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京沪高速铁路重大科技项目——
高速铁路精密测量控制技术 项目论证报告暨研究大纲
主持单位：铁道
高速铁路精密测量控制技术项目论证报告暨研究大纲
目 录
一、项目立项背景及必要性.............................................................................................................................................................1 1.1 项目立项背景......................................................................................1 1.2项目立项必要性....................................................................................1
二、主要研究内容.............................................................................................................................................................................1 2.1平面坐标基准的建立与平面控制网分级布设的原则.......................................................1 2.2高程基准的建立与保证不均匀地面沉降地区高程控制网的长期有效性.......................................2 2.3 GPS基准网（框架网CP0）的数据处理方法及及合理评价指标的确定........................................2 2.4 CPI、CPII和CPIII的测量理论、数据处理和评价.......................................................2 2.5 无砟轨道铺设测量控制技术..........................................................................2 2.6 轨道精调、检测及评估技术..........................................................................2 2.7 一体化自动化测量系统的集成技术....................................................................2 2.8 精密工程测量控制网与相关设计专业、施工单位的技术接口..............................................2 2.9 精密工程测量控制网建立的时机或阶段................................................................2
三、关键技术及研究思路.................................................................................................................................................................2 3.1 关键技术..........................................................................................2 3.2 研究思路..........................................................................................3
四、研究方法.....................................................................................................................................................................................3
五、研究目标、成果形式和技术指标..............................................................................................................................................3 5.1研究目标..........................................................................................3 5.2成果形式..........................................................................................3 5.3技术指标..........................................................................................3
六、进度安排.....................................................................................................................................................................................3
高速铁路精密测量控制技术项目论证报告暨研究大纲
一、项目立项背景及必要性 1.1 项目立项背景
目前，日、法、德、意、西班牙、比利时等国家建成投入运营的高速铁路已逾5000km，正在建设及已立项准备修建高速铁路的国家和地区有十几个，长度在5000km以上。国内开展高速铁路的研究始于上世纪90年代，在高速铁路基础理论、技术标准、结构设计等方面取得了重大进展。“十一五”期间，我国将大规模建设高速铁路客运专线，并大量采用无砟轨道。与一般铁路相比，无砟轨道工程在结构上具有良好的连续性、平顺性和稳定性的特点，但需要高精度、高难度的测量工作作保证，高精度的测量已经成为制约高速铁路建设的重要保证和成败的关键因素之一。
高速铁路精密测量控制技术作为高速铁路建设成套技术的一个重要组成部分，在高速铁路建设过程中也越来越显示出其重要性。在高速铁路建设中，德国、日本等高速铁路大国都有自己的一套适合高速铁路建设的铁路工程测量成套技术体系。特别是德国，各公司根据不同的无砟轨道结构型式有一套完整的轨道施工测量、轨道静态检测和运营维护测量技术标准。德国的铁路部门专门在德国境内建立了一套独立的坐标系统用于高速铁路施工，它的内符合精度优于一般国家基础控制网，这都充分显示出德国在建设高速铁路测量体系方面所下的功夫。
京津城际铁路是国内最早开工建设和最早投入运营的高速铁路精密测量控制技术项目论证报告暨研究大纲
○4CPIII及铺轨加密基标的布网方法及精度要求。
2.2高程基准的建立与保证不均匀地面沉降地区高程控制网的长期有效性
（1）高程基准建立方法的研究
京沪高速铁路高程基准的建立参照了京津城际铁路的做法，沿线（京徐断）在6个基岩点（北京（京津城际建）、天津（李七庄）、沧州（新建）、德州（新建）、济南和徐州为既有）的基础上，沿线隔8公里左右设置了深度达55m左右的深埋水准点，在此基础上，每2公里左右设普通水准点一个，采用二等水准观测，但这种作业方法工作量很大，对平原地区还好些，对于高山地区，尤其困难，水准路线会因为绕行而很长，为适应高山地区的高等级水准测量的难题，有必要开展“精密光电三角高程和GPS高程测量替代二等水准的可行性研究”。
（2）不均匀地面沉降地区高程控制网的长期有效性的研究
京津城际铁路和京沪高速铁路沿线地质条件非常复杂，存在多个不均匀沉降漏斗区，有些地方地表沉降非常厉害。为了建立有效的高程基准，已在沧州和国家地震局共建了一座基岩点，在北京南站、天津（京津城际工程建立）和德州新建了基岩点，沿线隔8公里左右设置了深度达55m左右的深埋水准点，经复测发现个别处于沉降漏斗区的深埋水准点并不十分稳定，下沉较为严重，采取何种有效措施快速检测或减少深埋水准点的沉降变化给工程带来的不良影响，保证不均匀地面沉降地区高程控制网的长期有效性，对高铁的建设和运营维护都是一个大问题。2.3 GPS基准网（框架网CP0）的数据处理方法及及精度指标
建立GPS坐标基准控制网（CP0）已成为高速铁路精密控制测量工作中的共识，并在京沪、石武等高速铁路的精密控制测量工作中进行了应用。CP0涉及长基线的精密解算，其无法用普通的GPS商用解算软件来实现。目前，国内对CP0的解算均采用GARMIT GPS解算软件（美国）或Bernese GPS解算软件（欧洲）。上述两种GPS解算软件能满足CP0的高精度解算要求，但是软件的界面不友好，解算方法不易掌握，导致使用不便；同时，由于是国外研制的软件，其结果数据的输出以及精度评定的方法，在格式和形式上与我国的国家规范和铁路行业规范不相符合，需要进行二次编辑和加工才能获得符合标准的结果形式。居于此，开发具有我国自主知识产权、符合我国国标和行业标准的GPS高精度解算软件显得十分必要，其将推动并有利于高速铁路建设的进一步发展。
数据处理过程中参数如何确定，选用何种模型，采用的起算点和平差策略，精度评价指标如何确定，什么样的成果算合格，复测结果如何采用等。
2.4 CPI、CPII和CPIII测量理论、数据处理方法和精度指标
测量理论、方法、数学模型和软件开发，精度指标和评估。什么样的精度指标才算匹配或是最优。间隔、观测时间、计算方法、精度指标。
2.5 无砟轨道铺设测量控制技术
研究I、II型无砟轨道板的铺设控制条件、测量方法、精度指标，制定统一的施工测量流程，并研究设计相关测量控制装备。
2.6 轨道精调、检测及评估技术
此工序乃工程成败的关键之一，轨道精调、检测技术、方法和评价指标的合理确定非常重要。研制出一套功能完备，满足轨道绝对空间位置测量和轨道全几何参数测定的检测装备和检测技术，满足轨道长、短波检测的要求。2.7 一体化自动化测量系统的集成技术
大力开发推广使用自动测量技术，自动记录，智能判断获取数据的质量和精度，自动生成观测记录簿，自动平差计算。2.8 精密工程测量控制网与相关设计专业、施工单位的技术接口
高速铁路的精密工程测量是整个铁路建设系统工程的一部分，与各个相关设计专业（线路、桥梁、路基、站场、隧道、轨道和枢纽站房）和施工单位有着密不可分的关系，既相互依赖，又相互影响。技术接口非常重要。2.9 精密工程测量控制网建立的时机或阶段
“三网合一”的概念怎么理解，如何实施，是在初测阶段就一次建成精测网，还是先整体设计再分步实施。确定哪个阶段建什么样的网。
三、关键技术及研究思路 3.1 关键技术
（1）GPS基准网（框架网）CP0的数据处理方法及合理评价指标的确定；（2）CPI、CPII和CPIII的数据处理和评价指标的确定；（3）保证不均匀地面沉降地区高程控制网的长期有效性；
铁三院 中铁二院 中铁四院 中铁七局 同济大学 西南交大 郑州欧亚
高速铁路精密测量控制技术项目论证报告暨研究大纲
（4）轨道精调、检测及评估技术；
（5）一体化自动化测量系统的集成技术。3.2 研究思路
（1）调研、分析国内外相关技术的发展状况及现有水平；
（2）与相关设计院、施工单位和大专院校开展联合研究，发挥各自所长，走产、学、研一条龙的路子，确保研究成果及早地转化成生产力；
（3）对课题组成员单位明确任务、责任和期限；
（4）对阶段性开发成果出来一部分，就在项目上开展试验和试生产，成熟一部分就鉴定一部分，并积极推广，不用等整个课题都结题后在推广应用。
四、研究方法
在总结京津城际铁路精测网成功建设的基础上，结合其他客专暴露的问题或遗憾，结合京沪高速铁路建设，认真分析评估GPS基准网（框架网）CP0的布设间距、测量等级、数据处理方法的有效性以及精度指标的合理确定，分析评估平面控制网CPI、CPII和CPIII的分级布设原则、数据处理方法和评价指标的确定，同时通过对基岩点和深埋水准点埋设的必要性、埋设位置和数量进行研究、通过加强对新建基岩点的长期监测，确认其稳定性，通过合理的复测保持深埋水准点的长期有效性，结合已建成京津城际铁路的大量检测，分析评估轨道精调与检测的方法及其有效性。在目前设计院和施工单位拥有比较多的徕卡和天宝全站仪上开发适合精密导线和CPIII测量的一体化测量机载软件和后处理软件。
五、研究目标、成果形式和技术指标 5.1研究目标
通过本项目研究，较系统地确定高速铁路精密工程测量各不同测量等级的划分及其测量精度指标的合理确定；对长大基线（CP0）数据处理方法原理进行深入研究，研发出具有自主知识产权的软件获得保证不均匀地面沉降地区高程控制网的长期有效性的措施和方法；真正掌握轨道精调、检测及评估技术，进一步优化一体化自动化测量系统，进一步减轻测量工地劳动强度，提高工作效率和质量，研究成果纳入高速铁路测量规范，满足高速铁路勘测设计、施工和运营维护的需求。5.2成果形式
（1）研究报告；
（2）数据处理模型、方法及相关软件开发；（3）各种观测、计算成果报告和技术总结报告。5.3技术指标
（1）在国家专利局成功申请一项以上专利或完成一项软件成果的著作权登记；（2）研究成果被纳入相关规程规范；（3）发表学术论文2篇以上；
（4）研究成果整体或部分达到国际先进水平。
六、进度安排
2008年完成项目论证和合同签订，开题报告，和高速铁路进行精密工程测量控制的重要性与必要性论证，开始研究精密工程测量控制网建立的时机或阶段，研究平面坐标基准的建立与平面控制网分级布设的原则，控制点标石埋设及元器件设计，优化GPS基准网（框架网）CP0的数据处理方法，研究CP0评价指标。
2009年研究高程基准的建立的标准与保证不均匀地面沉降地区高程控制网的长期有效性的措施，深入分析CPI、CPII和CPIII的测量理论、数据处理模型的合理性和评价指标，探讨和制定精密工程测量控制网与相关设计专业、施工单位的技术接口，继续完善一体化自动化测量系统和相关软件开发。
2010年深入研究无砟轨道铺设测量控制技术和轨道精调、检测及评估技术，撰写各类技术总结和研究报告，为鉴定做好准备。
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