水库除险加固设计

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2012届土木工程学院专业测绘工程学号学生姓名贾东杰指导教师梁建昌n完成日期2012年5月30日毕业设计成绩单学生姓名贾东杰学号班级土0803班专业测绘工程毕业设计题目高速铁路初测控制测量指导教师姓名指导教师职称评定成绩指导教师得分评阅人得分答辩小组组长得分n成绩：院长(主任)签字：年月日毕业设计任务书题　目 高速铁路初测控制测量学生姓名贾东杰学号班级土0803专业测绘工程承担指导任务单位石家庄铁道大学导师姓名梁建昌导师职称副教授n一、主要内容1、学习高速铁路测量的规定和规范，查阅并学习相关文献资料；2、分析高铁勘测阶段控制测量的特点及要求，研究高速铁路测量区别于一般铁路测量的内容和特点；3、掌握CPO、CP1测量方法4、结合工程实际，完成控制测量设计。二、基本要求1、 搜集和学习相关文献，熟悉设计中用到的软件；2、熟悉相应规范和控制网设计方法、步骤；3、按要求实地熟悉工程情况和设计要求；4、完成的设计应当与工程实例向贴合；5、通过对实施结果的分析，得到有益的结论。6、设计说明、参考文献、英文翻译等符合学校要求。三、、应收集的资料及参考文献《铁路工程测量规范》TB10101-2009；《高速铁路工程测量规范》TB10601-2009；其他有关文献资料五、进度计划第1－3周熟悉设计要求，搜集和学习相关文献，撰写大纲，完成开题报告；第3—7周实地踏勘，网形设计，进行英文翻译；第8－11周撰写毕业设计书；第12-13周论文修改，答辩。教研室主任签字时　间年月日毕业设计开题报告题目高速铁路初测控制测量学生姓名贾东杰学号班级土0803班专业测绘工程n一、研究的背景世界高速铁路，大体经历了三个发展阶段。第一个即高速铁路的起步发展阶段，是在20世纪50年代末至90年代初；第二个即高速铁路在欧洲的发展阶段，是在20世纪90年代初至90年代末；第三个即高速铁路在世界范围的发展阶段，是在20世纪90年代末至今，仍将持续。中国在高速铁路领域的发展较世界上部分发达国家晚，起步较其晚了20至30年，但自21世纪以来发展迅速。2004年1月，国务院批准中国第一个《中长期铁路网规划》，正式宣布规划建设里程超过1.2万公里的客运专线，客车速度目标值达到每小时200公里及以上，以及三个地区的城际客运系统(环渤海地区、长江三角洲地区、珠江三角洲地区)。自规划实施后，大批高速铁路相继上马开工建设，包括温福铁路、合宁铁路、武广客运专线、京津城际铁路等。根据我国铁路技术等级标准的划分,高速铁路是指旅客列车设计行车速度250~350km/h的铁路，高速铁路具有高平顺性、高可靠性和高稳定性，以确保高速行车的安全、平稳和舒适。随着高速铁路建设高峰期的到来，我国铁路测量技术、装备和理念都有了很大的发展。目前我国铁路的工程测量要求铁路的勘测控制网、施工控制网、运营维护控制网必须统一坐标系统和起算基准，即“三网合一”，这样不但大大提高了勘测精度，也为施工单位的施工复测、施工控制网测设、桩点加密、施工放线及运营维护单位的维护提供了极大方便。保证了铁路在铁路勘测、施工、竣工和运营各阶段测量数据的基准统一，因此高速铁路初测控制测量是高速铁路工程建设所有测量工作中一项至关重要的基础工作，所以对高速铁路初测控制测量不同于一般铁路控制测量的精度、理论、方法提出了更高的要求。当前，我国正在大规模建设铁路客运专线，已广泛采用无砟轨道结构施工技术，无砟轨道铁路成为我国铁路现代化建设的重要内容。无砟轨道铁路测量技术作为无砟轨道铁路建设成套技术的一个重要组成部分，在无砟轨道铁路建设过程中也越来越显示出其重要性。德国睿铁公司(Railone)n执行副总裁巴哈曼先生在总结无砟轨道铁路建设经验时说：要成功地建设高速铁路，就必须有一套完整、高效且非常精确的测量系统——否则必定失败。这句话也充分说明了精密工程测量在无砟轨道工程建设中的重要作用。二、国内外研究现状在高速铁路初测控制测量方面，目前国内主要采用以下方法：CP0、CPI控制网采用GPS测量，CP0平面控制网都与IGS参考站或国家GPSA、B点进行联测，CPⅠ控制点沿线路走向布设。CP0、CPI网均采用边联结方式构网，形成由三角形或大地四边形组成的带状网，CP0与CPI联测构成附合网。CP0与国家GPSA、B级点联测。框架控制测网（CP0）基线解算大多采用国外的一些适合长基线解算的高精度GPS解算软件例如GAMIT、BERNESE等，采用精密星历解算，基线解算采用多基线解算模式，网平差方面CP0使用COSAGPS软件进行网平差，采用收集的国家GPSA、B点在ITRF97框架下的已知成果进行约束平差。GAMIT/GLOBK是一套高精度数据处理软件,主要用于分析研究地壳变形、高精度GPS测量数据处理等领域。它由美国麻省理工学院(MIT)和斯克里普斯海洋研究所(SIO)联合开发,并得到美国哈佛大学和美国国家科学基金会的支持。GAMIT软件的部分代码源于上世纪七十年代的空间大地测量数据处理程序,1987年完成了基于UNIX操作系统的GPS数据处理软件,1992年研制人员对软件进行改进,提高其自动化程度,并利用它进行IGS跟踪站网的GPS数据处理。GAMIT/GLOBK高精度数据处理软件不但精度高而且开放源代码,使用者可以根据需要进行源程序的修改。目前,它已广泛应用于长距离、高精度、长时间的GPS定位数据处理。它可以估计卫星轨道和地面测站的三维相对位置。软件设计基于支持X－Windows的UNIX系统，现在的版本适用于Sun（OS/4，Solaris2）、HP、IBM/RISC、DEC和基于Intel工作站的LINUXn操作系统。作为科研软件，GAMIT/GLOBK供研究和教育部门无偿使用，只需通过正式途径得到使用许可证。完全的开放性使用户可以对软件的工作原理、数据处理流程及技巧有全面的了解，这也在一定程度上促进了GAMIT/GLOBK的不断更新。GAMIT软件处理双差观测量，采用最小二乘算法进行参数估计。采用双差观测量的优点是可以完全消除卫星钟差和接收机钟差的影响，同时也可以明显减弱诸如轨道误差、大气折射误差等系统性误差的影响。当它采用精密星历和高精度起算点时，其处理长基线和连续时段静态定位相对精度可达10~10数量级，处理短基线的精度可达1~3毫米。它不仅精度高、功能强大，而且开放源代码，用户可以根据实际需要进行人工干预进行数据处理。GLOBK是GAMIT后续的测段平差软件，综合处理多元测量数据。其核心思想是卡尔曼滤波。主要输入经GAMIT处理后的H文件盒近似坐标。主要输出有测站坐标的时间序列、测站平均坐标、测站速度和多时段轨道参数。GLOBK可以有效地检验不同约束条件下的影响，因为单时段分析使用了非常宽松的约束条件，所以在GLOBK中可以对任意参数强化约束。BerneseGPS数据处理软件由瑞士伯尔尼大学天文研究所（AstronomyInstituteofBerneseUniversity）开发，BerneseGPS数据处理软件在2004年12月推出的5.0版本，主要针对大学、研究机构和高精度的国家测绘机构等用户，其界面友好，模块条理更为清晰，BerneseV5.0软件既可用非差方法进行精密单点定位，又可用双差方法进行整网平差。而且它能对GPS数据和GLONASS数据同时处理。其中BPE具有自动处理功能且满足GPS高精度定位应用。该软件大约由1000个数据处理程序和100个菜单程序组成，包括1000个子程序和函数，其程序语言主要是FORTRAN77、Perl等，个别程序用FORTRAN90编写。主要功能：卫星精密定轨；测站坐标解算；地球定向参数估计；太阳光压参数估计；对流层天顶延迟估计，进行大气和气象研究；GPS精密钟差估计。Bernese软件是付费软件，并且价格也是比较昂贵的。一般适用于一些科研院校或者是一些事业单位,界面操作什么的也是相对容易一些，在windowsn系统下运行；另外还有其他高精度GPS科研分析软件：美国喷气动力实验室（JPL,JetPropulsionLaboratory）的GIPSY软件；德国GFZ的EPOS软件；美国德克萨斯大学的TEXGAP软件；英国的GAS软件；挪威的GEOSAT软件。CPI基线使用LGO6.0等商业软件采用广播星历解算基线，起算点采用国家GPSA、B级点和CP0的三维成果。CPI采用COSAGPS等软件在WGS-84坐标系中进行三维无约束平差，采用CP0点的三维成果进行约束平差。高程控制网测量根据测区地形条件在平原地区采用水准测量方法，联测沿线的所有国家I、II等水准点，供后续数据分析、处理及平差使用，在山岭地区采用光电测距三角高程测量方法。国外高速铁路的发展有多种模式，各有其控制测量方法，德国是世界上较早研究高速铁路技术的国家，也是最早进行摆式列车实验的国家，在高速铁路建设方面有丰富的经验。现以德国高速铁路为例简单说明国外高速铁路测量研究情况。参考德国高速铁路RIL883规程，德国高速铁路平面控制网分为四级，分别是PS0（相当于我国的CPI）、PSl（相当于我国的CPII）、PS2（相当于我国的CPIII）和PS4（无砟轨道施工时，重建或恢复CPIII控制点和加密控制基桩）。其中PS0点位绝对精度能达到10mm，相对精度能达到5mm；PS1、PS2点位绝对精度能达到15mm，相对精度能达到10mm；国外对于轨道铺设网PS4控制测量技术是保密的。三、研究的主要内容与传统铁路测量控制网不同，高速铁路具有高平顺性、高可靠性和高稳定性，以确保高速行车的安全、平稳和舒适，这就要求布设高精度的工程测量控制网。随着高速铁路建设高峰期的到来，我国铁路测量技术、装备和理念都有了很大的发展。后期为了满足线下工程施工的需要而布设的CPIII平面控制网是在CP0、CPI、CPII平面线下工程施工控制网的基础上布设的，而往往由于CPIII是施工单位在做，CP0、CPI、CPIIn是设计单位在完成，而设计单位设计一条铁路线一般包括初测和定测两个阶段，初测仅仅是为了得到地形图，可是考虑到我国铁路的工程测量要求铁路的勘测控制网、施工控制网、运营维护控制网必须统一坐标系统和起算基准，即“三网合一”，一网多用的原则，所在以CP0、CPI控制网的布设和测量一般放初测阶段。而高速铁路初测的阶段的目的就是为了得到地形图，测绘地形图一般只需布设图根控制网便可满足测图要求，但往往由于高速铁路线路一般比较长，图根控制网便无法控制全线，所以一般工程还需布设初测平面控制网和高程控制网。本文的主要研究内容包括：1．学习高速铁路测量的规定和规范，查阅并学习相关文献资料；2．分析高铁勘测阶段控制测量的特点及要求，研究高速铁路测量区别于一般铁路测量的内容和特点；3．掌握CP0、CP1测量方法；4．结合工程实际，完成控制测量设计。四、论文研究的目的和意义通过学习高速铁路测量的规定和规范，查阅并学习相关文献资料，并对对高速铁路初测控制测量进一步的学习与研究；进一步深化自己的理论知识，把所学知识进行系统的归纳和总结；进一步熟悉工程概况，了解工程现场作业流程与作业方法；进一步增加自己的实践能力，动手能力，提高自己的专业素质。最终结合工程实际，完成控制测量设计。五、方案设计的基本思想与方法1．通过工程实例，加深对高速铁路初测控制测量这一课题的理解；2．结合工程实例完成高速铁路初测控制的技术设计；3．CP0、CPI控制网采用GPS测量，高程控制采用二等水准测量；六、预期达到的效果1．搜集和学习相关文献，熟悉设计中用到的软件；2．熟悉相应规范和控制网设计方法、步骤；3．按要求实地熟悉工程情况和设计要求；4．完成的设计应当与工程实例向贴合；n5．通过对实施结果的分析，得到有益的结论；6．设计说明、参考文献、英文翻译等符合学校要求。指导老师签字时间年月日n摘要目前，我国高速铁路的发展步入了一个新阶段，已经广泛采用无砟轨道施工技术，由于高速铁路具有高平顺性、高可靠性和高稳定性，以确保高速行车的安全、平稳和舒适，因而要求布设高精度的工程测量控制网。本文结合兰新第二双线张掖联络线这一具体工程实例，介绍了当前国内外高速铁路的发展现状和发展模式，分析了高铁初测阶段控制测量的特点和要求，研究了高速铁路测量不同于一般铁路控制测量的内容、方法和特点。高速铁路初测阶段的控制网应包括CP0、CPI平面控制网和线路水准基点控制网，另外还有为了满足长距离测图需要而单纯布设的初测平面和高程控制网，其中CP0、CPI平面控制网和初测平面、高程控制网采用GPS测量的方法建立，线路水准基点控制网采用二等水准测量的方法建立，重点研究了CP0、CPI控制网的布设、测量和数据处理方法。关键词：高速铁路初测控制测量CP0CPI线路水准基点nAbstractAtpresent,thedevelopmentofhigh-speedrailwayinChinaenteredanewphase.Ithasbeenwidelyusedinnon-ballastedtrackconstructiontechnology.Withhighridecomfort,highreliabilityandhighstabilityduetothehigh-speedrail,toensurethesafetyoftravelingathighspeed,smoothandcomfortable,therefore,therequirementslaidprecisionengineeringsurveycontrolnetwork.Inthispaper,thespecificprojectexamplesofthecontacttheLanxinwireZhangyeline,thecurrentdomesticandinternationalhigh-speedraildevelopmentstatusandmodeofdevelopment,analysisofthecharacteristicsandrequirementsoftheinitialtestphaseofcontrolmeasurementsinhigh-speedrail,high-speedrailmeasurementisdifferentfromrailwaycontrolmeasurementofthecontent,methodsandcharacteristics.Controlnetworkofthemeasuredphaseofthebeginningofthehigh-speedrailshouldincludetheCP0,CPIhorizontalcontrolnetworkandlinelevelingbasispointsincontrolnetwork,inadditioninordertomeetthelong-distancemappingneedssimplylaidtheinitialtestplaneandtheverticalcontrolnetwork,includingtheCP0,theCPIflatcontrolnetworkandtheinitialtestplane,theverticalcontrolnetworkusingGPSmeasurementstoestablish,linebenchmarkscontrolnetworksecond-classstandardofmeasurementmethodstoestablishfocusontheCP0,CPInetworklayout,measurementanddataprocessingmethods.Keywords:HighspeedrailwaypreliminarysurveycontrolsurveyCP0CPIn目录第1章绪论11.1世界高铁发展的历程11.2世界高铁的主要模式11.3我国高速铁路发展历程和规划11.3.1我国高速铁路的发展历程21.3.2我国高速铁路的发展规划31.4我国在高速铁路控制测量领域的研究现状31.5论文研究的内容和目的41.5.1论文研究的内容41.5.2论文研究的目的5第2章工程概述52.1工程概况52.2既有资料分析62.3工作内容6第3章技术要求73.1执行的标准及规范73.2坐标与高程系统73.2.1平面坐标系统73.2.2高程系统73.3控制网布网原则73.3.1平面控制网布网要求83.3.2高程控制网布网要求8第4章D级网94.1D级网布设94.2D级网选点埋石94.2.1选点94.2.2埋石104.3平面控制网104.3.1平面控制网施测104.3.2平面控制网基线解算114.3.3平面控制网平差及坐标转换114.4高程控制网124.4.1精度指标124.4.2高程控制网施测13n4.4.3外业数据整理与成果计算13第5章CP0、CPI控制网测量155.1CP0、CPI平面控制网布设155.1.1CP0平面控制网布设155.1.2CPI平面控制网布设165.2控制网选点埋石165.2.1CP0选点埋石165.2.2CPI选点埋石195.2.3埋石程序205.3CP0、CPI平面控制网施测225.3.1GPS网施测要求225.3.2CP0平面控制网施测235.3.3CPI平面控制网施测245.4GPS平面控制网数据处理245.4.1CP0平面控制网基线解算245.4.2GamitGPS数据处理软件245.4.3CP0网平差及坐标转换285.4.4CPI平面控制网基线解算295.4.5CPI网平差及坐标转换30第6章高程控制网测量316.1选点和埋石316.2水准测量方案316.3水准测量观测326.3.1仪器选用326.3.2观测技术要求326.4外业数据整理与成果计算336.4.1外业记录整理336.4.2成果计算34第7章控制网维护与复测35第8章要提交的成果资料36第9章工程实例验证36第10章结束语37参考文献38致谢39附录1外文翻译（外文文献）40附录2外文翻译（中文翻译）57附录3张掖联络线CP0、CPI选点图71n第1章绪论1.1世界高铁发展的历程世界高速铁路的发展，大体经历了三次大的建设浪潮：第一次浪潮即高速铁路的起步发展阶段，是在20世纪50年代末至90年代初；第二次浪潮即高速铁路在欧洲的发展阶段，是在20世纪90年代初至90年代末；第三次浪潮即高速铁路在世界范围内的发展阶段，是在20世纪90年代末至今，仍将持续。世界高铁的发展大致历经以上三个时期。1.2世界高铁的主要模式归纳起来，世界上建设高速铁路有以下几种模式：第一，日本的新干线模式。该模式全部修建新线，旅客列车专用。1964年10月1日东海道新干线正式开通运营，运行速度达到210公里/小时，日均运送旅客36万人次，年运输量达1.2亿人次。这条专门用于客运的电气化、标准轨距的双线铁路，代表了当时世界第一流的高速铁路技术水平。1975年至1985年间又依次开通了山阳新干线、东北新干线、上越新干线，1997年北陆新干线通车运营，形成了日本国内完善的高速铁路网骨架。第二，法国的TGV模式。该模式部分修建新线，部分改造旧线，旅客列车专用。1971年，法国政府批准修建TGV东南线(巴黎至里昂)，1976年10月正式开工，1983年9月全线建成通车。1989年法国第二条高铁大西洋线建成通车。1993年，法国第三条高速铁路TGV北欧线开通运营，以巴黎为起点穿过英吉利海峡隧道通往伦敦，并与欧洲北部国家相连，是一条重要的国际通道。1999年，地中海线建成。法国TGV列车可以延伸到既有线上运行，所以通行范围覆盖大半个法国国土。n第三，德国的ICE模式。该模式全部修建新线、旅客列车及货物列车混用。德国高速铁路ICE于1985年首次试车，1991年曼海姆至斯图加特线建成通车，1992年汉诺威至维尔茨堡线建成通车，1992年德国购买了60列ICE列车，其中41列运行于第6号高速铁路，分别连接汉堡、法兰克福、斯图加特。目前，德国的泛欧高速铁路和第三期高速铁路陆续建成，实现了高速铁路国际直通运输。1.3我国高速铁路发展历程和规划1.3.1我国高速铁路的发展历程中国在高速铁路领域的发展较世界上部分发达国家晚，起步较其晚了20至30年，但自21世纪以来发展迅速。中国对高速铁路的研究实际始于1990年初，当时京沪高速铁路正处于构思阶段。1990年铁道部完成了《京沪高速铁路线路方案构想报告》并提交全国人大会议讨论，这是中国首次正式提出兴建高速铁路。在第八个五年计划期间，也开始着手进行高速铁路的前期研究，但实质性的进展不大。中国的高速铁路的建设始于1999年所兴建的秦沈客运专线。经过10多年的高速铁路建设和对既有铁路的高速化改造，中国目前已经拥有全世界最大规模以及最高运营速度的高速铁路网。截止2010年10月底，中华人民共和国国内运营时速200公里以上的高速铁路运营里程已经达到7431公里。2004年1月，国务院批准中国第一个《中长期铁路网规划》，正式宣布规划建设里程超过1.2万公里的客运专线，客车速度目标值达到每小时200公里及以上，以及三个地区的城际客运系统(环渤海地区、长江三角洲地区、珠江三角洲地区)。自规划实施后，大批高速铁路相继上马开工建设，包括温福铁路、合宁铁路、武广客运专线、京津城际铁路等。在2007年实行的中国铁路第六次大提速，中国首次在各主要提速干线(如京哈线、京广线、京沪线、京九线、陇海线、胶济线等)大规模开行时速高达200~250n公里的中国铁路高速(CRH)动车组列车，达到了目前世界上既有线提速改造的先进水平。2008年8月，中国首条设计时速达350公里的高速铁路——京津城际铁路通车运营。2007年起铁道部开始对《中长期铁路网规划》调整方案进行研究，并于2008年11月正式发布《中长期铁路网规划(2008年调整)》。新方案将客运专线规划目标值由1.2万公里调整为1.6万公里，并将城际客运系统由环渤海城市群、长江三角洲城市群、珠江三角洲城市群扩展到长株潭城市群、成渝城市群、中原城市群、武汉城市圈、关中城镇群、海峡西岸城镇群等经济发达和人口稠密地区。2008年8月1日中国第一条具有完全自主知识产权、世界一流水平的高速铁路京津城际高速铁路开通运营。2009年，全国铁路投产新线5557公里，其中客运专线2319公里。一批重点项目建成投产，宁波--台州--温州、温州--福州、福州--厦门等客运专线相继建成通车，特别是当时世界上里程最长、时速350公里、全长1068.6公里的武广高速铁路开通运营，成为中国高铁的又一里程碑。2010年2月6日世界首条修建在湿陷性黄土地区，连接中国中部和西部时速350公里的郑西高速铁路开通运营。2011年6月30日正式开通运营的京沪高铁，北京到上海最快只需4时48分，实现千里京沪一日还。2011年12月12日起，京沪高铁将增加运力，高峰期每日开行动车组列车92对。京沪高速铁路客运专线是《中长期铁路网规划》中投资规模大、技术含量高的一项工程，也是我国第四条引进国际先进技术的高速铁路，正线全长约1318公里，与既有京沪铁路的走向大体并行，全线为新建双线，设计时速380公里，是新中国成立以来一次建设里程最长、投资最大、标准最高的高速铁路。1.3.2我国高速铁路的发展规划n我国高速铁路发展规划，是2004年1月国务院常务会议讨论并原则通过的《中长期铁路网规划》确定的。《规划》提出，到2020年，全国铁路营业里程达到10万公里，主要繁忙干线实现客货分线，建设客运专线1.2万公里以上。2008年，国务院根据我国综合交通体系建设的需要，对《中长期铁路网规划》进行了调整，确定到2020年，全国铁路营业里程达到12万公里以上，建设客运专线1.6万公里以上。根据《中长期铁路网规划》，我国高速铁路发展以“四纵四横”为重点，构建快速客运网的主要骨架，形成快速、便捷、大能力的铁路客运通道，逐步实现客货分线运输。“四纵”：一是北京--上海高速铁路，贯通环渤海和长三角东部沿海经济发达地区；二是北京--武汉--广州--深圳(香港)高速铁路，连接华北、华中和华南地区；三是北京--沈阳--哈尔滨(大连)高速铁路，连接东北和关内地区；四是上海--杭州--宁波--福州--深圳高速铁路，连接长三角、东南沿海、珠三角地区。“四横”：一是青岛--石家庄--太原高速铁路，连接华北和华东地区；二是徐州--郑州--兰州高速铁路，连接西北和华东地区；三是上海--南京--武汉--重庆--成都高速铁路，连接西南和华东地区；四是上海--杭州--南昌--长沙--昆明高速铁路，连接华中、华东和西南地区。1.4我国在高速铁路控制测量领域的研究现状根据我国铁路技术等级标准的划分,高速铁路是指旅客列车设计行车速度250~350km/hn的铁路当前，我国正在大规模建设高速铁路客运专线，已广泛采用高速铁路结构施工技术，高速铁路成为我国铁路现代化建设的重要内容。随着高速铁路建设高峰期的到来，我国铁路测量技术、装备和理念都有了很大的发展。高速铁路测量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。德国睿铁公司(Railone)执行副总裁巴哈曼先生在总结高速铁路建设经验时说：要成功地建设高速铁路，就必须有一套完整、高效且非常精确的测量系统——否则必定失败。这句话也充分说明了精密工程测量在高速铁路工程建设中的重要作用。我国高速铁路工程测量平面控制网在框架控制网（CP0）基础上分三级布设，第一级为基础平面控制网（CPI），第二级为线路控制网（CPII），第三级为轨道控制网（CPIII)。框架控制网点（CP0）是工程所在地国家2000控制网不能满足需要时而布设的，其间距为50km；一级控制点(CPI)，间距小于4km，主要为勘测、施工、运营维护提供坐标基准；二级控制点(CPII)设置在线路附近主要为勘测和施工提供控制基准，间距控制在lkm左右，是在一级控制点(CPI)的基础上进行，测设二级控制点(CPII)时，利用GPS测量和网内平差得到二级控制点的(X，Y)坐标；三级控制点(CPIII)在二级控制点(CPII)的基础上测设，间距不大于70m，成对布设在线路两侧(一般约为60m，条件允许的话可设置在线路两边接触网支柱上)。主要为轨道铺设和运营维护提供控制基准，构成了线上工程的精调控制网，如果采用导线网测设三级控制点，将测量仪器直接设置在部分三级控制点上(测量仪器间距控制在120m、140m)，将会产生2mm的测站对中误差，虽然布网花费时间短，但点位误差较大，控制网稳定性不够，不利于精调施工与轨道检测。为此必须利用自由设站法测设三级控制点，在每个设站点进行多目标多测回测量，以减小观测误差，设站点间距不大于140m，最后利用最小二乘原理进行整网的约束平差。这种方法的优点是控制网网形规则，观测精度均匀统一，点位误差小，无较弱点存在，控制网稳定性较高等。n目前我国铁路的工程测量要求铁路的勘测控制网、施工控制网、运营维护控制网必须统一坐标系统和起算基准，即“三网合一”，这样不但大大提高了勘测精度，也为施工单位的施工复测、施工控制网测设、桩点加密、施工放线及运营维护单位的维护提供了极大方便。保证了铁路在铁路勘测、施工、竣工和运营各阶段测量数据的基准统一，因此高速铁路初测控制测量是高速铁路工程建设所有测量工作中一项至关重要的基础工作，所以对高速铁路初测控制测量不同于一般铁路控制测量的精度、理论、方法提出了更高的要求。1.5论文研究的内容和目的1.5.1论文研究的内容与传统铁路测量控制网不同，高速铁路具有高平顺性、高可靠性和高稳定性，以确保高速行车的安全、平稳和舒适，这就要求布设高精度的工程测量控制网。随着高速铁路建设高峰期的到来，我国铁路测量技术、装备和理念都有了很大的发展。后期为了满足线上工程施工的需要而布设的CPIII平面控制网是在CP0、CPI、CPII平面线下工程施工控制网的基础上布设的，而往往由于CPIII是施工单位在做，CP0、CPI、CPII是设计单位在完成，而设计单位设计一条铁路线一般包括初测和定测两个阶段，初测仅仅是为了得到地形图，可是考虑到我国铁路的工程测量要求铁路的勘测控制网、施工控制网、运营维护控制网必须统一坐标系统和起算基准，即“三网合一”，一网多用的原则，所在以CP0、CPI控制网的布设和测量一般放初测阶段。而高速铁路初测的阶段是为了得到地形图，测绘地形图一般只需布设图根控制网便可满足测图要求，但往往由于高速铁路线路一般比较长，图根控制网便无法控制全线，所以一般工程还需布设初测平面控制网和高程控制网。综上所述，本文的主要研究内容包括：（1）熟悉铁路建设的流程，分析高铁勘测阶段控制测量的特点及要求，研究高速铁路测量区别于一般铁路测量的内容和特点；（2）D级网的布设、测量和数据处理方法；（3）掌握CP0、CPI控制网的布设、测量和数据处理方法；n（4）线路水准基点控制网的布设、测量和数据处理方法；（5）结合工程实际，完成控制测量设计。1.5.2论文研究的目的通过学习高速铁路测量的规定和规范，查阅并学习相关文献资料，并对对高速铁路初测控制测量进一步的学习与研究；进一步深化自己的理论知识，把所学知识进行系统的归纳和总结；进一步熟悉工程概况，了解工程现场作业流程与作业方法；进一步增加自己的实践能力，动手能力，提高自己的专业素质。最终结合工程实际，完成控制测量设计。第2章工程概述2.1工程概况兰新铁路是目前新疆与内地联系的唯一铁路干线，发挥着十分重要的作用。但是随着我国西部大开发战略的实施，铁路运输成为制约了新疆煤炭等资源开发和经济发展的重要因素。新疆煤炭的开发和外运，对于带动新疆发展，优化煤炭国家开发布局，保障国家能源安全，具有重要意义。铁路凭借其运量大成本低，节能环保等优势是煤炭最适宜的运输工具，仅靠兰新铁路不能满足新疆煤炭的外运，迫切需要扩大铁路运力。兰新铁路第二双线是我国《中长期铁路网规划》重点项目。兰新铁路第二双线建成后，出疆铁路通道将增加至4条，运能大大提高。这条线路建设后，新疆和各省区联系的主构架完全形成，它是四线的、客货兼顾的，从货运来讲是大能力的通道，这条线建成以后，新疆煤炭外运能力从近期2亿吨到远期3亿吨。从客运来说，高速度的通道，近期200公里以上，远期速度还可以进一步提高，未来乌鲁木齐到北京，控制在15n小时之内。这条干线建成后，新疆和内地之间无论是人员交往，还是经济交流，通过新疆亚欧大陆桥和国际的交流，都形成了战略性的布局。新建兰新铁路第二双线（客运专线）自兰州枢纽兰州西站引出，溯湟水河至西宁，穿越达坂山、祁连山后进入甘肃河西走廊，经过张掖、酒泉、嘉峪关后，进入新疆的哈密、吐鲁番市，引入乌鲁木齐站。线路正线全长1776公里，共设31个车站。本方案设计研究的是兰新第二双线张掖联络线,张掖联络线从兰新第二双线张掖南站引出至既有兰新线西屯站，正线数目为单线，该方案线路全长约33km。张掖南枕祁连山，北依合黎山、龙首山，黑河贯穿全境，形成了特有的荒漠绿洲景象。境内地势平坦、土地肥沃、林茂粮丰、瓜果飘香。本线位于中温带干旱气候区，春季多风，夏季酷热，秋季凉爽，冬季寒冷，温差变化大是本区主要气候特点。区内交通、通讯便利，兰新铁路及国道312、227线贯通，县（市）乡公路四通八达。2.2既有资料分析收集到兰新第二双线可用采用CP0点：GODC、G051，位于张掖联络线两端，且两个CP0点距离大于50km。可用CPI点：CPI1153、CPI1154、CPI1155、CPI1156、CPI1157、CPI158，但是不满足与线路中线的距离要求。收集到的可用CP0、CPI点，均有三维国家2000坐标系坐标，但是由于CP0的点位要求不满足规范要求及工程需要所以在线路中间还需埋设一个CP0控制点，加上工程收集到的兰新二线可用CP0点，三个CP0控制点便可满足张掖联络线的控制要求，收集到的CPI控制点应与框架控制网（CP0）为基础，并与本次布设的二级基础平面控制网进行联测。在线路附近收集到兰新第二双线采用高程控制点CPII0310、CPII0311、nCPII0312-1等二等水准高程点，经兰新第二双线工程使用验证，点位稳定可靠，可作为二等水准测量起算点使用。2.3工作内容按照《高速铁路工程测量规范》TB-10601-2009的要求，按分级布网、逐级控制的原则，建立平面和高程精密控制网，具体内容为：(1)D级网布设及测量；(2)框架平面控制网（CP0）布设及测量；(3)基础平面控制网（CPI）布设及测量；(4)高程控制网布设及测量。第3章技术要求3.1执行的标准及规范（1）《高速铁路工程测量规范》（TB-10601-2009）；（2）《国家一、二等水准测量规范》（GB-T-12897-2006）；（3）《国家三、四等水准测量规范》（GB12898-91）（4）《铁路工程卫星定位测量规范》（TB10054-2010（J1088-2010））；（5）《全球定位系统(GPS)测量规范》（GB-T18314-2001）。3.2坐标与高程系统3.2.1平面坐标系统n为充分利用兰新第二双线的既有资料，平面坐标系统采用与兰新第二双线一致的2000国家大地坐标系基本椭球参数（长半轴为，扁率298.），按高斯窄带投影的方法建立工程独立坐标系，中央子午线为100°15′,投影面大地高程1452m，高程异常-48m；工程独立坐标满足《高速铁路工程测量规范》要求的投影变形不大于10mm/km的要求。3.2.2高程系统高程采用与兰新第二双线一致的1985国家高程基准。3.3控制网布网原则平面控制网按分级布网的原则分级布设，第一级为框架平面控制网(CP0),第二级基础平面控制网（CPI），第三级为线路控制网（CPII）（定测阶段研究的内容）。各级平面控制网的作用为：(1)CP0主要为全线的线路平面控制测量提供坐标框架基准；(2)CPI主要为勘测、施工、运营维护提供坐标基准；高程按二等水准测量技术要求施测。3.3.1平面控制网布网要求在充分分析兰新第二双线既有资料和线路基本情况的基础上，收集到的兰新第二双线的CP0不能满足作为第一级基础框架平面控制网(CPI)的需要,还需在线路中间布设一个CP0点,以满足CPI基础平面控制网测量的需要；基础平面控制网CPI控制点沿线路走向布设，约小于4km布设一对。CP0、CPI以及初测平面控制网布网要求见表3-1。表3-1各级平面控制网布网技术要求n控制网级别列车设计行车速度测量方法测量等级点间距备注CP0200GPS专门设计50km左右CPI200GPS二等≤4km点对间距≥800米初测平面控制网200GPS四等8km点对间距500~800米平面控制网的主要技术要求见表3-2。表3-2平面控制采用GPS测量方法建立时的技术要求控制网等级固定误差a(mm)比例误差系数b(mm/km)基线方位角中误差(")约束点间的边长相对中误差约束平差后最弱边边长相对中误差专门设计≤5≤10.9″1/1/二等≤5≤11.3"1/1/四等≤5≤22.0"1/1/700003.3.2高程控制网布网要求高程控制网沿线路每2公里布设一个水准点，水准点可与CPI共用，全线采用水准测量方法按二等水准测量技术要求施测，主要技术要求见表3-3。表3-3二等水准测量精度要求水准测量等级每千米高差偶然中误差（mm）每千米高差全中误差(mm)检测已测测段高差之差测段、路线往返测高差不符值附合路线或环线闭合差测段、路线的左右路线高差不符值平原山区平原山区二等≤1≤2——注：①表中K为测段水准路线长度，单位为km；L为水准路线长度，单位为km；为检测测段长度，以千米计；n为测段水准测量站数。②当山区水准测量每公里测站数n≥25站以上时，采用测站数计算高差测量限差。第4章D级网n我国铁路的工程测量要求铁路的勘测控制网、施工控制网、运营维护控制网必须统一坐标系统和起算基准，即“三网合一”，一网多用的原则，所以按照一般的工程建设流程是先布设CP0、CPI控制网和线路水准基点控制网，然后再在这个基础上进行航测地形图和下级控制网的布设。可是初期线路具有不确定性，考虑到埋设CP0的成本比较高，所以设计单位在实际工程勘测中往往是先进行航测地形图，等线路真正确定下来以后再按照规范和工程实际要求布设CP0、CPI控制网和线路水准基点控制网。在没有布设CP0、CPI控制网和线路水准基点控制网的情况下要进行航测地形图，这就需要首先建立一个专门为航测服务的D级网，在本文中将D级网纳入到了设计的范畴。需要说明的是，建立的D级网与线路定线后建立的CP0、CPI控制网坐标系统要一致。4.1D级网布设D级平面控制网应沿线路走向建立,以收集到可用的CP0为基准，每8km左右布设一对GPS点，点对间距以500~800m为宜,按四等GPS网要求施测；D级网的高程控制点与D级平面控制点公用，按四等水准测量的方法进行施测。4.2D级网选点埋石4.2.1选点D级网GPS相邻控制点点的距离应在5~10km之间。选点应遵循以下原则：（1）周围应便于安置接收设备和操作，视野开阔，视场内障碍物的高度角不宜超过15°；（2）远离大功率无线电发射源（如电视台、电台、微波站等），其距离不小于200m；远离高压输电线和微波无线电信号传送通道，其距离不得小于50m；（3）附近不应有强烈反射卫星信号的物件（如大型建筑物等）；n（4）交通方便，并有利于其他测量手段扩展和联测；（5）地面基础稳定，易于点的保存；（6）充分利用符合要求的旧有控制点；（7）选站时应尽可能使测站附近的小环境（地形、地貌、植被等）与周围的大环境保持一致，以减少气象元素的代表性误差。4.2.2埋石D级GPS平面和高程控制网，埋设普通标石便可满足要求，中心标识用铁或其他坚硬材料制作，标石埋设采用现场混凝土浇灌的方法制作，埋设的标石规格如下图4-1所示：图4-1普通标石埋设规格4.3平面控制网4.3.1平面控制网施测平面控制网采用GPSn施测时，网形采用边联接方式，要与高等级的控制网点进行联测，网要起始于高等级控制点，结束于高等级控制点，且控制点要在网中均匀分布。观测前，应对接收机进行预热和静置，同时应检查电池的容量、接收机的内存和可储存空间是否充足。施测过程中要严格按照要求进行操作，天线安置的对中误差，不应大于1mm，天线高的量取应精确至lmm，分别于测前和侧后量取天线高，每次量取的天线高是从接收机的三个方向得到的，而最终的天线高是测前与侧后量取天线高的平均值，且测前侧后互差不大于3mm。观测中，应避免在接收机近旁使用无线电通信工具。观测过程中要做好记录，包括控制点点名、接收机序列号、仪器高、开关机时间等相关的测站信息，作为后期数据处理的依据。D级平面控制网观测相关技术参数如下：表4-1D级网观测相关技术参数级别卫星截止高度角（°）同时观测有效卫星数有效观测卫星总数观测时段数D15≥4≥4≥1.6表4-2D级网观测仪器参数D时段长度min静态≥45快速静态双频+P（Y）码≥5双频全波≥5单频或双频半波≥5采样间隔S静态10~30快速静态5~15时间中任一卫星有效观测时间min静态≥15快速静态双频+P（Y）码≥1双频全波≥3单频或双频半波≥5注：1、在时段中观测时间符合表7中第七项规定的卫星，为有效观测卫星；2、计算有效观测卫星总数时，应将各时段的有效观测卫星数扣除其间的重复卫星数；n3、观测时段长度，应为开始记录数据到结束记录的时间段；4、观测时段数≥1.6，指每站观测一时段，至少60%测站再观测一时段。4.3.2平面控制网基线解算GPS基线使用LGO7.0随机软件采用广播星历解算基线，起算点采用联测的兰新第二双线CP0、CPI点的三维成果。基线解算应作同一时段观测值资料剔除率、同一条边任意两个时段解算值互差、独立观测边闭合环各坐标分量闭合差、同步观测环闭合差检核和统计等工作，对不满足各检验指标的时段应进行返工测量。各项检验项目将在下面CPI平面控制测量基线解算中详细论述。4.3.3平面控制网平差及坐标转换GPS网采用COSAGPS软件在WGS-84坐标系中进行三维无约束平差，然后采用联测的兰新第二双线CP0、CPI点的三维成果进行约束平差。无约束平差中，基线分量的改正数绝对值（、、）应满足下式：≤3σ；≤3σ；≤3σ约束平差的基线向量改正数与无约束平差的同名基线改正数的较差应满足下式：≤2σ；≤2σ；≤2σ平差完毕，按设计的投影数据进行工程独立坐标系坐标计算。4.4高程控制网4.4.1精度指标n高程控制测量采用测量采用LeicaDNA03电子水准仪(或者精度更高的电子水准仪)，水准尺为配套铟瓦水准标尺，5kg重的尺垫。测量前对水准仪进行检定，检定合格后方可用于测量工作，并在作业期间每天开测前进行i角测定，若开测为未结束测段，则在新测段开始前进行测定。高程控制网测量采用水准测量方法，其精度及主要技术要求如下表4-3、表4-4：表4-3水准观测的主要技术要求等级视线长度前后视距差测段的前后视距累积差视线高度仪器类型视距四等DS3100≤3.0≤10三丝能读数DS1,DS05150表4-4水准测量限差要求水准测量等级测段、路线往返测高差不符值测段、路线的左右路线高差不符值附合路线或环线闭合差检测已测测段高差之差平原山区四等注：K为测段水准路线长度，单位为km；L为水准路线长度，单位为km；为检测测段长度，单位为km；山区指高程超过1000m或路线中最大高差超过400m的地区。表4-5偶然中误差、全中误差限差要求测量等级四等5104.4.2高程控制网施测高程控制网应从收集到的兰新二线可用二等水准点的基础上开始施测，最后还要闭合于这些高等级的水准点，保证其高程系统的统一。n由于本次进行四等水准测量时所采用的是高精度的电子水准仪,结合工程实际并按照《国家三四等水准测量规范》的要求，观测顺序如下,往、返测奇数站照准标尺的顺序为：a．后视标尺；b．前视标尺；c．前视标尺；d．后视标尺。往、返测偶数站照准标尺的顺序为：a．前视标尺；b．后视标尺；c．后视标尺；d．前视标尺。两次读数之差≤3mm两次高差之差≤5mm检测间歇点高差之差≤5mm因测站观测误差超限，在本站检查发现后可立即重测。若迁站后才检查发现，则应从水准间歇点（须经检测符合限差）起测，重新观测。4.4.3外业数据整理与成果计算4.4.3.1外业记录整理1外业计算取位按下表执行：表4-6外业计算取位规定计算项目取位计算项目取位往（返）测距离总和0.01km往（返）测高差总和0.1mm测段距离中数0.1km测段高差中数1mm各测站高差0.1mm水准点高程1mmn2外业记录原始数据及时存档并用外接存贮设备进行备份。3外业记录数据要及时处理，并对观测数据进行检查确认。4每测段水准测量结束，应进行往返测高差不符值计算，往返测高差较差平原应≤（K为测段长度，以km计)。以往返测高差平均值作为高差观测成果。4.4.3.2水准测量外业计算的项目1外业手簿的计算；2外业高差和概略高程表的编算；3每公里水准测量偶然中误差M△的计算：每完成一条水准路线的测量，应进行往返测高差不符值及每公里水准测量高差中数的偶然中误差（小于100km或测段数不足20个的路线，可纳入相邻路线一并计算），按下式计算，并应符合3.3.2的规定。Δ——测段往返测高差较差，单位为毫米（mm）R——测段长度，单位为千米（km）n——测段数的值应小于±1mm4附合路线环线闭合差的计算；5每公里水准测量全中误差的计算：当构成水准网的水准环超过20个时，按环线闭合差W计算每公里水准测量的全中误差，每公里水准测量的全中误差按下式计算：式中：W－经过各种改正后的水准环闭合差，mm；F-水准环线周长，km;nN-水准环数。4.4.3.3外业高差和概略高程表的编算由两人各自独立编算一份，并核对无误，计算水准点概略高程时，所用高差加入正常水准面不平行性等改正。4.4.3.4成果的重测与取舍测段往返测高差不符值超限，应先就可靠程度较小的往测或返测进行整测段重测，并按下列原则取舍。（1）若重测的高差与同方向原测高差的不符值超过往返测高差不符值的限差，但与另一单程高差的不符值不超出限差，则取用重测结果；（2）若同方向两高差的不符值未超出限差，且其中数与另一单程高差的不符值也不超出限差，则取同方向中数作为该单程的高差。（3）若（1）款中的重测高差（或（2）款中两同方向高差中数）与另一单程的高差不符值超出限差，须重测另一单程。（4）若超限测段经过两次或多次重测后，出现同向观测结果靠近而异向观测结果间不符值超限的分群现象时，如果同方向高差不符值小于限差之半，则取原测的往返高差中数作往测结果，则取重测的往返高差中数作返测结果。（5）区段、路线往返测高差不符值超限时，应就往返测高差不符值与区段（路线）不符值同符号中较大的测段进行重测，若重测后仍超出限差，则须重测其他测段。（6）附合路线和环线闭合差超限时，应就路线上可靠性较小（往返测高差不符值较大或观测条件较差）的某些测段进行重测，如果重测后仍超出限差，则须重测其他测段。（7）每公里水准测量偶然中误差、全中误差超限时，应分析原因，重测有关测段或路线。n第5章CP0、CPI控制网测量5.1CP0、CPI平面控制网布设5.1.1CP0平面控制网布设为保证铁路工程测量统一的尺度和起算基准，勘测控制网、施工控制网、运营维护控制网进行设计时要体现“三网合一”的测量理念。在实际工作中，由于铁路线路中心线线位存在一定的不确定性，使航测控制网、初测控制网、定测控制网、施工控制网等存在一定的不协调性。生产中，比较实用的方法就是首先建立框架基准控制网（CP0），提供初测控制网的基准。框架控制网（CP0）是采用卫星定位测量方法建立的三维控制网，全线一次性布网，统一测量，整体平差,作为全线（段）勘测设计、施工和运营维护的坐标起算基准。满足线路平面控制测量起闭联测的需要。框架控制网（CP0），可在国家2000控制点不能满足平面控制测量点间的相对精度时先行建立，要是当地的国家2000控制网能满足工程的需要就不需布设CP0平面控制网，而当国家2000控制网不能满足需要时就要布设CP0平面控制网。CP0控制网应与IGS参考站或国家A、B级GPS点进行联测。全线联测的已知站点数不应少于2个，且在网中均匀分布。框架控制网CP0测量成果应输出2000国家大地坐标系中各点的地心坐标和大地坐标。CP0控制点沿线路走向每50km左右布设一个点，距离中线一般不超过10公里。在线路起点、终点或与其他线路衔接地段，应至少有1个CP0控制点。当国家既有GPS控制点的精度和位置满足CP0控制网要求时，应将其作为高速铁路CP0控制点。5.1.2CPI平面控制网布设nCPI控制点沿线路走向布设，每3~4km布设一对，宜选在距线路中心50~1000m范围内、稳定可靠、便于测量、不易被破坏的地方。隧道长度大于3km时，隧道口CPI布设对点，对点间距离应大于800m，困难时一般不小于700m。前期收集到的兰新二线可用CP0控制点两个，加上又布设的一个CP0控制点，CPI测量时要联测这三个CP0控制点。5.2控制网选点埋石5.2.1CP0选点埋石5.4.1.1CP0选点1CP0控制点50km选择一个，应选在土质坚实、安全僻静、观测方便和利于长期保存的地方；2点位应便于安置GPS接收机。点位周围视野开阔，便于GPS卫星信号的接收；3点位离大功率无线电发射源(电视台、微波站)的距离不小于200m，离高压输电线距离不得小于50m；4点位附近不应有强烈干扰卫星信号接收的物体，尽量避开大面积水域；5所有CP0控制点均应在现场填写点位说明，必要时应丈量至明显地物的距离，绘制点位示意图，并按表5-1作好点之记，点之记成果用AutoCAD绘制。5.4.1.2CP0控制点埋石1控制点标志nCP0控制点金属标志制作材料为铸铁或其他金属。见图5-1。其顶部刻0.5mm深的十字分划丝上部。标头顶应高于桩面1cm,以便平面和高程点共用并便于外业测量。点号的命名“张掖联络线CP0×××”。n表5-1点之记样板2基岩埋石n在基岩裸露或埋深较浅的地区可埋设基岩桩：选择稳固、未风化的岩石埋桩。岩石上埋桩时采用钻孔法，用电钻钻进成孔，放入标芯后再采用强力胶填塞钻孔，并用水泥抹平，保证标心稳固，具体埋设规格如下图5-2所示（单位：mm）。图5-1控制点标志（单位：mm）图5-2控制点基岩面埋设图（单位：mm）3一般情况下埋桩控制点标石采用混凝土预制桩，CP0预制桩顶面尺寸300mm×300mm,底部尺寸为400mm×400mm,高度为≥1000mm，埋设规格及标注详见下图5-3。控制点的埋石：在冻土地区标石底部应位于最大冻土深度线以下0.3米。n图5-3CP0平面控制点标石埋设图（单位：mm）1-盖板；2-地面；3-保护井；4-素土；5-混凝土5.2.2CPI选点埋石5.2.2.1CPI选点1CPI控制点4km选择一对点，应选在土质坚实、安全僻静、观测方便和利于长期保存的地方；2其他符合卫星测量规范的一些规定，同CP0选点。3所有CPI控制点均应在现场填写点位说明，必要时应丈量至明显地物的距离，绘制点位示意图，并按附录1作好点之记，点之记成果用AutoCAD绘制。5.2.2.2CPI控制点埋石全线CPI预埋桩采用同一尺寸，桩顶面尺寸250mm×250mm,底部尺寸为300mm×300mm,高度为750mm，CPI点需要做护井和盖板（盖板尺寸为n450mm×450mm×80mm），最终埋设的纵断面如图5-4所示。高程控制桩不用做护井和盖板，最终埋设的纵断面见图5-5。图5-4CPI平面控制点标石埋设图（单位：mm）1-盖板；2-地面；3-保护井；4-素土；5-混凝土图5-5四等平面控制点标石埋设图（单位：mm）选点与埋石质量是保证精密测量精度的基础，必须对选点及埋石的质量进行严格控制，控制埋石的点位环境及埋石过程要求采用数码相机进行拍照，点位环境图与CAD格式的点之记作为点之记正式成果上交，埋石过程的照片作为埋石质量控制的过程措施必须严格执行，并作为成果上交。n5.2.3埋石程序5.2.3.1技术交底埋点以小组为单位，由各参加单位项目负责人讲解技术要求及操作步骤，确保参与人员尤其是每小组配备的技术负责人员掌握要求，熟悉操作程序，确保工作顺利无误。水准点选点及埋设尽量与CPI点公用，不共用时，则另行安排单独埋设水准点。5.2.3.2人员及材料准备以埋设小组为单位，每组有一人做技术负责人，负责确认埋设位置及埋设质量控制，确认通视情况，负责组织人力将标石及混凝土材料运送到点位并完成埋设（一般每组3-4人），每组准备如下材料：1本“操作程序（埋石程序）”一份、标有选点位置的地图一份（也可根据电子布点图读取坐标表进行现场布点选点）；望远镜一个、对讲机一对、手持GPS一个、数码相机一台、2-3m卷尺一个、点之记表格清单，挖坑用的铁锹、镐头、方铲等工具，现场做标记用的红喷漆；2全站仪一套（备用，用以进行困难条件下选点，检查确认埋设点对的通视情况）；3运输标石及混凝土材料的运输车，需现场调制混凝土的水泥、沙石、用于砌保护井的砖块（每点需18-22块砖，砖规格为24×12×6cm）、对应编号的标石及盖板；5.2.3.3现场工作n1图上选的点位，到实地后不一定理想，现场人员可根据通视、利于GPS观测、利于桩的长期保存等条件现场移点，但不能移到距中线50米范围之内，以免施工破坏。2挖坑，请各小组负责人根据航测处图上布设的点位现场选点并做好标志后，派人提前一天开挖土坑，土坑规格为：50cm×50cm×155cm，挖坑及埋设的时间安排以不窝工为原则。3埋桩，由各小组负责人确认挖坑处是否为所选点位（困难地区必要时用全站仪测量确认）；检查土坑开挖深度及宽度，核对运送到现场的标石编号是否与选点编号一致，埋桩基本程序：第一，先将挖好的坑底清平捣实，确认无虚土；第二，拌和粗砾石砂浆（1：2：4的水泥、沙石、砾石，加刚满足凝结要求的水，防止太稀或不粘），在最底层铺80cm的砾石砂浆基础层，在正中央加填几块10-12cm大的石块（起坚硬支撑作用，防止预制桩放下时直接下沉压穿基础层落到坑底）；第三，将基础层震动密实后，将桩竖直放入坑中央（要对准预先放置的石块中心，确保桩稳、不歪不斜）；第四，素土回填，从护桩混凝土顶面到桩顶面的深度，采用素土回填，要求每填5cm土层浇一次水并夯实，直到9层回填土层与桩顶平；第五，砌保护井，用预先准备的砖块及水泥砂浆砌三层砖成正方形护井，井内壁及顶面用水泥抹平抛光，井外尺寸及盖板尺寸为50cm×50cm宽。4由小组技术人员照相（负责留存整理以下照片：埋设点20米范围环境照片、埋石坑开挖深度及宽度照片、坑底铺设贫混凝土照片、标石放置后填埋前照片、护桩混凝土填埋层照片、保护井正面及点标识照片，要求每套照片与具体点一一对应），照片资料将用于做点之记说明及埋桩质量证明。n5点之记填写，由由小组技术人员认真填写，必须包括：桩类型（CP0、CPI或水准点）、等级、编号、交通路线、点位周围地物相关距离与示意图、手持GPS概略坐标（以经纬度表示）、埋桩负责人、埋桩日期等，内容要详实，以便GPS测量时能及时到位，还将以此为基础整理正式点之记供勘测、施工与维护单位使用。5.3CP0、CPI平面控制网施测5.3.1GPS网施测要求为了满足高速铁路对测量工作精密性的要求和确保测量工作顺利成功，规范观测作业过程，对GPS网施测提出了严格的要求。1、所有仪器在观测前统一进行设置：数据采样间隔30秒，设置高度角为15度。观测人员严禁擅自更改预制参数，如预制参数发生改变，应及时恢复。2、观测前认真做好星历预报，根据本设计的技术要求、卫星状况规划好观测时段，填写调度任务单，并下发具体观测人员，人手一份。3、作业过程中服从项目调遣，严格按规定的时间段观测，有通讯信号的地方要务必电话联系，无通讯的地方按约定时间施测，如有异常情况，务必尽快汇报项目负责人，以便快速做出反映。不得无故擅自更改观测计划。4、到达测站后，按规定架设仪器，认真整平，精确对准GPS桩十字分划。5、仪器观测过程中严禁擅离工作岗位，注意观察仪器工作状态，如模糊度、电池电量等指示，提前根据电池电量等做出反映，严禁无故造成仪器中途关机。6、施测过程中要防止仪器震动，不得移动仪器，要防止人员或其它物品碰动天线或阻挡信号。7n、施测过程中，要认真填写测量手簿，记录点名、观测员、记录员、接收机型号、天线编号、观测日期、开机时间、关机时间等信息，在测前、测中、测后均量取天线高一次，均记录在手簿中，互差超限时要查明原因。以上信息均要求现场记录，严禁事后补记。同时在观测过程中，完善点位的点之记，供内业整理使用。一天施测完毕，及时上交观测手簿及点之记，严禁丢失。7、施测过程中，不应在天线附近使用无线电通讯。必须使用时，对讲机、手机等应距天线10m以上。8、一个时段观测完毕，如在同一点上需要观测另一时段时，要关掉电源重新架设整平、严格对中后开始观测作业。如需搬站，要认真清点仪器，避免仪器配件等的丢失。9、每天观测完毕，上交记录介质给数据处理人员，数据处理人员要及时拷贝备份，应在不同的计算机中备份。5.3.2CP0平面控制网施测CP0平面控制网应与IGS参考站或国家GPSA、B点进行联测。全线联测的已知点数不应少于2个，且在网中均匀分布。IGS参考站或国家A、B级GPS点与其相邻的CP0连接数不得小于2个。每个CP0控制网与相邻的CP0连接数目不得小于3个。同步观测的GPS接收机不应少于4台。1采用Trimble或LEICA双频GPS接收机观测，仪器标称精度不低于5mm+1ppm；2全部仪器、光学对中基座生产作业前都必须按要求进行检校合格且应在有效检定期内才能投入使用。所有仪器在观测前统一进行设置：数据采样间隔15~60s，设置高度角为15度；3观测前，应做好星历预报，避开不利于观测的时间段；4各个观测时段应昼夜均匀分布，夜间观测时段数应不少于1个；5每个观测时段不宜跨越北京时间早8点（世界协调时0点）；n6观测时，应严格对中整平，天线对中误差应不大于1mm。每时段观测前后各量取天线高一次，每次应在相同的位置从天线三个不同方向（间隔120度）量取，或用接收机天线专用量高器量取，单次天线高重复量取的读数互差不大于±2mm，测前和测后天线高观测值读数互差不大于±3mm，并取其平均值作为最后结果。双时段观测时第二时段必须改变三脚架高度，整平对中后，重新量取天线高度；7同一时段的观测过程中不得关闭并重新启动仪器，不得改变仪器的参数设置，不得转动天线位置；8观测过程中按规定填写观测手簿。点名、仪器高、仪器号、时间、日期以及观测者均应详细记录。GPS网观测手簿统一为“GPS测量手簿”；9观测过程中若遇强雷雨、风暴天气应立刻停止当前观测时段的作业。各项技术要求应符合表5-2的规定。表5-2CP0、CPI测量技术要求控制网等级卫星截止高度角数据采样间隔同时观测有效卫星数有效卫星的最短连续观测时间观测时段数有效时段长度PDOP或GDOPCP015°15~60s≥4≥15min≥4≥300min≤6CPI15°15~60s≥4≥15min≥2≥90min≤6注：同步观测时段长度是指同步环中的最短、连续观测时间跨度。5.3.3CPI平面控制网施测n在进行CPI施测时要联测收集到的兰新二线两个可用的CP0点和线路中间另外布设的一个CP0点，CP0、CPI网采用边联结方式构网，形成由三角形或大地四边形组成的带状网。其他的具体施测要求要符合卫星测量的规范要求，同CP0平面控制网施测要求。各项技术要求应符合表5-2的规定。5.4GPS平面控制网数据处理5.4.1CP0平面控制网基线解算CP0与国家GPSA、B级点联测，基线解算采用GAMIT、Bernese等适合长基线解算的高精度GPS解算软件，采用精密星历解算，基线解算采用多基线解算模式，计算结果应包括基线向量的各坐标分量及其协方差阵等平差所需的元素。同一时段观测值的数据剔除率宜小于10%。基线向量解算引入的起算点坐标位置基准应为国际地球参考框架中（ITRF）的坐标成果，该坐标框架应与采用的精密星历坐标框架保持一致。起算点选用联测的IGS参考站或国家A、B级GPS点，其点位坐标精度应小于0.1m。CP0数据质量检核要求见表5-3。5.4.2GamitGPS数据处理软件为解决全线坐标基准问题，高速铁路框架控制网必须具有系统性和完整性，全线的CP0采用整体网平差数据处理。基线解算采用IGS公布的最终精密星历，基线向量解算应使用适合长基线解算的高精度GPS解算软件，基线解算软件推荐采用Gamit或Bernese等。基线解算和网平差均应采用国家或铁道部主管部门评审通过的软件，本设计采用Gamit软件进行基线解算和网平差。n表5-3CP0数据质量检核要求基线重复性测量较差独立（异步）闭合环或附合线路的坐标闭合差分量或长度限差标准闭合差限差标准ΔX≤Wx≤ΔY≤Wy≤ΔZ≤Wz≤ΔS≤Ws≤按下式计算：n—基线重复观测的总时段数；i—时段号；Ci—i时段基线的某一坐标分量或长度(△X、△Y、△Z、△S)；Cm—对应于C的多时段基线加权平均值；—i时段Ci的方差。按下式计算：i代表基线的某一分量（△X、△Y、△Z），r代表闭合环或附合线路中的基线数，j代表基线编号，代表第j条基线i分量的方差；，其中；Dj代表环线中第j条基线的方差-协方差阵。5.4.2.1GamitGPS数据处理软件介绍GAMIT/GLOBK是一套高精度数据处理软件,主要用于分析研究地壳变形、高精度GPSn测量数据处理等领域。它由美国麻省理工学院(MIT)和斯克里普斯海洋研究所(SIO)联合开发,并得到美国哈佛大学和美国国家科学基金会的支持。GAMIT软件的部分代码源于上世纪七十年代的空间大地测量数据处理程序,1987年完成了基于UNIX操作系统的GPS数据处理软件,1992年研制人员对软件进行改进,提高其自动化程度,并利用它进行IGS跟踪站网的GPS数据处理。GAMIT/GLOBK高精度数据处理软件不但精度高而且开放源代码,使用者可以根据需要进行源程序的修改。目前，它已广泛应用于长距离、高精度、长时间的GPS定位数据处理。它可以估计卫星轨道和地面测站的三维相对位置。软件设计基于支持X－Windows的UNIX系统，现在的版本适用于Sun（OS/4，Solaris2）、HP、IBM/RISC、DEC和基于Intel工作站的LINUX操作系统。作为科研软件，GAMIT/GLOBK供研究和教育部门无偿使用，只需通过正式途径得到使用许可证。完全的开放性使用户可以对软件的工作原理、数据处理流程及技巧有全面的了解，这也在一定程度上促进了GAMIT/GLOBK的不断更新。GAMIT软件处理双差观测量，采用最小二乘算法进行参数估计。采用双差观测量的优点是可以完全消除卫星钟差和接收机钟差的影响，同时也可以明显减弱诸如轨道误差、大气折射误差等系统性误差的影响。当它采用精密星历和高精度起算点时，其处理长基线和连续时段静态定位相对精度可达10~10数量级，处理短基线的精度可达1~3毫米。它不仅精度高、功能强大，而且开放源代码，用户可以根据实际需要进行人工干预进行数据处理。GAMIT软件主要功能和特点如下：（1）卫星轨道和地球自转参数估计；n（2）地面测站的相对定位计算；（3）用模型改正各种地球物理效应（极移、岁差、章动、潮汐等）；（4）对流层天顶延迟参数和大气水平梯度参数估计；（5）支持接收机天线相位中心的ELEV（随卫星高度角变化）模型改正；（6）可选观测值等权、反比于基线长度或随高度角定权；（7）同时提供载波相位整周模糊度（又称整周未知数，是在全球定位系统技术的载波相位测量时，载波相位与基准相位之间相位差的首观测值所对应的整周未知数。正确地确定它，是全球定位系统载波相位测量中非常重要且必须解决的问题之一。）实数和整数的约束解及松弛解；（8）数据编辑可人工干预（CVIEW），也可自动处理（AUTCLN）。用GAMIT估计对流层天顶延迟参数和大气水平梯度参数，通常采用线性分段模型，根据观测时间和区域自主确定参数个数。如果测站间隔较近，估计得到的参数间的相关性会非常大，由此降低了应用于气象学研究的可靠性。这是所有相对定位软件的共同局限。GAMIT软件处理GPS数据的过程非常复杂，但就近几年的卫星状况和接收机的状况，数据筛选和编辑完全可由数据自动编辑模块AUTCLN完成。FIXDRV模块将数据处理部分的工作集为一体，使数据处理变得简单易行。从2000年起随软件包一起提供的一个由C－shell写成的程序sh－gamit更是将繁琐的数据准备和处理工作集成化，只要在RINEX格式的观测文件中给定正确的相关信息即可。GLOBK是一个卡尔曼滤波器，其主要目的是综合空间大地测量和经典大地测量的初步处理结果完成数据的后处理。因此它的输入一般是一些准观测量，如测站坐标、地球自转参数、卫星轨道及它们的方差－协方差。虽然最初发展GLOBK是作为GAMIT和CALC/SOLVE（VLBIn的数据处理软件）结合的一个界面，但现已可以接受其他GPS数据处理软件如GIPSY和Bernese产出的结果及经典大地测量和SLR观测数据。GLOBK三个主要应用是：（1）结合一个观测作业期内不同时段（例如不同天）的初步处理结果，获取该观测作业期测站坐标的最佳估值；（2）结合不同年份获取的测站坐标结果估计测站的速度；（3）将测站坐标作为随机参数，生成每个时段或每个观测作业期的坐标结果以评估观测质量；GLOBK是一个复杂且又非常灵活的应用软件，包含又许多控制命令，每个命令完成一个功能，不同的命令组合实现不同的应用。5.4.2.2GAMIT数据处理步骤1数据准备GAMIT软件数据准备过程比较复杂，需要从GPS观测文件、GPS观测天线、测站坐标及约束、星历文件及共用表等方面准备。观测文件及星历文件准备：观测文件包含RINEX格式观测O文件及导航N文件，星历文件指IGS精密星历。为了便于数据组织，我们通常将观测文件及星历文件按天存放于指定目录中。共用表准备：共用表格文件是指在多天多网数据处理中共用文件。包含日月星历、章动、极移、地球自转等及其它一些参数设置文件。其中日月星历、章动、极移、地球自转需要依据处理日期随时更新。测站相关文件准备：测站相关文件通常存放于共用文件目录中，包含测站概略坐标文件、测站信息文件及测站约束文件。2数据处理步骤①将共用表文件复制或链接到数据目录中；②利用测站XYZ坐标生成L文件（BLH）；n③运行makexp程序，生成输入文件；④运行sh_sp3fit脚本，生成轨道初始根数；⑤运行sh_check_sess脚本，检查卫星一致性；⑥运行makej程序，生成卫星钟差文件；⑦运行sh_check_sess，检查卫星一致性；⑧运行makex程序，生成X文件；⑨运行fixdrv程序，生成批处理文件；⑩运行fixdrv生成的批处理文件，得结果。3GLOBK数据处理步骤①在用户目录下建立GLOBK数据目录②数据文件准备③运行htoglb将GAMIT的H-文件转换为GLOBK认可的二进制的h-文件④运行glred进行重复性精度评价5.4.3CP0网平差及坐标转换CP0网使用铁道部认可的COSAGPS软件进行网平差，采用收集的国家GPSA、B点在ITRF97框架下的已知成果进行约束平差。CP0网平差应符合下列要求：无约束平差中基线向量各分量的改正数的绝对值应满足下式要求：n式中为基线弦长标准差（mm），其中a=5mm，b=0.2mm/km。约束平差前，应进行外部数据处理质量检核。联测站点的已知坐标成果与无约束平差成果间差值的绝对值应小于0.2m，且由此计算的基线长度相对误差应小于0.3×D×10-6。整体约束平差所采用的约束点应为IGS参考站或国家A、B级GPS点的2000国家大地坐标系成果。整体约束网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下式要求：无约束平差应输出ITRF或IGS国际地球参考框架下各点的三维坐标、各基线向量平差值、各基线的坐标分量、改正数及其精度。整体约束平差应输出2000国家大地坐标系中各点的地心坐标和大地坐标。CP0复测的方法和精度应与原测相同。CP0复测成果转化为平面坐标后与原测成果的x、y坐标较差限差应为±20mm，当较差满足限差要求时，采用原测成果，否则应按同精度扩展方法更新坐标成果。5.4.4CPI平面控制网基线解算兰新第二双线张掖联络线线路长度约33公里,数据采集过程中可能涉及到不同类型及型号的GPS的混合作业，为了保证后续全线GPS网平差的顺利进行，特对、GPS网的外业测量及数据处理做出如下技术要求。1参加外业测量的仪器GPS仪器必须是在检定有效期内的双频接收机，每小组尽量做到仪器厂家统一、仪器型号统一；无法统一时，必须搞清楚各仪器的天线类型，便于数据转换。n2CPI基线处理统一采用铁道部认可的LGO7.0处理软件，提交符合各项基线检验要求的工程项目及基线数据。3每天需要完成的工作：(1)数据处理人员及时将当天观测记录结果录入计算机，并拷贝成一式两份，并在不同的存储器中进行备份，防止测量数据意外丢失。(2)制作数据文件备份时，不得进行任何剔除或删改，不得调用任何对数据实施重新加工组合的操作指令。(3)检查测量手簿记录项目是否完整。(4)将每天的数据输入基线处理软件中，删除无效的数据，对有效数据对照手簿检查天线高等记录是否相符，如不相符，应及时询问解决，在手簿中予以原因说明。(5)将检查合格后的数据转换成RINEX2.0及2.1格式，存档保存。(6)在LGO7.0软件中输入数据，删除观测时间不满足要求的卫星，然后进行基线解算，基线解算时一般采用缺省的参数配置，计算时应做好如下检验：①复测基线的长度较差ds，两两比较应满足下式的规定：式中：--相应级别规定的精度（按平均边长计算）②GPS网同步环闭合差的检验：三边同步环中只有两个同步边成果可以视为独立的成果，第三边成果应为其余两边的代数和。由于模型误差和处理软件的内在缺陷，第三边处理结果与前两边的代数和常不为零，其差值应小于下列数值：nWx≤·σ/5Wy≤·σ/5Wz≤·σ/5W=≤·σ/5式中：σ—相应级别规定的精度（按网的实际平均边长计算）。同步环的检验应每天形成同步环报告，等全部测量结束时，汇总各天的同步环检验的报告，形成最终的同步环检验报告上交。③独立观测边闭合环各坐标分量闭合差应符合下式规定：Wx≤3·σWy≤3·σWz≤3·σW≤3·σ式中：n—闭合环边数  σ—相应级别规定的精度（按平均边长计算）。对不满足上述检验要求的基线应分析原因，通知项目负责人，调整计划及时安排重测。(7)根据星历预报，做好第二天GPS测量的作业调度书，下发每个参与测量的人员。4需要提交的数据及GPS基线处理成果n(1)观测原始数据；(2)转换后的RINEX格式数据；(3)符合基线数据各项检验要求的LGO工程项目；(4)重复基线、同步环、独立基线环检验报告。5.4.5CPI网平差及坐标转换CPI采用铁道部认可的COSAGPS软件在WGS-84坐标系中进行三维无约束平差，然后采用联测的兰新第二双线CP0、CPI点的三维成果进行约束平差。无约束平差中，基线分量的改正数绝对值（、、）应满足下式：≤3σ；≤3σ；≤3σ约束平差的基线向量改正数与无约束平差的同名基线改正数的较差应满足下式：≤2σ；≤2σ；≤2σ平差完毕，按设计的投影数据进行工程独立坐标系坐标计算。第6章高程控制网测量6.1选点和埋石线路水准基点控制网,沿高速铁路线路敷设的首级高程控制点,应采用二等水准测量的方法建立，一般每2km左右布设一个,为高速铁路勘测设计、施工的高程基准。重点工程（大桥、长隧及特殊路基结构）地段应根据实际情况增设。水准基点应便于后续勘测及施工使用，应尽量与CPI共点，不能共点时可单独埋设。n水准基点的预制桩与CPI预制桩相同，埋设规格与平面控制桩相同。水准点应选在土质坚实、安全僻静、观测方便和利于长期保存的地方。水准点应按附录1的规定做好点之记。二等水准测量时将沿线的国家一、二等水准点全部予以联测，共后续数据分析、处理及平差使用。6.2水准测量方案水准测量采用附合水准路线往返测量，起、终点联测兰新第二双线二等水准点，在线路沿线联测国家一、二等水准点，对沿线位置适宜的国家三等水准点也应进行联测，以便水准测量成果进行检核。高程控制网测量采用水准测量方法，使用电子水准仪。其精度及主要技术要求如下表6-1、表6-2。表6-1水准观测的主要技术要求等级水准仪类别水准尺类型视距（m）前后视距差（m）测段的前后视距累积差（m）视线高度（m）数字水准仪重复测量次数光学数字光学数字光学数字光学数字二等DSZ1DS1因瓦≤50≤50≥3≤1.0≤1.5≤3.0≤6.0≥0.3≥0.55≥2次表6-2水准测量限差要求水准测量等级测段、路线往返测高差不符值测段、路线的左右路线高差不符值附合路线或环线闭合差检测已测测段高差之差n平原山区平原山区二等——注：1K为测段水准路线长度，单位为km；L为水准路线长度，单位为km；为检测测段长度，以千米计；n为测段水准测量站数。2当山区水准测量每公里测站数n25站以上时，采用测站数计算高差测量限差。6.3水准测量观测6.3.1仪器选用测量采用LeicaDNA03电子水准仪(或者精度更高的电子水准仪)，水准尺为配套铟瓦水准标尺，5kg重的尺垫。测量前对水准仪进行检定，检定合格后方可用于测量工作，并在作业期间每天开测前进行i角测定，若开测为未结束测段，则在新测段开始前进行测定。6.3.2观测技术要求6.3.2.1基本要求1观测前30min，应将仪器置于露天阴影下，使仪器与外界气温趋于一致；设站时应用测伞遮蔽阳光；迁站时，应罩以仪器罩。使用数字水准仪前，还应进行预热，预热不少于20次单次测量。2在连续个测站上安置水准仪的三角架时，应使其中两脚与水准路线的方向平行，第三脚轮换置于路线方向的左侧与右侧。3除路线转弯处外，每一测站上仪器和前后视标尺的三个位置，应接近一条直线。n4不应为了增加标尺读数，而把尺桩（台）安置在壕坑中。5每一测段的往测与返测，其测站数均应为偶数。由往测转向返测时，两支标尺须互换位置，并应重新整置仪器；6对于数字水准仪，应避免望远镜直接对着太阳；尽量避免视线被遮挡，遮挡不要超过标尺在望远镜中截长的20%；仪器只能在厂方规定的温度范围内工作；确信震动源造成的震动消失后，才能启动测量键。6.3.2.2观测顺序和方法由于进行二等水准测量时所采用的是高精度的电子水准仪,按照《国家一二等水准测量规范》的要求，电子水准仪的观测顺序如下,往、返测奇数站照准标尺的顺序为：a．后视标尺；b．前视标尺；c．前视标尺；d．后视标尺。往、返测偶数站照准标尺的顺序为：a．前视标尺；b．后视标尺；c．后视标尺；d．前视标尺。6.3.2.3测站观测限差两次读数之差≤0.4mm两次高差之差≤0.6mmn检测间歇点高差之差≤1.0mm6.4外业数据整理与成果计算6.4.1外业记录整理1外业计算取位按下表执行：表6-3外业计算取位规定计算项目取位计算项目取位往（返）测距离总和0.01km往（返）测高差总和0.01mm测段距离中数0.1km测段高差中数0.1mm各测站高差0.01mm水准点高程1mm2外业记录原始数据及时存档并用外接存贮设备进行备份。3外业记录数据要及时处理，并对观测数据进行检查确认。4每测段水准测量结束，应进行往返测高差不符值计算，往返测高差较差平原应≤，山区应≤（K为测段长度，以公里计，n为测站数)。以往返测高差平均值作为高差观测成果。6.4.2成果计算6.4.2.1水准测量外业计算的项目1外业手簿的计算；2外业高差和概略高程表的编算；3每公里水准测量偶然中误差M△的计算：每完成一条水准路线的测量，应进行往返测高差不符值及每公里水准测量高差中数的偶然中误差n（小于100km或测段数不足20个的路线，可纳入相邻路线一并计算），按下式计算，并应符合3.3.2的规定。Δ——测段往返测高差较差，单位为毫米（mm）R——测段长度，单位为千米（km）n——测段数的值应小于±1mm4附合路线环线闭合差的计算；5每公里水准测量全中误差的计算：当构成水准网的水准环超过20个时，按环线闭合差W计算每公里水准测量的全中误差,每公里水准测量的全中误差按下式计算：式中：W－经过各种改正后的水准环闭合差，mm；F-水准环线周长，km;N-水准环数。6.4.2.2外业高差和概略高程表的编算由两人各自独立编算一份，并核对无误，计算水准点概略高程时，所用高差加入正常水准面不平行等的改正。6.4.2.3成果的重测与取舍测段往返测高差不符值超限，应先就可靠程度较小的往测或返测进行整测段重测，并按下列原则取舍。n1若重测的高差与同方向原测高差的不符值超过往返测高差不符值的限差，但与另一单程高差的不符值不超出限差，则取用重测结果；2若同方向两高差的不符值未超出限差，且其中数与另一单程高差的不符值也不超出限差，则取同方向中数作为该单程的高差。3若a款中的重测高差（或b款中两同方向高差中数）与另一单程的高差不符值超出限差，须重测另一单程。4若超限测段经过两次或多次重测后，出现同向观测结果靠近而异向观测结果间不符值超限的分群现象时，如果同方向高差不符值小于限差之半，则取原测的往返高差中数作往测结果，则取重测的往返高差中数作返测结果。5区段、路线往返测高差不符值超限时，应就往返测高差不符值与区段（路线）不符值同符号中较大的测段进行重测，若重测后仍超出限差，则须重测其他测段。6附合路线和环线闭合差超限时，应就路线上可靠性较小（往返测高差不符值较大或观测条件较差）的某些测段进行重测，如果重测后仍超出限差，则须重测其他测段。7每公里水准测量偶然中误差、全中误差超限时，应分析原因，重测有关测段或路线。第7章控制网维护与复测n控制网的建设是一项系统性、持续性强的工作，需要在施工期间进行定期维护、复测。复测时采用的方法、使用的仪器和精度应按建网时相应等级的规定进行。1维护周期CP0在工程建设期间应进行复测。CPI及水准控制网建立以后，在交桩给施工单位时应复测一次。CPIII建立前，CPI和高程网应复测一次。2不定期复测特殊地区、地面沉降地区或施工期间出现异常的地段，适当增加复测次数。同时由于点位均在施工沿线，必须考虑丢桩、桩位移动等情况，根据施工过程情况进行不定期复测。第8章要提交的成果资料(1)CP0、CPIGPS控制网原始观测数据及工程项目；(2)CP0、CPI控制点成果表（应包含联测示意图）；(3)CP0、CPI控制点点之记及对应的埋桩过程照片（6片）；(4)CP0、CPI控制网重复基线检验报告和控制网环闭合差检验报告；(5)CP0、CPI控制网平差报告（包含无约束和无约束平差报告）(6)CP0、CPI控制网约束平差与无约束平差基线向量改正数较差统计(7)D级网控制点分布图、原始观测数据、控制点成果表(8)水准观测原始数据(9)水准成果计算表；(10)水准点高程成果（应包含水准线路示意图）；n(11)水准点点之记及对应的埋桩过程照片（6片）；(12)高程控制网平差报告；(13)技术总结报告；(14)仪器的检定证书和测量人员资格证书；(15)上述文件内容的磁盘文件。第9章工程实例验证本设计鉴于收集到的兰新二线可用CP0控制点不能满足CPI控制网布设的需要,利用两个可用的CP0控制点并新埋设了CP0控制点1个，布设了CPI控制点16个；在兰新二线张掖联络线实际工作中，对于CP0、CPI的布设和本设计基本符合，高程控制网路线全长42公里，采用二等水准测量的方法建立；在CP0、CPI测量中采用LEICA双频GPS接收机观测，观测仪器的精度（5mm+1ppm）、观测时段数、时段长均与本设计相吻合，满足规范的要求。水准测量采用LeicaDNA03电子水准仪，水准尺为配套铟瓦水准标尺，5kg重的尺垫。测量前对水准仪进行检定，检定合格后用于测量工作，并在作业期间每天开测前进行i角测定，若开测为未结束测段，则在新测段开始前进行测定也与本设计相吻合并满足规范要求。对于CP0基线解算采用的是铁道部认可的GAMIT软件，使用这种适合于长基线的非商业软件，并采用精密星历进行基线解算，达到了预期的基线解算精度质量和要求。CPI基线使用LGO7.0随机软件采用广播星历解算基线，起算点采用了测的兰新第二双线CP0点的成果。对于网平差均使用武汉大学的COSAGPS软件进行网平差，CP0采用收集的国家GPSA、B点在ITRF97框架下的已知成果进行约束平差，CPI和D级网在nWGS-84坐标系中进行三维无约束平差，然后采用联测的兰新第二双线CP0、CPI点的三维成果进行约束平差，均与本设计相吻合。基线解算的精度也达到了预期的效果。本设计是结合兰新二线张掖联络线而进行的高速铁路初测控制测量技术设计，通过张掖联络线的实际工程实例验证，证明了所设计的高速铁路初测控制测量是可行的，实际工程采用基本相同的方法达到了预期的效果，点位精度和各项技术指标满足规范和工程的需要，工程顺利竣工。第10章结束语当前在全世界，很多发达国家已经基本健全了本国的高速铁路网，而像中国这样的发展中国家，高速铁路的发展尚处于起步阶段，高速铁路必将取代现有的铁路。对于工程类的大学生有必要对高速铁路控制网的建立和施测进行研究，尤其是在高等级精密控制网测设和数据处理方面应该掌握其精髓，为前期的线路定线提供依据，为线下工程施工提供保障，为线路的运营维护提供方便。经过几个月的毕业设计，我学到了很多知识，现在，对于高速铁路高等级精密控制网的建立和施测方法我已经有所了解，对于数据处理的基本方法原理已经大体掌握。在此基础上，编制了本高速铁路初测控制测量的设计书。编制的过程中，我对课本的理论知识的理解有了很大程度的加深。控制网的布设原则，控制网的布设方法，控制网的施测，控制网的数据处理方法现在我已经在心中有了很明了的思路。通过指导教师悉心的指导，熟悉了目前高速铁路建设流程，各等级控制网的施测时间以及控制网的主要用途目的等。在编制毕业设计书的过程中遇到了一些困难，但是在老师和同学的帮助下，顺利的解决了问题，取得了一定的进展，收获很大。n总体来说，编制的毕业设计是成功的，基本达到了预期的效果，在这段时间内，我学到了很多。但是同时，由于时间的仓促，我所编制的毕业设计还存在一些问题，比如：对于CP0解算软件的认识还存在一定的缺陷，有些控制网的布设还需要改进等，在以后的工作学习中我会朝这个方向继续努力，把本次毕业设计有待完善的方面进行深入研究。参考文献[1]陈宏.2006年的世界高速铁路［J］.机车电传动,2007,(01).[2]韩宝明，李学伟.高速铁路概论[M].北京：北京交通大学出版社，2010.[3]铁道部经济规划研究院.世界高速铁路发展趋势［J］.铁道经济研究,2006,(01).[4]李世斌.世界高速铁路发展的动向［J］.铁路技术监督，2007，(01).[5]世界高速铁路的发展概述.铁道经济研究,2006(1).[6]周长江.高速铁路发展概况与展望.建筑设计，2005，3.[7]田葆栓.世界高速列车的发展模式与运用前景．世界轨道交通，2004，10.[8]张碧.高度铁路施工概论[M].成都：西南交通大学出版社，2011.[9]岳祖润.高速铁路施工技术与管理[M].北京：中国铁道出版社，2010.[10]周建东，谯生有.高速铁路施工测量[M].西安：西安交通大学出版社，2011.[11]李向国，黄守刚，张鑫.高速铁路施工新技术[M].北京：机械工业出版社，2010.[12]王卫红，刘云东．武广客运专线满足无咋轨道控制测量的方案探讨[J],2006.[13]党亚民，秘金钟，成英燕.全球导航卫星系统原理与应用[M].北京：测绘出版社，2007.[14]徐绍铨，张华海，杨志强，王泽民.GPS测量原理及应用[M].武汉：武汉大学出版社，2011.[15]薛慧艳，独知行，李胜春，阴朋.基于GAMIT的IGS跟踪站网基线解算[J].全球定位系统，2012,37（1）：32-34.n[16]DewangChen,TaoTang,FangCao,BaigenCa.Anintegratederror-detectingmethodbasedonexpertknowledgeforGPSdatapointsmeasuredinQinghai–TibetRailway.ExpertSystemswithApplications.39(2012)2220–2226.致谢经过半年的忙碌和工作，我的毕业设计《高速铁路初测控制测量》已经接近尾声了，作为一个本科生的毕业设计，由于经验的匮乏，难免有许多考虑不周全的地方，如果没有老师的督促指导，以及一起工作的同学们的支持，想要完成这个设计是难以想象的。毕业设计的完成意味着我的大学生活即将结束,在大学期间，我在学习上，思想上,工作上都受益匪浅，我感谢所有的恩师，你们不但带我走进知识的殿堂，而且教会我勤奋学习，诚实做人，踏实做事，以宽容之心面对生活；是您给了我看世界的眼睛，用您博大的胸怀给与我无私的关怀。在这里要感谢我的指导教师梁建昌老师。纵然平日里工作繁多，但在我做毕业设计的每个阶段，梁老师投入了大量的心血，从查阅资料,编制毕业设计进度计划,n编写毕业设计大纲，开题报告，到论文的审稿，都是一遍一遍的仔细的指出存在的问题，严格的要求，步步深入的启发，如果遇到问题，都给予了我悉心的指导,在此我表示衷心的感谢。同时我还要感谢在我学习期间给我极大关心和支持的同学和朋友。在本次设计的写作过程中，发挥了我在学校学到的知识和技能。毕业设计的完成，意味着新的工作、学习、生活的开始。我将铭记我曾是一名石家庄铁道大学学子，在今后的工作学习中把石家庄铁道大学的优良传统发扬光大。感谢各位专家的批评指导。附录1外文翻译（外文文献）Anintegratederror-detectingmethodbasedonexpertknowledgeforGPSdatapointsmeasuredinQinghai–TibetRailwayDewangChen*,TaoTang,FangCao,BaigenCainAbstractAstherearehugeamountsofGlobalPositioningSystem(GPS)datapointsmeasuredintheQinghai–TibetRailway(QTR)withalengthof1142km,itwasinevitablethatsomemeasuringerrorsexistedduetovarioussituationsinmeasurement.ItisveryimportanttodevelopamethodtoautomaticallydetectthepossibleerrorsinalldatapointssoastomodifythemormeasurethemagaintoimprovethereliabilityofGPSdata.Fourerrorpatterns,includingredundantmeasurement,sparsemeasurement,back-and-forthmeasurement,andbiganglechange,wereobtainedbasedonexpertknowledge.Basedonthefourerrorpatterns,fouralgorithmsweredevelopedtodetectthecorrespondingpossibleerrorsindatapoints.Todeletetherepetitiveerrorsbydifferentalgorithmsandeffectivelydisplaythepossibleerrors,anintegratederror-detectingmethodwasdevelopedbyreasonablyassemblingthefouralgorithms.Afterfourperformanceindicesweregiventoevaluatetheperformanceoftheerror-detectingmethod,sixGPStrackdatasetsbetweensevenrailwaystationsintheQTRwereusedtovalidatethemethod.Thirty-eightsegmentsofsomesequentialpointsthatarepossiblywrongwerefoundbythemethodandfourteenofthemwereconfirmedbymeasurementexperts.Thedetectingrateofthemethodwas100%andthedurationtimeofthedetectingprocesswaslessthanhalfanhourcomparedwiththe94hmanualworkload.Thevalidationresultsshowthatthemethodiseffectivenotonlyindecreasingworkload,butalsoinensuringcorrectnessbyintegratingthedomainexpertknowledgetomakethefinaldecision.Keywords:Qinghai–TibetRailway;GPS;Error-detecting;Expertknowledge;Errorpattern1.IntroductionnAssatellitepositioninghasmanyadvantages(e.g.,lowcost,real-time,andnocumulativeerrors(Blomenhofer,2004)),itisoftenusedincar-navigationsystems(Skog&Handel,2009)oringeneratingelectronicmaps(Zhang,Chen,&Kruger,2008).Furthermore,satellitesarecurrentlyusedtotrackthepositionsoftraininsteadofusingradiofrequencysystems(Santos,Soares,&Redondo,2005)ortrackcircuits(Oukhellou,Debiolles,Denoeux,&Aknin,2010).Positioningsystemsusingsatellitescanhelpinreducingthecostofinstallingandmaintainingtrack-sideequipment(George,Juliette,&Marion,2004).Recently,theEuropeanUnionhaslaunchedmanyprojects(e.g.,GADEROS(Urech,Diestro,&Gonzalez,2002)andRUNE(Albanese,Marradi,Labbiento,&Venturi,2005))usingsatellitepositioningforlow-densityrailways.InUSA,anincrementaltraincontrolsystemusingGPSpositioningwasemployedinaMichiganrailway(Baker&Clennan,2005).Theresultsoftheseprojectshaveshownthatsatellitepositioninghasabetterperformance-costratioforlow-densityrailways.InChina,GPSpositioningwasfirstlyadoptedinthetraincontrolsystemfortheQTRin2006wherenotrackcircuitsarepresent.Itgreatlyreducedtrack-sideequipmentandmaintenancecostintheworld’shighestrailway(Li,2005).Digitaltrackmaps(DTM)withhighprecisionarethebasisforaccuratetrainpositioning.WiththehelpofDTM,positioningerrorisreducedandpositioningreliabilityisenhanced(Simsky,Wilms,&Franckart,2004).Apparently,DTMgeneratedfromGPStrackdatapointscanbeeasilyusedintrainpositioning.TogeneratetheDTMwithhighreliability,GPStrackdatapointswithhighaccuracyandtheintegrityandstrictnessinrecordingarerequiredasprerequisite.ThehighaccuracyofGPStrackdatapointswasachievedbythedifferentialGPS(DGPS)technology(Lee&Rizos,2008)intheQTR.However,theintegrityandstrictnessinrecordingmainlydependedonthepatienceandearnestofthemeasuringworkers.AstherearehugeamountsofsatellitelocationGPSdatapointsinQTRwithalengthof1142km,itisinevitablethatsomemeasuringerrorsmayexistduetovariousreasonsinmeasurement.nThebasicmethodtofindmeasuringerrorsforengineersistoobservedatapointssegmentbysegment,whichisobviouslytime-consumingandeasytomisssomeerrors.Aneffectiveerrordetectingmethodshouldbedevelopedtofindthepossibleerrorsautomaticallyandquicklytoincreasethereliabilityofthedata.Expertknowledgeplayakeyroleindealingwithspecificproblemsindifferentdomains,suchasinanalyzingdegradedterrain(Genske&Heinrich,2009),inearthquakeresistantdesignofreinforcedconcretebuildings(Berrais,2005),infrauddetectionincommunicationnetworks(Hilas,2009),etc.Therefore,itisreasonabletothinkthatsomerulescanbeconcludedbymeasuringexpertsfromwhichsomeerror-detectingalgorithmscanbedesigned.Aftertheseerror-detectingalgorithmsfindthepossibleerrorsanddisplaythem,operatorswillmakeafinaldecisionfromtheirexperienceonwhatarerealerrorstoincreasetheworkefficiencyandensurethecorrectnessofthejudgment.Therefore,expertknowledgeisveryimportantforthisissuenotonlyinincreasingefficiency,buyalsoinensuringcorrectness.Inthispaper,someerror-detectingalgorithmsbasedonexpertknowledgewillbedevelopedandintegratedintoanerror-detectingmethodtofindthepossibleerrorsinGPStrackdatapointsofsomerailwaystationsintheQTR.Thestructureofthispaperisasfollows.InSection2,afterthebriefdescriptionofQTR,thesixfieldGPSdatasetsbetweensevenrailwaysstationsinQTRaredescribed.InSection3,fourerrordatapatternsareconcludedfromtheexpertknowledgeandfourcorrespondingerror-detectingalgorithmsaredevelopedbasedonthefourpatternsrespectively.InSection4,afteranerror-detectingmethodisdevelopedbyassemblingthefourerror-detectingalgorithmstoeffectivelydisplaytheerrorsanddeletethepossiblerepetitiouserrorsdetectedbydifferentalgorithms,fourperformanceindicesaregiventoevaluatetheperformanceofthemethod.InSection5,somepossibleerrorsindatapointsarefoundbytheerror-detectingmethodfromthefieldGPStrackdatasetsaftersettingupthethresholdvaluesbyexpertknowledge.Thecomputationalresultsforthesixdatasetsarelistedandnsummarizedafterbeingcomparedwiththemanualjudgement.InSection6,someconclusionsanditsfieldapplicationareconcluded.2.DescriptionsonQinghai–TibetRailwayandfielddata2.1.AbriefdescriptionfortheQTRTheQTRmentionedinthispaperisahigh-altituderailwaythatconnectsGolmudinQinghaiProvincetoLhasainTibetAutonomousRegion,whichwasinauguratedonJuly1,2006byJintaoHu,thePresidentofChina.Fig.1illustratesatrainwhichwasrunningontheQTRaftertheinauguration,andFig.2showsthemajorrailwaystationsontheQTRandthemainmountainsalongsidetheQTR,whichareavailablefromthefollowingwebsite:http://www.china.org.cn/english/features/Tibet/.htm.nFig.1.AtrainontheQTRafterinauguration.Fig.2.MainstationsandmainmountainsalongtheQTR.TheQTRincludestheTanggularailwaystationatanelevationof5072m,theworld’shighestrailwaystation,andtheFenghuoshantunnelatanelevationof4905m,thehighestrailtunnelintheworld.Approximately500,000GPSdatapointswithonecentimeterprecisionwereobtainedfromDGPStechnologyalongtheQTRwithalengthof1142km.Thedistanceoftwoadjacentpointsisbetween1.5mand3mandtheaveragedistanceisabout2.5m.2.2.FielddatadescriptionSixdatasetsbetweensevenrailwaystationswerechosentobestudiedinthispaper.BecausethereisstrictsecurityrequirementfortheGPStrackdataoftheQTR,aspecializedsoftwarewasutilizedtotransformthelatitude,longitudeandheightGPSdataintox–y–zcoordinateinDescartescoordinatesystemandthebeginningdatainfirstrailwaystationwassetastheoriginalpointofthecoordinatesystem.Itisacommonsensethatthegradientinrailwayisverysmallwhichmeansthechangeinheight(zcoordinates)ismuchsmallercomparedwiththechangesinx_ynplane(Cheng,Davydova,Howlett,&Pudney,1999).Throughpre-processingdataanalysisfromthesurveyeddatasets,itwasfoundthatthedistancebetweentwoadjacentpointsisbetween1.5mand3m.However,afterprojectingalldatapointsintoz-axis,theaveragedistancebetweentwoadjacentpointsinthezcoordinatesisonly0.0011mandthemaximalvalueisonly0.023m.Therefore,thechangeinz-axiscanbeomittedcomparedwiththechangeinx–yplane.Todisplaythedatapointsclearly,onlytheGPSdataprojectedinthex_yplanearechosentobeshowninthispaper.Theprojecteddatasetsinx_yplaneofallsurveyedGPSdatapointsinsixsectionsamongsevenrailwaystationsintheQTRareillustratedinFigs.3–5.Thelengthofeachsectionisbetween20kmand30km.Sixdatasetsofsixsectionsaredefinedas=[,](i=1,2,...,6)whichrespectivelyinclude9279,9768,10257,11233,9475,and8595datapoints.ThesedatapointswererecordedinmeasuringorderfromthebeginningpointtotheendingpointofalldatapointsandtheDGPStechniquewasusedtoachieveone-centimeterprecisionfortheGPSdatapoints.Fig.3.GPSdatapointsinx–yplaneofSections1and2.nFig.4.GPSdatapointsinx–yplaneofSections3and4.Fig.5.GPSdatapointsinx–yplaneofSections5and6.3.Fourerrorpatternsanderror-detectingalgorithms3.1.FourerrorpatternsbasedonexpertknowledgeAfterconsultingsomeGPSmeasuringexpertsandthefieldmeasuringengineers,wefoundthatfourerrorpatternsoftenoccurredinthemeasurementandrecording.AlthoughthemeasuringdensityinstraightrailislowerthanthatinthecurvedrailfortheGPSdatapointsintheQTRbasedontherealmeasurementexperience,thedistanceintwoadjacentndatapointsiswithinacertainrange.Therefore,thetwoerrorpatternsareobtainedinthefollowing.(1)Errorpattern1includesthreesituations,whichareredundantmeasurement,densemeasurementandrepetitiverecording,asthepointillustratedinFig.6.(2)Errorpattern2isreferredtoassparsemeasurement,missingpointsandforgottenrecording,likethemissingpointbetweenpointandillustratedinFig.7.(3)Errorpattern3isdefinedasback-and-forthmeasurementorcircularmeasurement,aspointandillustratedinFig.8.Inmeasurement,thereexistedaphenomenonofthesocalledback-and-forthmeasurementcausedbyfalserecordingortheworryofmissingpoints.ThiskindoferrorwillresultinmanyredundantpointsinashortrailwaysegmentandmakeDTMunreasonableasthelatersegmentisinfrontoftheformersegment.(4)Errorpattern4isdefinedasthebiganglechangecausedbythedatapointobviouslydepartingfromtherailwaytrack,asthepointinFig.9.Asarailtrackiseitherastraightlineoracurvewithbigcurvatureradii,theanglechangebetweentwoadjacentlinesisverysmall.Ifadatapointisfoundtobeobviouslydepartingfromthetrack,thentheanglechangewillbebig.Itisnecessarytopointoutthatthefirsttwoerrorpatternsarenotseverelywrong.Errorpattern1onlyfindssomeredundantdatapointswhichcanbedeletedtosavethestoragespace.Errorpattern2hasnobadeffectonthestraighttrack,butcanremindmeasuringengineersofaddingsomemeasuringdatapointsifnecessary.Fig.6.Errorpattern1.Fig.7.Errorpattern2.nFig.8.Errorpattern3.Fig.9.Errorpattern4.3.2.Fourerror-detectingalgorithmsTomakedescriptionsforerror-detectingalgorithmsmoreaccurateandeasytobeunderstood,wedefinesomenotationsasfollows:(1),theithpoint;，andarethecoordinatesofpi,thus,=(，，);(2)N,thenumberofallpointsinadataset;(3),thedistancebetweenand;,thedistancebetweenand;(4),thelineconnectingand;,theinclinationbetweenand;(5)，,theinnerproductofand.Aimedatthefourerrorpatterns,fouralgorithmsweredevelopedtodetectthemrespectively.(1)Astotheerrorpattern1,canbeutilizedtofindthepossibleerrors.Ifissmallerthanathresholdvalue,asshowninEq.(1),thenitisthoughtthatafalseorredundantdatapointappeared.(2)Astotheerrorpattern2,itcanalsobefoundby.Ifisbiggerthanathresholdvalue,asshowninEq.(2),thenitisthoughtthatafalsedatapointoramissingdatapointappears.n(3)Astotheerrorpattern3,itcanbefoundbytheasshowninEq.(3)whichshouldbemultipliedby2inthenormalsituation.Iftheback-and-forthmeasurementhappened,thenwillbeverysmall,evensmallerthanthe.Astothethresholdvalue,itisapproximatelyequaltomultipliedby2.(4)Astotheerrorpattern4,itcanbefoundbytheanglechangeindegreebetweentwoadjacentlines.whereistheinversecosineoftheelementsofxinradians.Inthenormalsituation,isverysmallastherailwaytrackisverystraight.Therefore,theabsolutevalueofshouldbelessthanathresholdvalue.Otherwise,afalsedatapointwillprobablyappearasshowninEq.(5).Thethresholdvales,inEq.(1),inEq.(2),andinEq.(3)andinEq.(5),canbedecidedbyexperiencedexpertsinmeasurement.Thus,expertknowledgehasgreatinfluenceonerror-detectingalgorithms.Besides,thescatterplotsof,andcouldbeusedtodouble-checkthethresholdvaluesgivenbyexperts.4.Integratederror-detectingmethodandperformanceindices4.1.Integratederror-detectingmethod:theintegrationofthefourerror-detectingalgorithmsIfapossibleerrorisfoundbyanyalgorithmat,thenwecollectthefivepointsnearbypiasasuspiciouspointset[，，，，](ifsuchnearbynpointsexist)fortheconvenienceofobservation.Someerrorscanappearindifferenterrorpatterns,forexample,errorpattern3willresultinerrorpattern4.TodecreasetherepetitiouscountingforthepossibleerrorsinGPSdatapoints,itisnecessarytocombineallpossibleerrorsfoundbyall4algorithmstogetheranddeletetherepetitiouspoints.Afterthecombiningprocess,thepossibleerrorsaredividedintosomesegmentseachofwhichcontainsseveralcontinuousdatapoints.Throughthefourstagesofextending,combining,deleting,anddisplaying,thefouralgorithmsareintegratedintotheso-calledintegratederror-detectingmethod,whichcaneffectivelyfindanddisplaythepossibleerrorshiddeninthehugeamountsofthemeasuredGPSdatapointsintheQTR.Then,thepossiblefalsepointsfoundbytheintegratederrordetectingmethodwillbedisplayedformeasurementexpertstomakethefinaldecision.Theexpertswillacceptordenythemthroughtheirknowledgeandexperience.Thus,theerror-detectingmethodisintegratedwiththeexpertknowledgetonotonlyincreasetheworkefficiency,butalsotoensurethecorrectnessoftheresults.Itisworthytonotethattheerror-detectingmethodcanonlyfindthesegmentswithpossibleerrors.Someofthemwillbeconfirmedbyhumanexpertsastherealerrorswhileothersarenot.4.2.PerformanceindicesTojudgetheeffectoftheerror-detectingmethod,fourperformanceindicesaredefinedasfollows:(1)Detectingrate(DR):whereisthenumberofthesegmentswithrealerrorsfoundbytheerror-detectingmethodandisthenumberofthesegmentswithrealerrorsfoundbyGPSmeasurementexperts.ThedetectingeffectivenessofthemethodwillgetbetteriftheDRiscloserto1.n(2)Falsealertingrate(FAR):whereisthenumberofthesegmentswiththefalseerrorsandisthenumberofthesegmentswithallpossibleerrors.Asthepossibleerrorsincludetherealerrorsandthefalseerrors,weget:HumanjudgementwillbecomeeasieriftheFARiscloserto0.Therefore,theFARreflecttheaccuracyofthemethod.ThelowertheFAR,thehighertheaccuracyofthemethod.(3)Efficiencyofthemethod(EM):whereistherunningtimeofmanualjudgementandistherunningtimeoftheerror-detectingmethod.ThebiggertheEM,thehigherthemeasuringefficiencyofthemethod.(4)Reliabilityofmeasurement(RM):whereisthenumberofallrealerrorsfoundbytheerror-detectingmethodandNisthenumberofallpointsinadataset.Thecloserto1theRM,thebetterthequalityofthemeasurement.5.Computationalresultsandanalysis5.1.SetupthethresholdvaluesnAtfirst,fourthresholdvaluesareobtainedafterconsultingrailwaymeasurementexperts.Anothermethodtoobtainthresholdvaluesistoobservethescatterplotsof，and.Tovalidatetheexpertexperience,thethreescatterdiagramsobtainedfromthedataset1areillustratedinFigs.10–12.Fig.10isthescatterdiagramof,whichisconsistentwiththeexpertknowledge=1.5m;=3m).Fig.11isthescatterdiagramofwhichisstillconsistentwiththeexpertknowledge(=3m).AlsointheFig.12,thescatterplotof,theanglechangeisverycloseto0andmostofthemarelessthan1°,whichcanvalidatethattheexpertknowledgeisreasonable.Therearesometricksinsettingupthethresholdvalues.Ifwesetuptheandsmallerorandbigger,thentherewillbemorepossibleerrorstobedetected.Then,DRwillincreasebutFARwillalsoincrease,whichmeansthathigheffectivenesswillresultinlowaccuracyforthismethod.Otherwise,ifwesetuptheandbiggerorandsmaller,thentherewillbelesspossibleerrorstobedetected.Thus,FARwilldecreasebutDRwillalsodecreasewhichmeansthathighaccuracywillleadtosomereductionindetectingeffectivenessofthismethod.Inthispaper,itismoreimportanttofindallrealerrorsthantoreducethefalseerrors.Therefore,highFARisacceptableifDRis100%.n5.2.ComputationalresultsandperformanceanalysisAfterallthepossibleerrorsinsixdatasetswerefoundbyfourerror-detectingalgorithms,theerror-detectingmethoddetectedtotally38segmentswithpossibleerrorsthroughextending,combining,deletinganddisplaying.Then,14segmentsofthemwereensuredbyGPSmeasurementexperts.Theprocessingtimeofeachdatasetwasabout5min,andthetotaltimewasabouthalfanhour.Inthemeanwhile,ittookalmost94hforsomemeasurementengineerstofindtheerrorssegmentbysegment,andtheyfoundthatthe14segmentsoferrorswereallincludedinthe38segmentsfoundbytheerror-findingmethod.nThedetailedcomputationalresultsforeachdatasetislistedinTable1.WecanfindthatthemethodwasveryeffectiveandefficientasallDRsareequalto100%andtheaverageEMis207.Furthermore,thequalityofmeasurementisveryhighastheaverageRMis99.86%.Tomakesurethatallsegmentswithpossibleerrorsarefound,theaverageFARis63.2%,whichishighpricetopay.Itisworthytopointoutthatifweincreaseandordecreaseand,thenFARwilldecrease,whichwillleadtothefactthatsomesegmentswithrealerrorswillnotbefound.Amongthe14segmentswithrealerrors,therewere2segmentsabouterrorpattern1,1segmentonerrorpattern2,7segmentsconcerningerrorpattern3and4segmentswithrespecttoerrorpattern4.EachkindoftheerrorpatternsarechosentobedisplayedinFigs.13–16,whichdemonstratedthattherewereveryfewerrorshiddeninthelargeamountsofGPSdatapointsduringthemeasuringprocess.Itisneededtopointoutthattheerrorpattern1anderrorpattern2areslighterrorscomparedwiththeseriousonesoferrorpattern3anderrorpattern4.nFig.13.Errorpattern1foundbytheintegratedmethod.Fig.14.Errorpattern2foundbytheintegratedmethod.nFig.15.Errorpattern3foundbytheintegratedmethod.Fig.16.Errorpattern4foundbytheintegratedmethod.6.ConclusionsSomemeasuringerrorsinevitablyexistedinthehugeamountsofthemeasuredGPSdatapointsintheQTRwith1142kmlength.Todecreasemanualworkload,increaseworkefficiencyandensurethereliabilityofGPStrackdatapoints,aneffectiveerror-detectingmethodisnecessarytofindthepossibleerrorsautomaticallyandswiftly.Fourerrorpatternswereconcludedfromtheexpertknowledgeinmeasurementandfouralgorithmsweredevelopedtodetectthemrespectively.Furthermore,thefouralgorithmswereintegratedtodeletesomerepetitiveerrorsandeffectivelydisplaythepossibleerrors.Thecomputationalresultsshowthattheerror-detectingmethodiseffectiveandcanfindallerrors.Whatismore,itsavedalotoftime,thus,itgreatlyincreasedtheworkefficiency.AlthoughtheFARisalittlehigh,itishelpfultopreventthemissingoftherealerrors.Itisworthytonotethatthedomainexpertknowledgeplaysanimportantroleinthismethod,notonlyindecidingthethresholdvalues,butalsoinmakingsuretherealerrorsafterdisplayingthepossibleerrorsbysegments.Therefore,themethodisalsoanintegratedmethodcombiningtheexpertknowledgeandtherapidcomputationalabilityofncomputer.Aftermakingsuretheerrors,humanexpertswillincreasethereliabilityofGPStrackdatafortheQTRbydeletingredundantpointsorgivingsuggestionsforwheretobemeasuredagain,whichwillprovidegreatsupportforthesuccessiveworksuchasgeneratingdigitaltrackmapordesigningthetrainpositioningalgorithm.Basedontheresearchinthispaper,wedevelopedanerrordetectingsoftwaretoautomaticallydetectthepossibleerrorshiddeninGPSdatapointssurveyedintheQTR.Fromtherealapplicationinfieldtest,wehavefoundthatthesoftwarecouldeffectivelyandquicklyfindtheveryfewerrorshiddeninhugeamountofGPSdata,whichincreasedthereliabilityandcredibilityofGPSdataoftheQTR.Thus,thiserror-detectingmethodprovidedtheguaranteeforthefollowingworksuchasgeneratingdigitaltrackmapandhigh-precisiontrainpositioningwhichwashelpfulfortheoperationoftheQTR.AcknowledgmentsTheauthorsthanktheQinghai–TibetRailwayCompanyforprovidingGPSdataandfieldtestsupport,aswellastothanktheRailwayGPSResearchGroupofBeijingJiaotongUniversityforvalidatingtheresearchresultsintheharshQTRfield.SomeoftheresearchworkpresentedinthispaperwascompletedduringthevisitbyDewangChenattheBerkeleyInitiativeinSoftComputing(BISC),DepartmentofElectricalEngineeringandComputerScience,UniversityofCaliforniaatBerkeleyfromJanuary2009toJanuary2010.ReferencesnAlbanese,A.,Marradi,L.,Labbiento,G.,&Venturi,G.(2005),TheRUNEproject:Theintegrityperformancesofgnss–basedrailwayusernavigationequipment.In:ASME/IEEEJointRailConference,Pueblo,Colorado,USA(vol.29,pp.211–218).Baker,J.,&Clennan,J.(2005).ITCS:Anewapproachtoincreasingcapacity.InternationalRailwayJournal,45(10),46–47.Berrais,A.(2005).Aknowledge-basedexpertsystemforearthquakeresistantdesignofreinforcedconcretebuildings.ExpertSystemswithApplications,28(3),519–530.Blomenhofer,H.(2004).GNSSinthe21stcentury–Theuserperspective.ActaAstronautica,54(11–12),965–968.Cheng,J.,Davydova,Y.,Howlett,P.G.,&Pudney,P.J.(1999).Optimaldrivingstrategiesforatrainjourneywithnon-zerotrackgradientandspeedlimits.IMAJournalofManagementMathematics,10(2),89–115.Genske,DieterD.,&Heinrich,Klemens(2009).Aknowledge-basedfuzzyexpertsystemtoanalysedegradedterrain.ExpertSystemswithApplications,36(2),2459–2472.George,R.,Juliette,M.,&Marion,B.(2004).Innovationbringssatellite-basedtraincontrolwithinreach.RailwayGazetteInternational,160(12),835–837.Hilas,C.S.(2009).Designinganexpertsystemforfrauddetectioninprivatetelecommunicationsnetworks.ExpertSystemswithApplications,36(9),11559–11569.Lee,H.,&Rizos,C.(2008).Position-domainHatchfilter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（1）对于错误模式1，可以用来寻找可能出现的错误。如果比最小值小，如式（1），那么认为它是错误的或者是冗余数据。（2）对于错误模式2也可以由发现，如果果比阈值x大，如式（2），那么认为它是错误的数据点或者丢失的数据点。n（3）对于错误模式3，它可以如式（3）通过找到，一般情况下应该为乘以2。如果进行了往返测，那么将非常小，甚至比阈值还要小。对于的阈值，它约等于乘以2。（4）对于错误模式3，它可以由相邻两条线之间的角度变化找到。这里是x的反余弦。因为一般情况下铁路轨道是非常直的，所以是非常小的。因此，的绝对值应该小于一个阈值值。若大于这个阈值，那么就找出了错误的数据点，如式（5）.式（1）中的和式（2）中的式（3）中的和式（5）中的，可由经验丰富的测量专家制定。因此专家知识对于粗差探测算法有很大的影响。此外，和散点图可以用来反过来检查专家给出阈值。4综合粗差探测方法和性能指标4.1综合粗差探测方法：整合了四个粗差探测算法如果我们采用任何算法找到了点处可能出现的错误，那么我们收集Pi点附近的五个点作为可疑点集[，，，，]（如附近的点存在）以方便观察。有些错误可以出现在不同的错误模式中，例如错误模式3会导致错误模式4。在检测GPSn数据中可能出现的错误时，为了减少重复计数，有必要把四种算法检测出来的可能的错误汇总在一起，并删除重复的点。经过汇总后，所有可能出现的错误被分为一些部分，其中每个部分都包含几个连续的数据点。经过延伸，合并，删除，显示这四个阶段，四种算法就被融合到我们所说的综合粗差探测算法中，该算法可以发现并显示隐藏在青藏铁路中大量实测GPS数据中可能出现的错误。然后，由综合粗差探测方法发现可能的错误点，将它们显示出来并交测量专家系统作出最后决定。专家将通过他们的知识和经验接受或拒绝。因此，综合粗差探测方法集成了专家知识，不仅提高了工作效率，而且还确保结果的正确性。值得注意的是，综合错误的检测方法只能找到数据段中可能出现的错误。其中一些将被人类专家确认为真正的错误，而有些则无法证实。4.2性能指标为了判断综合错误的检测方法的效果定义了如下四个性能指标：（1）检出率DR:其中是数据段利用综合粗差探测方法发现真正错误的数量，是数据段利用GPS测量专家发现真正错误的数量。DR越接近1，检测方法的效力越好。（2）误报率FAR:其中为数据错误的数量，为数据段所有可能错误的数量，由于所有可能的错误包括真正的错误和误报的错误，所以我们得到：如果FAR接近于0，那么人工判断就变得更加容易。因此，FAR反映了该方法的准确性，FAR越小该方法的准确性越高。n（3）算法效率EA:其中是手动判断的时间，是综合粗差探测方法判断的时间，EA越大效率越高。（4）测量的可靠性（RM）：其中是综合粗差探测方法检测出来的所有真正错误的数量，N是一个数据集中所有点的数量，RM越大测量的质量越好。5计算结果和分析5.1设置阈值一种得到四个阈值的方法是咨询铁路测量专家以后得到的。获得阈值的另一种方法是观察散点图的，，。图10到图12显示了为了验证专家知识，从DataSet1中获得的三个散点图。图10是的散点图，这是与专家知识（=1.5米；=3米）相一致的。图11是的散点图，这仍然是与专家知识相一致的（=3米）。此外，在图12是的散点图，角度的变化几乎接近于0，其中大部分小于1，它可以验证的专家知识是合理的。n以下为设置阈值时的一些技巧。如果我们设立的和较小或和较大，那么就会有更多的可能被检测到的错误。然后，检出率会增大，但同时误报率也将增大，这意味着高效率将导致此方法精度变低。反之，如果我们设立的和较大或和较小，那么就会有更少可能出现的错误被检测到。因此，误报率会降低，但同时检出率也将减少，这意味着高精度会导致减少该方法检测的有效性。在本文中，更重要的是找到真正的错误，以减少虚假错误，因此，如果检出率是100％的话，高误报率是可以接受的。n5.2计算结果和性能分析在6个数据集采用四个粗差探测算法发现所有可能出现的错误后，综合错误的检测方法一共检测出38段可能出现的错误，经过延伸，合并，删除和显示。最终，14段被GPS测量专家所确定。每个数据集的处理时间为5分钟左右，总时间为半小时左右。与此同时一些测量工程师用了将近94个小时来一段一段的找这些错误，他们发现14段错误均包含在综合粗差探测方法检测到的38段错误中。每个数据集的详细计算结果列于表1中。我们可以发现，所有的检出率等于100％和平均算法效率是207所以该方法是非常有效和高效率的。此外，平均测量质量是99.86％，测量质量是非常高的。为了确保所有可能的错误的数据段发现，平均误报率达到了63.2％，这是以误报率为高代价的。值得注意的是，如果我们增大和或减少和，那么误报率就会减小，这将导致一些真正的错误数据段将不能被发现。其中的14个的真正的错误数据段，有2段属于错误模式1，1段属于错误模式2，7段是关于错误模式3的，4段是错误模式方面的。图13到16n显示了每一种错误模式，图上表明，在测量过程大量的GPS数据点中隐藏了极少数的错误。需要指出的是与严重的错误模式3和4错误模式相比，错误模式1和错误模式2是轻微错误。图13集成方法发现的错误模式1图14集成方法发现的错误模式2n图15集成方法发现的错误模式3图16集成方法发现的错误模式46结论在青藏铁路长达1142公里的范围内部设有大量的GPS数据点，所以在测量过程中不可避免的存在一些测量误差，为了减少人工工作量，提高工作效率和确保轨迹数据点的可靠性GPSn，有必要制定一个有效的粗差探测方法，自动和迅速地找到可能的错误。从测量专家知识总结了四种错误并开发出了四种相应的算法分别检测它们。此外，删除了一些重复的错误，将四个算法集成到一种算法，有效地显示可能出现的错误。计算结果表明，综合粗差探测方法是有效的，可以找到所有的错误。更重要的是，它节省了大量的时间，因此，它大大提高了工作效率。虽然误报率是高了一点，它有助于避免遗漏真正的错误。值得注意的是，该领域的专家知识是这个方法中的重要角色，不仅在决定阈值方面，而且显示所有可能的错误后确定真正的错误数据段方面。该方法还是一个相结合了专家经验知识和计算机的快速计算能力的综合方法。确定错误后，人工专家可以通过删除冗余点或给出哪里需要要重测的建议以提高青藏铁路GPS轨迹数据的可靠性。这将为连续动态的工作提供极大的支持，如产生数字轨道地图或列车定位算法设计。基于本文的研究，我们开发了一个综合粗差探测软件自动检测青藏铁路观测点中隐藏在GPS数据中可能的错误。从现场实际测试应用结果中我们发现，该软件可以有效，快速地找到隐藏在大量GPS数据中的很少错误。从而增加的青藏铁路GPS数据的可靠性和可信度。因此，这种错误的检测方法可以提供诸如生成数字轨道地图和高精度列车定位等保证青藏铁路安全运行的保证。致谢感谢青藏铁路公司提供GPS数据和现场测试的支持，以及感谢北京交通大学铁路GPS研究小组为验证本文的研究成果在恶劣的青藏铁路沿线给予的帮助。本文提及的一些研究工作于陈德旺2009年1月至2010年1月访问加州大学伯克利分校，电气工程和计算机科学系，参与伯克利软件计算（BISC）期间完成。参考文献nAlbanese,A.,Marradi,L.,Labbiento,G.,&Venturi,G.(2005),符文项目：全球导航卫星系统的完整演示-基于铁路用户导航设备ASME/IEEE联合铁路会议Pueblo,科罗拉多州，美国（卷29，第211-218）贝克，J.，＆Clennan，J.（2005）院系：一种新的方法来增加容量国际铁路杂志，45（10），46-47berrais，A.（2005）抗震一个以知识为基础专家系统钢筋混凝土建筑设计专家系统的应用，28（3）519-530blomenhofer，H.（2004）.在21世纪的全球导航卫星系统-用户的角度.文献astronautica，54，965-968（11-12）。Cheng,J.,Davydova,Y.,Howlett,P.G.,&Pudney,P.J.(1999).最佳的在一个非零的轨道坡度和车速限制的情况下驾驶火车IMA的管理数学学报，10（2），89-115。Genske,DieterD.,&Heinrich,Klemens(2009).一个以知识为基础的模糊专家地形退化分析系统。专家系统与应用，36（2）2459年至2472年。George,R.,Juliette,M.,&Marion,B.(2004).创新使基于卫星的列车控制触手可及。铁路国际宪报，160（12），835-837。Hilas,C.S.(2009).私人电信网络设计欺诈检测专家系统专家系统与应用，36（9）11559-11569。Lee,H.,&Rizos,C.(2008).Position-domainHatch滤波动态差分全球定位系统/全球导航卫星系统IEEE航空航天和电子系统，44（1），30-40。Li,K.(2005).设计院系青藏铁路信号控制系统。中国铁路（7），31-36。Oukhellou,L.,Debiolles,A.,Denoeux,T.,&Aknin,P.(2010).铁路轨道电路使用登普斯特谢弗分类融合进行故障诊断。工程应用人工智能，23（1），117-128。nSantos,A.,Soares,A.,&Redondo,F.(2005).列车无线电跟踪系统。智能运输系统，6（2），244-258IEEE事务。Skog,I.,&Handel,P.(2009).在汽车定位和导航技术方面的调查。智能运输系统，10（1），4-21IEEE事务。Simsky,A.,Wilms,F.,&Franckart,J.-P.(2004).基于全球导航卫星系统的故障安全列车和基于一维定位系统为低密度的交通线路定位的算法。在荷兰的诺德韦克，NAVITEC（第8-10页）。Urech,A.,Diestro,J.-P.,&Gonzalez,O.(2002),GADEROS，伽利略演示铁路运营系统，国际铁路宪报。在都柏林，爱尔兰的DASIA会议，509号（第442-447页）。Zhang,J.,Chen,D.,&Kruger,D.(2008).自适应约束的K段智能交通系统的曲线。关于知识产权的IEEE交通运输系统，9（4），666-677。附录3张掖联络线CP0、CPI选点图