保障，如今，在高铁施工中GPS平面控制网测量技术已逐渐取代了传统的测量技术。
一、GPS技术基本工作原理
GPS测量的基本工作原理是选用两台或大于两台的设备，将GPS接收机放置在测量基线，要保证一端有一台设备，并让设备同时同步的观察同一台卫星。要把GPS卫星和用户接收机天线之间距离，也可以是二者之间的距离差观察清楚，并把观察的结果作为定位的基础，确定基线端点的位置，主要就是在协议地球坐标系中的所处位置，还包括和基线间的向量分析。通过GPS平差软件进行计算，在计算时一定要注意精确度，计算所获得的基线，在WGS84坐标系统下再次计算，根据之前掌握的控制点采取平差计算，从而计算出控制点的具体坐标。GPS定位的主要方法有载波相位测量法和伪距法。
二、GPS技术在高铁线路控制网中的应用
GPS在高铁施工中技术应运主要表现在全线控制网布控，线内的长大隧道，大跨桥梁等特殊及重点结构物的独立网控制布设，全线的施工测量以及有砟轨道和无砟轨道测控。尤其是无砟轨道对基础要求较高，一旦基础变形下沉，修复比较困难，在铺设轨道时，若各施工环节的连接问题处理不好，可能使轨道平顺性达不到设计要求，最终导致无砟轨道铁路不能按设计时速运营，因此在测量精度方面要求非常高。为了适应高速铁路高速行车的平顺性和舒适性的要求，高速铁路轨道必须具有较高的铺设精度，甚至精度要保持到毫米级范围内，这就凸显了GPS可靠稳定的数据传输能力和精密解算的数据处理能力。全球定位系统（GPS）测量与传统测量相比具有很大的优势，采用GPS技术进行线路控制测量比常规的方法适应性强。首先，GPS网形构造简单，点的疏密和边的长短可灵活选取，即使离已知控制点较远也可即使离已知控制点较远也可以连接，并可以进行控制网的定位与定向。另外，它解决了点位之间无法通视的困难，选点灵活，同时还可以保证外业观测不受天气影响。GPS点位精度高、误差分布均匀，不但能够满而且具有较大的精度储备。采用GPS测设高速铁路控制点与常规测量方法相比，效率可提高一倍以上，并能大幅度降低作业人员的劳动强度。
三、高速铁路GPS控制网测量技术
1、整体控制网布设方案。
1）基准网和CPI是采用B级GPS静态测量指标布设的，其中基准网点间间距一般50～100km左右设置一站。CPI控制网应按要求沿线路走向布设，并附合于基准控制网上。控制点宜设在距线路中心50～1000rn范围内不易被施工破坏、稳定可靠、便于测量的地方。点位布设宜兼顾桥梁、隧道及其他大型建筑物布设施工控制网的要求。完成后，应现场填写点位说明，丈量标石至明显地物的距离，绘制点位示意图，并按要求作好点标记。CPI在联测基准网点的基础上，一般按3～4km布设一个单点，困难地段点间间距不得小于10m，同时应在特长隧道进出口和特大桥附近应增设CPI控制点。CPI网的邻点应尽可能通视，每个控制点至少保证有1个相邻的通视方向，或增方向辅助点，以达到“三网合一”的目的；控制点的点位以便于加密布设CPI导线和施工、运营检测需要为原则沿线路布设。为了与国家坐标或地方坐系建立关系，CPI控制网至少应联测3个国家或城市控制点，以便确定相互的转换关系。
2）CPⅡ可同时使用全站仪建立附合导线和C级GPS静态测量两种形式布设。点间距或导线间的距离一般为500～1000m，困难地段不短于600m。沿路走向布设网点，网点应选在离线路中线50～100m，观测条件较好的地方。
3）CPⅢ应在联测CPⅡ的基础上，平面采用沿线路两侧布设五等导线测量的法进行施测，高程控制是在联测一等水准或国家二级以上水准点的基础上，布设三等水准。其控制点一般采用在墙体侧面嵌入螺栓或桥梁点防护墙上方埋点的方式，其中嵌入墙体侧面的点位和高程位置均为轨道标记螺栓前缘的上侧。
2、CPIII控制网的加密。
CPII控制网络经过加密，以确保其符合CPIII控制网络的标准。具体而言，需在测量前再次测量CPI控制网络，CPII控制网络和线路级基点控制网络。同时，CPII点和线路基准点均等加密，以确保沿线每600米有一个。可使用的CPII加密点和线路级基点加密点，以及连接的搭接部分位置也有一个共同点。执行加密工作时需考虑：1）在隧道施工区域加密CPII点时，可使用线路方法，强制中心标记可用于加密，左右交替使用沿着铁路线的前进方向埋葬，与CPIII控制点没有共同之处；2）在桥梁施工段的加密工作中，CPII点控制点应埋在碰撞墙的顶部，直接在桥梁上方固定支撑；3）线路基准点的加密点需埋在铁路线周围稳定安全的位置不易被破坏，CPIII控制点液位测量附在线路基准点上，并按精密水平测量技术要求，水平线附着长度不得超过3千米。
3、建立基准网与GPS。
进行基准网建立时，首先将天线置于对中状态，使其呈强制归心标志状态，分别于每个时段对其天线高进行测量与数据记录，最后结果以数据均值为准。此外，对电台使用范围进行控制，禁止设于观测点周围50m内，定向标志线朝正北方向，观测时还需注意避免将接收机重复开关，同时禁止对卫星截止高度作出随意调整。实施GPS外业测量时，为准确找出漏洞及问题，首先应通过广播星历初步处理当日的观测数据，维护观测数据的准确性与精确度，并利用单点定位计算出起算点。进行不同时段的基线解算时，完成以下参数设置即可。1）以广播星历为参考，调整钟差参数；2）通过LC观测值消除电离层折射影响，再以4h为间隔，每一时段分别加入折射量偏差参数；3）以秒为历元间隔，将卫星截止高度角设置为15°；4）对IGS轨道、起算点进行固定；5）先处理失周，再处理数据，如出现标定失周的状态，则重新进行标定后再完成数据处理。
4、精密测量控制网的分级布网与整体平差精度分析。
根据分层网络布局和分步控制的原则，高速铁路可建立一个长度超过1700km的大型带状平面和高程精度测量控制网络。平面控制网络分为四个层次，分别是基本框架控制网络（CP0）和基础。平面控制网络（CPI）、线路平面控制网络（CPII）和轨道控制网络（CPIII）为高速铁路工程勘测、设计、施工、运行和维护提供平面坐标控制基准。高程控制网络分为两个级别。对于线路级基网和CPIII精密级网络，它为高速铁路工程勘察设计，施工和运行维护的各个阶段提供了高程控制参考。高速铁路线路较长，面积大，平面控制网络需沿线铺设。为了确保CPI满足高速铁路各阶段的精度要求，结合有关工程的经验，并参照GB/T18314《全球定位系统（GPS）测量规范》A级网络的要求。系统（GPS）测量规范，GPS精确定位测量方法用于建立高精度CP0帧控制网络，作为高速铁路平面控制测量的起始参考，并提供平面控制网络重测。一套稳定、高精度的起始基准克服了国家三角点精度差、兼容性差、点分布不均等问题。控制网平差包括三维无约束平差精度分析和二维约束平差精度分析，GPS控制系统在控制网测量过程中使用相关软件进行平差处理及基线结算，平差数据采用基线向量的双差固定解进行通过软件将不合格的基线淘汰。根据GPS控制网中点位精确及平差后坐标进行分析，在对异步环总数，闭合环总数，同步环总数，闭合环最大节点数等误差结算，平差后基线相对最弱边最小精度为，最大精度为，平均精度等解算指标以及点位误差解算精度若满足规范中的要求，控制网测量就满足要求。
综上所述，高铁CPI，CPII控制网的长度与线路的长度成正比，上千公里带状控制网的布设、施测、测量数据处理以及施工和运营期间的复测任务是十分艰巨的，是高铁建设的先行性、基础性工作，贯穿高铁建设的始终，是关系高铁建设成败的关键问题之一，各国家在高铁建设中都极为重视。此外，在高速铁路施工的测设过程中，GPS平面控制网观测值的误差随观测时间的增加而逐渐减小，这对于精度要求较高的高铁线路测量具有实际的指导意义并广泛应运于高铁全过程施工，保障了施工过程中的测量数据精度和绝对可靠性。
参考文献：
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