铁路初测阶段的测量工程1

铁路初测阶段的测量工作甘肃勘察院马军摘要：简要阐述了铁路初测阶段的测量工作和主要任务，详细介绍了GPS系统在铁路工程控制测量中的应用，以及数字测图在1:2000带状地形图测绘中的工作流程。本文将以内蒙古集包三四（集宁至包头）铁路项目为例加以阐述。关键词：GPS网数字化测图野外数据采集CASS绘图一、项目概况1.项目位置及工程意义京包线集宁至包头段增建第二双线工程（集包三四线）位于我国华北地区的内蒙古自治区西部中，属京包通道西段。本项目是在呼和地区以货为主的外绕线和联络线，工程全长72.5Km。集包线第二双线工程全长302.67Km，该段线路是我国“八纵八横”铁路网主骨架之一京兰通道的重要主成部分，在我国铁路网中具有重要作用。2.设计标准集宁至包头铁路通道主要技术标准：等级：I级；正线数目：双线，最大坡度6%。〜9%。；最小曲线半径4500m,困难时为3500〜600m,牵引种类：电力。二、铁路初测铁路初测是对方案研究后确定的有价值的一至两条线路实地进行选线，以及沿线进行线路控制测量工程，水准测量工作，测绘1：2000或1：5000比例尺带状地形图。一）初测前期工作■踏勘根据在1：50000的国家基本地图上选定的线路比较方案进行实地勘察，提出方案研究意见。■布设GPS控制网GPS定位技术以其速度快，精度高，费用省，操作方便等优良特征性被广泛应用于铁路测量中，特别是在铁路的初测阶段，尽管铁路为线形工程，使得GPS网形不尽合理，但其精度却足以满足规范要求。所以我们单位在初测控制测量中已大量采用GPS技术，初测导线一般布设成附合导线形式，每隔20〜30Km与国家等级点联测，国家等级点的坐标值一般为投影到高斯平面的6度带或3度带坐标，所以GPS初测导线点与国家等级点联测后,也应取投影到高斯平面的6度带或3度带坐标值，并以国家等级点已知点进行平差。动态GPS（RTK）测量系统是测量技术各数据传输技术的结合，是GPS测量中的一个新突破。TTK测量系统由以下三部分组成：GPS接收机设备，数据传输设备，软件系统。数据传输系统由基准站的发射电台与流动站的接收电台组成，它是实现实时动态测量的关键设备。软件系统具有能够实时解算出流动站的三维坐标的功能。RTK测量基本思想是：在基准站上设置一台GPS接收机，对所有可见GPS卫星进行连续地观测，并将其观测数据通过无线电传输设备，实时地发送给用户观测站，在用户观测站上，GPS接收机在接收GPS卫星信号的同时通过无线电接收设备，接收基准站传输的观测数据，然后根据相对定位原理，实时地解算未知数并计算显示用户站的三维传票及其精度。实时动态定位如采用快速静态测量模式，在15Km范围内，其定位精度可达1—2cm，因此RTK在控制测量以及施工放样中有着广泛的运用，它有着省时省工且精度高等特点。在进行测量时，主要注意事项是基准站选择要在比较中心，位置空旷的至高点上，且周围无电磁场的影响，这样流动站接收机的信号比较好。并把观测成果与首级控制成果进行整体平差，这样动态观测经平差后的精度就较高。二）铁路初测1．导线测量导线组的任务是沿选定路线建立初测导线进行导线测量。初测导线不仅为测绘带状地形图建立图根控制。而且是下一步定线测量的依据。按下列步骤及要求施测。1） 选点：为便于观测、减少误差，导线应选择平坦、开阔的路线，各导线点之间通视良好，其间距大致相等，不宜有过长或过短的边，规范规定，导线点间的距离一般不大于400米，不小于50米，整个导线的位置尽可能接近将来路线的位置。完成定点后，要对各导线点进行编号。布设控制网应遵循以下原则；分级布网，逐级控制，应有足够的精度和密度，应有统一的规格。2） 导线测量：利用全站仪进行导线测量，以日本徕卡TPS1102为例，其精度：测距土2+2X10-6测角土2〃；观测方法：将仪器安置在已知导线点上，输入已知坐标，采用“后前前后”的观测顺序，将观测结果（方向值，水平角，竖角，距离，仪器高，目标高，点号等）自动或手工输入电子手簿，然后通过内业处理，结算出控制点坐标和高程。附图1：导线测量的主要技术要求等级导线长度Km平均长度Km测角（〃）中误差测距mm中误差测距相对中误差测回数闭合差方位角（〃）相对中误差最弱边一级4.00.5515W1/30000210JnW1/15000二级2.40.25815W1/14000116JnW1/10000三级1.20.11215W1/7000124JnW1/5000注：n为测站数。注意：对于一级导线测角时，水平角半测回归零差土12〃，竖角指标差为土8〃。2．地形测量铁路带状地形图比例尺为1:2000，其施测范围，以拟定的线路中线为准，分别向两侧测绘宽度为200米，个别地段宽度可按具体要求增减。地形测量方法可选用数字测图法，测图时对测站密度的要求；1:2000地形图地物点间距为50m,视距长度地物为180m，地形点250m，最大测距长度为700m。1）数字测图概述数字测图是以计算机为核心，在外连接输入输出硬件设备和软件的条件下，通过计算机对地形空间数据进行处理得到数字地图,需要时可由图形输出设备绘制所需的地形图或各种专题地图。数字测图系统主要由数据输入、数据处理和数据输出三部分组成流程如下：地形图采集 ►数据处理与采集 ►成果与图形输出数字化测图的基本思想：数字化测图就是将采集的各种有关的地物和地貌信息转化为数字形式,通过数据接口传输给计算机进行处理,得到内容丰富的电子地图,需要时由电子计算机的图形输出设备（如显示器、绘图仪）绘出地形图或各种专题地图。2）数字测图特点点位精度高。用全站仪采集数据，若距离在450m内时，测定地物点误差约为±22mm,测定地形点误差约为±21mm。改进了作业方式。数字测图则使野外测量达到自动记录、自动解算处理、自动成图；能自动提取坐标、距离、方位和面积等.绘图的地形图精确、规范、美观。便于成果的更新。数字测图的成果是以点的定位信息和属性信息存入计算机，当实地有变化时，只要输入变化信息的坐标，代码，经过编辑处理，很快便可以得到更新的图从而可以确保地面的可靠性。能以各种形式输出成果，计算机与绘图仪联机，可以绘制出各种比例尺的地形图，专题图，以满足不同用户的需求。方便成果的深加工利用。数字化测图的成果是分层存放，不受图面负载量的限制，从而便于成果的加工利用。可作为GIS的重要信息源。数字测图作为GIS的信息源，能及时地提供各类基础数据更新GIS的数据库。3．野外数据采集目前大比例尺野外数字测图主要是使用全站仪测定碎部点位置，并将地物点的连接关系和地物属性信息记录下来；在地面平坦空旷时也可用RTK采集数据。一般地形图包括：1、点状地物：控制点、独立符号、工矿符号等。2、线类地物：管线、道路、水系、境界等。3、面状地物：需要填充符号的，如居民地、植被、水塘等。地形图的地形要素很多，已将它们总结归类为十大类：1、测量控制点；2、居民地；3、工矿企业建筑物和公共设施；4、独立地物；5、道路及附属设施；6、管线及附属设施；7、水系及垣栅；8、境界；9、地貌与土质；10、植被。1）准备工作仪器器材与资料准备，实施测图前，应准备好仪器，器材，控制成果和技术资料；仪器主要包括：全站仪，对讲机，电子手薄，备用电池，花杆，反光棱镜，钢尺或皮尺等成果资料准备主要有导线点成果，旧地形图，作业区划分等。作业组组织。为切实保证野外作业的顺利进行，出测前必须对作业组成员进行合理分工，根据各成员的业务水平、特点，选好观测员，绘草图领尺（镜）员，跑尺（镜）员等．合理的分工组织，可大大提高野外作业效率。测记法数据采集，每作业组人员一般配置为：观测员1人，绘草图员1人，跑尺员1〜4人。2）碎部测量数字测图中，碎部测量的主要方法为极坐标法。作业人员进入测区后，根据事先的分工，各负其职；绘草图员首先对测站周围的地物和地形分布情况大致熟悉一下，认清方向便于开始观测后及时在草图上标明碎部占的位置及点。仪器观测员指挥立镜员到事先选好的已知上准备立镜定向，自己快速可好仪器，量取仪器高，启动全站仪，选择测量状态，输入测站和定向点号、坐标、仪器高和棱镜高；瞄准定向棱镜，测量后检查观测数据是否有误，若无误方向表示已定向好。通知立镜者可以开始跑点；立镜员在碎部点立好棱镜后用对讲机联系观测员，汇报所立点的镜高（一般为2m）及性质，观测员及时瞄准棱镜，输入棱镜高，地物代码，确认准确照准棱镜后，再按下回车键，待发出鸣响声，说明该点已被记录下来，下一个碎部点，重新按上述采集方法步骤进行施测。测图时，下列表示地貌、地物的特征点应测绘于地形图上；①山峰的高点，山谷的最低点，垭口及山坡倾斜变化处；②山坡与平地交界下，山脚，山坡方向转折变化处；③河底、河岸及河流平面转折点，湖泊水塘的转角点，并测水深；④水井、坟墓、电杆、水准基点及其建筑物位置和范围；⑤铁路、公路、道路、桥涵要测其中心位置，丈量宽度，注明公路的名称、去向，河流的流向；⑥路堤、路堑的坡顶、坡脚、路基中心；⑦树林、果园、农田的范围；⑧省、市、县行政区界及重要地界；⑨地质，水文要求的其他特征点，如不良地质范围界线，洪水泛滥线等。测记法数据采集通常分为有码作业和无码作业，有码作业需要现场输入野外操作码，而无码作业现场不输入数据编码，而草图记录绘图信息。在测量的过程中，绘制草图并不简单，特别是在建筑物较多时，相当麻烦，同时影响测图速度。本单位的测绘小组，一般为5-6人组成，1人观测并在全站仪上作记录并编码，1人熟悉地形绘简要草图并内业绘图，其他人员跑尺，这种作业方式通过他们多年的实践，表明可行。在点号的编码方式中数字一般表示第几个地物，如F2（2）,—般房子要测三个点，F2表示测区内的第2个房子，括号里的2表示房屋层数。一般各单位自行约定。地物（貌）代码如下：房屋用F表示，至于结构一般由草图人员记录，在建房为FJ,围墙为WQ,陡坎为K,坎上KS，坎下KX，高压线为V,低压线W，通讯光缆为GL,公路为L,铁路T,土路为TL,坟墓为FM,井为J等。地物（貌）点的连接关系，如房屋和围墙连接关系，可以在公共交点立尺，编码可以根据前后可以编成F2＋WQ即可。利用该法测量要较草图法省事快捷。测站上所需要的仅是编码及照准两个过程，而跑尺人员所需要做的是通过对讲机报编码，摆好棱镜两个过程。现在全站仪测坐标，速度很快，只是受跑尺员走路等原因影响，可以说浪费时间是在一个点向另一个点转移的过程中，而这么短的时间内，画草图的人员是跟不上这个思路与速度的。经本人每天测量按小时算，每天可以测300—600点，而连线成功率也很高，出错机率很小。对于碎部点的确定，应注意以下几点；1） 依比例的规则建筑物只需测三个点，第四点可由计算机来完成。2） 在平原地区，地形比较简单，点位密度可以小一些，60－80米可以测一个点，但主要沟坎不可放过，有明显起伏的地方，高处应延坡走向测一排点，坡下也应测一排点，这样画出的等高线才不会变形。对房屋测量时，有些地方无法看到，可以用仪器把周围打出来，里面用钢尺量，可以提高次效率。测图时一定注意电杆的类别和走向，以及是否有地下接口；成形电杆不必每根都测，可以隔一根或隔几根测一根，因为这些电杆是等间距的，在做内业时可用等分插点法画出，精度也很高，但有转弯的电杆一定要测。道路要测一边，量出路宽，这样画出来才好看；地下光缆不可放过。3） 在测山区时，主要是地形，做到山上有点，山下有点，确保山脊线、山谷线等地性线有足够的点，这样画出的等高线才像且不变形。在山区测图时，最好在山顶或半山腰设站，这样可以减少搬站，效率高。4） 在野外采集时，能测到点要尽量测，实在测不到的点可利用皮尺或钢尺量距，将大量结果记录在草图上，室内用交互编辑方法成图。5） 测图单元的划分，尽量以自然分界为界，如河流、道路等，以便于地形图的施测，也减少接边的问题。同一类地物（貌）应先测，以避免造成一些不必要的麻烦，同时也方便观测员的数字和字母输入，当然还要根据实际情况而定。6） 在碎部测量支站时，有时测站支的太远，定向要跑很远，为了避免这样，可以一下支出两站，让两站离较近，一个摆站点，一个做定向点。在一个测站上，当所有的碎部点测完后，要找一个已知点重测进行检核，以检查应施测过程中是否存在因误操作，仪器碰动或出故障等原因造成的错误。检查完，确定无误后可方关闭仪器电源，关机搬站。4．绘制地形图CASS5.1是在绘图软件AOTCAD基础上开发的测量专用绘图软件。它具有完备的数据采集，数据处理，图形生成，图形编辑，图形输出等功能；能方便灵活地完成数字化地形图的测绘工作。以下主要阐述CASS5.1系统提供的“测点点号定位成图法”在绘制平面图的基本作业过程。1）数据传输内业处理时，首先需要把采集到数据按一定的格式传输到计算机中，形成一个文件供内业处理时使用。在数据通讯过程中，通讯参数一定要一致。最常用参数是：协议ACK/NAK，通讯DCOMl,波特率9600，数据位8,停止位1,检效无。一般只通讯坐标数据；数据通讯完毕后一定要检查有没有坏数据，如果有就把坏数据删掉，否则就无法进行CASS坐标转换，然后把通讯数据转换成CASS坐标，起一个文件名将其保存。2）测点点号定位成图法利用“测点点号定位成图法”绘制平面图时，只需把上述坐标数据文件中的碎部点点号展在屏幕上，利用屏幕测点点号，对照草图上标明的各点点号，地物属性和连接关系，将地物逐个绘出。具体方法如下：①定显示区。其作用是根据坐标数据文件中各点坐标的大小来定义屏幕显示区域的在小，以保证所有碎部点都能显示在屏幕上。方法：选择“绘图处理\定显示区”，然后输入坐标数据文件名及路径，单击“打开”，即可确定屏幕上的显示范围。②展点。是把坐标文件中的各个碎部点点位及相应属性显示在屏幕上。方法：选择“绘图处理\展点\野外测点点号”命令，然后输入坐标数据文件名及路径，单击“打开”，则数据文件中所有点，以注记点号形式展现在屏幕上。然后根据需要输入相应比例尺。选择“测点点号法”成图。在屏幕右侧一级菜单“定位方式”中选择“测点点号”，系统将弹出一个对话框，提示输入外业所测的坐标文件，输入后单击“打开”，系统将所有数所读入内存，以便依照点号寻找点位。连线。根据外业草图用CASS工具和图式符号把相连的点位连接起来，把测区地物（貌）如实反映出来。CASS系统将所地物要素分为13类，如文字注记、控制点、居民地等,此时即可按照其分类分别各种地物。3）绘制等高线地形图测绘时，要完整的表示地表形状，除了平面上的地形地物外，还在准确的表示出地貌起伏。在地形中，地貌起伏通常用等高线来表示，能够更好的反应地貌形态的各部特征。绘制等高线的方法：利用CAAS软件依据测自动生成，首先建立数字地面模型（构建三角网）并做修改；其次，便可绘制等高线；最后要对等高线进行修饰，如注记等高线等。手工绘等高线，绘制时自动拟合，但线体上会有很多节点，在修改时非常麻烦。有一种比较好的方法，使等高线修改变的非常简单。方法如下：在绘制等高线时不要直接使用“绘制等高线”工具，而用“复合线”工具来绘制等高线地，因为复合线非常容易拉动修改。在等高线绘制完后，可以批量拟合复合线，然后把拟合后的复合线加注等高线属性即可。4）文件保存。利用CASS软件绘图，有时使用不当，出现致命错误时文件容易丢失，所要使用文件自动保存功能，其文件格式为DWG格式。4．图幅拼接当测区面积较大