一种运营期普速铁路控制网及其测设方法与流程

1.本发明涉及铁路精密测量领域，具体涉及一种运营期普速铁路控制网及其测设方法。


背景技术：

2.铁路轨道建设以及运营维护需要通过建立控制网实现施工及维护过程中的精准定位，以保证轨道的平顺性从而实现列车运营的安全性和舒适性。由于大部分目前在运营的普速铁路建设年代久远，控制点破坏严重，且无法达到如今较高的测量精度要求，需重新建立铁路控制网。
3.在我国高速铁路的控制网建网及测量中，控制网分平面三级、高程两级布设：基础平面控制网(cpi)间隔4km布设一对，主要用于线路控制和勘察；线路平面控制网(cpii)沿铁路线间距600
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800m布设1个，主要用于基础施工平面控制；线下高程控制网2km布设1个点、主要用于施工高程控制；轨道平面及高程控制网(cpiii)沿线间隔50
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70m布设一对点、主要用于轨道板、轨道等线上工程施工。该方法点位密集、精度高，各级控制网在建设期发挥了不同的作用。
4.而大部分普速铁路通过建立导线网(在铁路沿线间隔150
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200m)于地面埋设控制点，并通过导线测量方法进行测量。导线网受到测量对中、整平误差影响，且本身控制网网型结构较弱，精度较高铁cpiii网差异较大。且使用时需要对中整平操作，埋设于地面的点容易被道砟掩埋导致寻找和使用困难。
5.对于运营期的普速铁路而言，建立高铁一样的多级控制网成本高昂，且运营期普速铁路几乎只关注轨道的定位准确，使用轨道控制网即可，且高铁cpi、cpii控制网多布设于铁路用地范围外，点位无法得到有效保护，破坏严重。普速铁路时速相对较低，控制网精度无需达到高铁的标准，因此使用高铁建网方法建立运营期普速铁路控制网是不合适的。若采用导线网，实现线路高精度绝对控制较为困难，且导线网在使用时较cpiii网不易。


技术实现要素：

6.针对高速铁路控制网建设方案成本高昂且测量时间较长，运营期普速铁路线路维护天窗时间短、线上作用时间有限，不太适合于运营期普速铁路。而导线网由于其精度和使用的便利性不佳，亦不适用，因此，本发明提供的一种运营期普速铁路控制网及其测设方法解决了目前运营期普速铁路的轨道控制网建网及测量所面临的成本投入有限、作业时间短和控制网使用的便利性的问题。
7.为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：一种运营期普速铁路控制网，包括：线路平面基准网、线上平面高程控制网和轨道三维控制网；
8.所述线路平面基准网包括：多个基础平面控制点；所述多个基础平面控制点交错布置于铁路线两侧；所述线上平面高程控制网包括：多个线上平面高程控制点；所述多个线上平面高程控制点均设置在铁路线一侧；所述轨道三维控制网包括：多个轨道三维控制点；
所述多个轨道三维控制点交错布置于铁路线两侧。
9.进一步地，相邻的基础平面控制点的水平距离为15km至25km。
10.进一步地，基础平面控制点为建设在工区内建筑物顶部的强制观测墩。
11.进一步地，相邻线上平面高程控制点的水平距离为1km至2km。
12.进一步地，相邻的轨道三维控制点的水平距离为90m至120m。
13.一种运营期普速铁路控制网的测设方法，包括以下步骤：
14.s1、先布设控制网点，再逐级联测依次得到基础平面控制点、线上平面高程控制点的坐标和高程值；
15.s2、在每个自由测站点设置全站仪；
16.s3、通过全站仪对附近4个轨道三维控制点和处于4个轨道三维控制点测量范围内的线上平面高程控制点进行边角交会测量，得到测段区内所有自由测站点分别与轨道三维控制点和线上平面高程控制点的位置关系；
17.s4、根据测段区内所有自由测站点分别与轨道三维控制点和线上平面高程控制点的位置关系，通过基础平面控制点和线上平面高程控制点的坐标和高程值的平差解算出测段区的轨道三维控制点坐标和高程值；
18.s5、根据测段区的轨道三维控制点坐标和高程值，实现对铁路轨道的定位测量。
19.综上，本发明的有益效果为：
20.1、将运营期普速铁路控制网从铁路线下移到线上或工区等铁路用地范围内，解决征地和点位维护的问题。
21.2、相较于高铁cpiii网，减少了点位数量60％
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80％，并提高了作业效率50％以上，减少点位埋设和测量数量，降低了测量成本。
22.3、通过使用gnss棱镜共桩装置实现了线上平面高程控制网和轨道三维控制网的同步测量，减少运营期铁路测量上道次数，降低劳安风险。
附图说明
23.图1为线上平面高程控制网和轨道三维控制网的布局图；
24.图2为线路平面基准网和线上平面高程控制网的布局图；
25.图3为一种运营期普速铁路控制网测设流程图。
具体实施方式
26.下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
27.如图1～2所示，一种运营期普速铁路控制网，包括：线路平面基准网、线上平面高程控制网和轨道三维控制网；
28.所述线路平面基准网包括：多个基础平面控制点；所述多个基础平面控制点交错布置于铁路线两侧；所述线上平面高程控制网包括：多个线上平面高程控制点；所述多个线上平面高程控制点均设置在铁路线一侧；所述轨道三维控制网包括：多个轨道三维控制点；
所述多个轨道三维控制点交错布置于铁路线两侧。
29.相邻的基础平面控制点的水平距离为15km至25km。
30.线路平面基准网测量时按铁路一等gps测量作业施测，相对提高了测量等级，保证控制网精度，此外与原cpi控制网测量不同的是，改进控制网测量时不再联测国家控制点，直接由全国或者区域cors基站建设单位(如省测绘中心、千寻定位等)通过cors网的联测，解算坐标成果，并转化到工程独立坐标系，减少野外工作量安排，降低劳安风险。
31.基础平面控制点为建设在工区内建筑物顶部的强制观测墩，作为线路坐标基准。测量时，使用gnss静态测量方法得到各点的平面坐标。
32.相邻线上平面高程控制点的水平距离为1km至2km，平面测量采用gnss静态测量方法，与线路平面基准网联测(图2)，解算获得平面坐标。高程测量采用光学四等水准测量获得线上高程控制点高程信息。
33.本发明将原线路平面控制网cpii网和线下高程控制网合并，统一埋设到铁路线上，并按照1km左右布设1个控制点，并在大型桥梁和隧道两端补充埋设，改进后的cpii控制网和线下高程控制网称作线上平面高程控制网。
34.相邻的轨道三维控制点的水平距离为90m至120m。
35.原cpiii控制网网型采用沿线路方向间距50～70米的点对形式布设，测量时通过全站仪自由测站测量观测相邻的12个cpiii点，不同站间间距2对cpiii点，各cpiii点被观测3次，与cpiii临近的cpi或cpii点被观测不少于2次。
36.相较于原cpiii网，本发明提出的轨道三维控制网通过沿线路左右交替埋设轨道三维控制点，并拉长纵向(铁路沿线方向)点位间距到90
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120m。测量时全站仪自由测站测量距离最近的4个轨道三维控制点，每个轨道三维控制点被测量4次，并测量临近的线上平面高程控制点，保证其被观测不少于2次。改进后的轨道三维控制网更简单，点位更少，观测数据量少，测量效率更高。
37.轨道三维控制点设置于普速铁路接触网杆上，设置高度为轨道上面50cm
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80cm处。
38.在原cpii控制网与轨道控制网的测量方法中，采用分级测量实施，先通过gps静态测量方法进行cpii平面测量，其次再通过全站仪边角交会测量实施轨道控制网平面测量；高程网同样通过水准测量先后对线下高程控制网和轨道控制网展开测量。
39.本发明在上述测量过程中的改进包括：
40.1、通过gps与棱镜共桩装置，实现线上平面高程控制网和轨道三维控制网的同步测量，减少因运营期铁路天窗作业时间短的影响，提高测量效率。
41.2、线上平面高程控制网与线路平面基准网联测时，线路平面基准网通过连续运行的方式进行测量将数据存储在gnss接收机内存中，定期拷贝数据。作业时仅需对线上作业进行安排，减少了线下作业，降低了作业风险，同时提高了作业效率。
42.3、轨道三维控制网高程测量使用三角高程方法共用平面测量数据，不再单独进行高程测量，减少工作量。
43.如图3所示，一种运营期普速铁路控制网的测设方法，包括以下步骤：
44.s1、先布设控制网点，再逐级联测依次得到基础平面控制点、线上平面高程控制点的坐标和高程值；
45.s2、在每个自由测站点设置全站仪；
46.s3、通过全站仪对附近4个轨道三维控制点和处于4个轨道三维控制点测量范围内的线上平面高程控制点进行边角交会测量，得到测段区内所有自由测站点分别与轨道三维控制点和线上平面高程控制点的位置关系；
47.s4、根据测段区内所有自由测站点分别与轨道三维控制点和线上平面高程控制点的位置关系，通过基础平面控制点和线上平面高程控制点的坐标和高程值的平差解算出测段区的轨道三维控制点坐标和高程值；
48.s5、根据测段区的轨道三维控制点坐标和高程值，实现对铁路轨道的定位测量。
49.通过实验验证表明本发明方式创建的控制网精度，统计全站仪设站精度如下：
50.表1控制网设站精度验证
[0051][0052]
其中，x、y为平面坐标分量中误差，h为高程分量中误差。
[0053]
通过实验表明本发明建立的控制网具有更高精度，且控制网的使用与高铁cpiii网一样方便，无需像导线网一样对中整平。