合蚌铁路建设
测量工程师业务培训班
讲义
京福客专安徽有限责任公司
西南交通大学北京研究院
二○○九年七月
目录
第一篇坐标系统与数据处理 (1)
第一部分高程控制网 (1)
(一) 高程基准与高程控制网 (1)
(二) 水准测量的质量控制与成果分析 (3)
第二部分平面控制网 (7)
(一) 位置基准与坐标系 (7)
(二) GPS定位与平面控制网布设 (17)
(三) 数据质量控制与成果分析 (23)
第二篇无砟轨道铁路测量规范 (27)
一客运专线无碴轨道结构特点 (27)
二无碴轨道铺设精度 (27)
三《暂规》的编制原则和由来 (29)
（一）编制原则 (29)
（二）主要内容 (30)
四《暂规》的重要性 (30)
（一）客运专线无碴轨道铁路精密工程测量的概念 (30)
（二）为什么要制定《客运专线无碴轨道铁路工程测量暂行规定》新标准 (31)
五传统测量与无碴轨道铁路精密工程测量的比较 (33)
（一）传统的铁路工程测量方法 (33)
（二）客运专线铁路精密工程测量的特点 (35)
六《暂规》的特点 (39)
（一）三网合一 (40)
（二）平面基础控制网采用GPS B级网 (40)
（三）二等水准测量 (41)
（四）平面和高程控制网的精度 (41)
（五）CPI、CPII、CPIII建立时机、方法和相互关系 (42)
（六）对评估、验收的一些考虑 (43)
（七）经济指标情况分析 (43)
七《暂规》主要技术标准的宣贯 (44)
（一）平面控制测量 (44)
（二）高程控制测量 (46)
第三篇精测网复测及施工控制网加密 (50)
第一部分精测网复测 (50)
(一) 一般规定 (50)
(二) 基础平面控制网CPⅠ复测 (50)
(三) 数据处理 (54)
(四) 线路控制网CPⅡGPS复测 (58)
(五) 线路控制网CPⅡ导线复测 (58)
(六) 高程控制网复测 (61)
(七) 提交的测量成果报告 (62)
第二部分施工控制网加密 (63)
(一) 编制依据及技术标准 (63)
(二) 平面GPS加密方法与精度要求 (63)
(三) 平面控制网导线加密测量实施方案 (65)
(四) 外业观测的实施 (67)
(五) 高程控制测量作业实施计划 (69)
(六) 平面控制测量作业实施计划 (70)
(七) 质量保证措施 (72)
(八) 精测网施测数据处理和平差方法 (74)
第四篇沉降观测实施细则及CPIII测量技术 (77)
第一部分沉降观测实施细则 (77)
(一) 沉降变形观测网布设的总体原则 (77)
(二) 路基沉降、位移变形观测的具体实施方法 (80)
(三) 桥涵沉降变形观测的具体实施方法 (88)
(四) 隧道基础沉降变形观测的具体实施方法 (96)
(五) 过渡段沉降观测的具体实施方法 (98)
(六)沉降变形观测资料整理及提交 (98)
第二部分CPIII测量技术 (126)
(一) 依据及内容 (126)
(二) 无砟轨道CPⅢ控制网测量的时机 (126)
(三) CPⅢ控制网测量 (126)
(四) CPIII网的维护 (135)
第一篇坐标系统与数据处理
第一部分高程控制网
(一) 高程基准与高程控制网
a)大地水准面和大地体
任意自然静止的液体表面都构成一个水准面。水准面在物理意义上属于一个重力位等位（等势）的表面。
海洋有潮起、潮落，但是通过常年的海洋潮汐观测，可以统计得到一个潮起、潮落的平均位置——平均海水面。假想有一个通过平均海水面的静止洋面（大地水准面），并设定其可以等重力位的特性向陆地内部无限延伸。因为任意地表一点的重力位具有唯一性，因而大地水准面必将形成一个封闭的曲面。大地水准面是个物理面，不是数学面。这个曲面内部所包含的地球空间称为大地体。
大地水准面是我国高程测量的基准面。沿重力作用方向的铅垂线是高程测量中的基准线。
b)高程起算基准
地面点到大地水准面的高程，称为绝对高程。如下图所示，P0P0'为大地水准面，地面点A和B到P0P0'的垂直距离H A和H B为A、B两点的绝对高程。地面点到任一水准面的高程，称为相对高程。下图中，A、B 两点至任一水准面P1P1'的垂直距离H A'和H B'为A、B 两点的相对高程。
我国大地水准面的确定是通过在我国东部黄海沿岸设有多个验潮站（浙江坎门，吴淞口，青岛，大连），并根据多年的验潮资料来确定平均海水面（大地水准面）的。黄海平均海水面是我国高程的起算面。1956 年在青岛设立了水准原点，其他各控制点的绝对高程都是根据青岛水准原点推算的，称此为1956年黄海高程系。1987 年国家测绘局公布：中国的高程基准面启用《1985国家高程基准》取代国务院1959年批准启用的《黄海平均海水面》。《1985国家高程基准》比《黄海平均海水面》上升0.0286m。设在青岛的大地水准原点在1956 年黄海高程系统中的绝对高程值是72.289m，在1985 年国家高程系统中的绝对高程值是72.2604m。
c)高速铁路精密水准控制
我国国家水准控制网共进行三期建设：
?第一期，1976 年以前完成，以1956 年黄海高程系统为基准的一、二等网完成。
?第二期，1976 年至1990 年完成，以1985 年国家高程系统为基准的一、二等水准网完成。
?第三期，1990 年后进行的国家一等水准网的复测和局部地区二等水准网加密。
国家一等水准网共布设289 条路线，总长度93360km，全网有100个闭合环和5 条单独路线，共埋设固定水准标石2 万多座。国家二等水准网共布设1139 条路线，总长度136368km，全网有822个闭合环和101 条附合路线和支线，共埋设固定水准标石33000 多座。国家一二等水准网分等级平差，一等水准网先将大陆的进行平差，再求海南岛的结果。二等是以一等水准环为控制进行平差计算的。
《客运专线无碴轨道铁路工程测量暂行规定》对高速铁路的高程控制测量作
了规定：
?全线应按国家二等水准测量精度要求施测，建立水准基点控制网；
?在CPIII平面控制网布点完成后，按精密水准测量精度（界于国家二、三等水准测量精度之间）要求施测，建立CPIII高程测量。
(二) 水准测量的质量控制与成果分析
a)外业的数据质量控制
该部分工作主要用以确认外业水准测量所采集的观测数据的有效性。只有在外业水准观测数据有效的情况下，才可以进行整网或分段的水准平差数据处理。
外业的水准测量数据的有效性确认包括：投入使用的仪器设备是否满足规定、具体一个测站的测量操作程序和数据检校是否满足规定、具体一个测段的测量操作程序和数据检校是否满足规定。相应规定可从国家二等水准测量规范和暂规中获取。不满足规定要求的测站、测段必须重新按要求进行观测。
具体的规定要求摘录如下：
?水准基点控制网的二等水准路线一般150km 与国家一等水准点联测，最长不应超过400km 联测一次。CPIII控制点高程测量工作应
在CPⅢ平面测量完成后进行，并起闭于水准基点控制网的二等水准
基点。
?二等水准测量测站观测顺序为：往测奇数站为“后—前—前—后”，偶数站为“前—后—后—前”；返测奇数站为“前—后—后—前”，
偶数站为“后—前—前—后”。
?水准测量所使用的仪器及水准尺，应满足：“水准仪视准轴与水准管轴的夹角，DS1 级不应超过15″；水准尺上的米间隔平均长与名义
长之差，对于因瓦水准尺，不应超过0.15mm，对于双面水准尺，不
应超过0.5mm；二等水准测量采用补偿式自动安平水准仪时，其补
偿误差不应超过0.2″”。
?观测读数和记录的数字取位应满足：“使用DS05 或DS1 级仪器，应读记至0.05mm 或0.1mm；使用数字水准仪应读记至0.01mm”。
?其它要求见下图表
b)内业的数据质量控制
经检查，各项技术指标均合格的整网或分段的水准观测数据才可以进行内业的平差数据计算、处理。水准基点控制网应以国家一等水准点为起算数据，采用固定数据平差和1985 国家高程基准；CPIII高程控制点应附合于水准基点控制网上，采用固定数据平差。水准基点测量和CPIII控制点高程测量工作应在全线测量贯通后进行整体的严密平差。
水准测量有不同于平面控制网观测，它有自已的特点：观测精度高，工作量大，难于多次重复。一般水准测量只进行往返测，取往返测（符合要求的）高差
平均作为高差的最或是值。当评定这种最或是值的精度时，也只有往返测高差之差可以被利用，它反映了水准测量各种误差共同作用的结果，具有真误差的性质。它们含有偶然误差的影响也含有系统误差的影响。
系统误差具有累积的特性。测量工作者（原苏联巴甫洛夫、我国周江文等）早已发现，在往返测高差之差中有某种系统误差存在。但是，不论用那一种公式都不能正确反映往返测平均高差中系统误差影响的大小。按照目前往返测水准测量的作业方式，每公里系统误差是不可能单独求得的。根据对一些实验性（多次重复）水准测量进行统计分析有如下结果：“按照现行往返测规范作业，往返测高差平均值中的系统误差影响会随着测线的加长而减少。根据实验结果，在300km长的测线上，其值不会大于(±0.01~0.02)mm/km。这是由于在较长的线路上系统误差会有更多机会得到抵消或减弱，不会朝一个方向无止境地系统的累积起来，所以对高差的影响不会很大。基于这样思想，目前既然还无法正确计算系统误差，因而也就没有必要去计算什么系统误差”。
在短距离，如一个测段的往返测高差之差Δh中，偶然误差肯定得到反映，虽然也不排除有系统误差的影响，但由于距离短，系统误差毕竟很小，所以用测段的往返测高差之差Δh来估算偶然中误差还是可行的。同时，对于闭合环，由往返测平均高差所形成的闭合差W也具有真误差的性质，反映了高差平均值中的偶然误差，也必然反映着系统误差，包含着这两种误差的综合反映，可叫全中误差。因而用环形闭合差W来估算全中误差。因此，水准测量作业结束后，每条水准路线应按测段往返测高差不符值计算偶然中误差MΔ；当水准网的环数超过20 个时，还应按环线闭合差计算全中误差M w。MΔ和M w应符合下图表的规定，否则应对超限的路线进行重测。满足要求的技术规定，表明该水准测量精度是合格的，可根据需要或要求进行成果分析和采用。
MΔ和M w按下列公式计算
要注意在实际水准测量中，使用高精度仪器进行低等级水准观测的问题。在这种情况下，如果计算得到的中误差没有达到仪器应有的标称精度，则应该怀疑仪器的工作状况是否正常，即使水准等级的精度指标满足了，对水准成果的采用仍然应该慎重。因为一台工作不正常的仪器，提供的观测数据是不可靠的。
c)高程测量成果的分析
这部分工作主要针对复测和检测。
为了保证控制点提供的高程基准的正确性，在工程建设的过程中，经常需要对已有高程控制点的复测和检测，确保高程控制点的稳定。常用的方法有两种：高差比对和高程比对。
高差比对用以比较分析相同高程点之间的高差，可以反映出地表相对高程变化；高程比对用以比较分析相同高程点的高程，可以反映出地表整体的高程变化。无论那种比对方式，只有在比对差异超出相应等级水准测量精度的限差指标时，才能说这种高差或变化是显著的，并考虑更新高程成果。否则，应沿用原高程成果。