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河南工程学院毕业设计(论文)原创性声明

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摘 要

随着铁路速度的大幅度提高，对于测量工作者的要求越来越高。根据测区地形地貌，灵活运用书本上理论知识，以及实习经验，完成工程建设的要求。

本文主要阐述了山西兴县至保德地方铁路施工控制网的选点、布设、施测及其精度评估等一系列问题，其中包括GPS静态定位技术、水准测量等内容。结合山西的地形，多丘陵，利用现有的仪器设备和资金等具体情况，采用GPS静态定位技术建立施工平面控制网，利用水准测量技术完成高程控制网，确定平差方案以及精度检核标准。在满足精度要求的同时，选择一个最佳的技术设计方案。同时介绍了铁路线在设计完成后成果验收和资料上交等。

关键词： 铁路 GPS静态定位技术 水准测量 控制网 技术设计

第1章 测区概况

1.1任务概述

该项目位于山西省吕梁市兴县、忻州市保德县境内。正线自山西中南部通道的瓦塘车站引出，出站后线路向北进入郑家塔隧道，跨越岚漪河，之后折向西北经张家洼、高家塔东侧，冯家塔西侧，跨越武家沟，于后冯家川村东侧，安家山河和小河沟之间设冯家川装车站。新建兴县至保德地方铁路瓦塘至冯家川段Ⅱ标段自DK00+150至DK07+224，线路长度7.074km。线路自DK00+150起，穿郑家塔隧道，跨岚漪河，穿瓦塘隧道、张家村隧道至本标段终点DK07+224。

全长2740m的张家村隧道为最长隧道；桥长1147m的瓦塘跨岚漪河特大桥为全线最长桥，桥墩最高67.5m。

1.2自然特征

1.2.1地形地貌

线位位于晋西北重丘陵地区，地势整体西低东高；境内群山逶迤，丘陵棋布，沟壑纵横，地形破碎，是吕梁山地向黄河峡谷的延伸部分。上部多覆盖有厚层黄土，由于长期水土侵蚀和切割作用，形成以黄土梁、和深切冲沟为主的典型黄土丘陵地貌，地形起伏较大。交通条件恶劣，道路状况差，地形条件复杂，主要土质为黄土。

1.2.2地质土壤

1.2.2.1地质

兴县地质结构基本上以新生界第四系细砂、泥灰岩、红色土、黄土及近代冲积层为主，河谷地带有中生界三迭系及古生界二迭系岩层，东部山区为古生界奥陶系、寒武系及下元古界、太古界岩层。测区大地构造单位属鄂尔多斯台向斜，吕梁山西坡南北向挠褶带北部。地质构造对铁路工程影响较小。

1.2.2.2土壤

土壤以灰褐土性土为主，河谷地带为灰褐土，西部山区为山地灰褐土及棕壤。

1.3气象特征

本区属大陆性季风气候，冬季漫长寒冷少雪，夏季短暂炎热多雨，春旱风大升温较快，秋季凉爽天气晴朗。无霜期120--170天，年均日照时数2600小时左右，近六年降水量相对偏少，按铁路工程分区为寒冷地区。

1.4水文

兴县境内主要河流有三条：岚漪河位于县境北部，蔚汾河位于县境中部，湫水河位于南部，均由东向西汇入黄河，属黄河水系。沿线地下水主要为第四系空隙潜水、基岩裂缝水。主要受大气降水补给。

第2章 一般要求

1.充分认识本项目的重要性，加强自身技术和责任感。

2.加强仪器的常规检校。

3.数据处理时加强计算和复核。

第3章 主要作业依据

1、《铁路工程测量规范》（TB10101-2009）

2、《工程测量规范》(GB 50026－2007)

3、《国家三、四等水准测量规范》(GB 12898－2009)

4、《全球定位系统(GPS)测量规范》（GBT/18314-2009）

5、《控制测量规范》

第4章 控制网的优化设计

4.1控制网网形

4.1.1导线网

在工程施工控制测量中，导线网形比较常用，它包括单一导线和具有一个或多个结点的导线网。网中的观测值是角度和边长。其特点是网中各点上的观测方向较少，出节点外只有两个方向，因而受通视要求的限制较小易于选点。它的图形非常灵活，选点时可根据具体情况随时变化。适合用于障碍物较多的平坦地区或隐蔽地区。

4.1.2边角网

边角网是指既测边又测角的以三角形为基本图形的平面控制网。其特点是图形简单，网的精度高。但在障碍物较多的平坦地区或隐蔽地区布设较困难。

4.1.3GPS网

近年来随着GPS定位技术的发展，GPS相对定位精度在几十公里的范围内可达到1／1000000-1／100000，完全可以满足城市二、三等网的精度要求。

4.2控制网优化设计的质量标准

1.精度指标

2.可靠性标准

3.灵敏性准则

4.经济性准则

4.3方案的选择

控制网的质量是控制网设计的核心和宗旨。选择合适的测量方案，取决于多方面如：控制网精度的高低。但是在满足施工的条件下，精度有时并不是越高越好，要符合工程本身的要求。在实际的工程中，人力和费用的消耗对选择方案影响较大。另外还要看实际地形、路况、施工的难易程度等多方面，测区的实际地形多丘陵，在进行控制网选择时，要选择一条精度满足施工要求，人力和费用消耗最少的一个方案。

根据既有资料以及测区实际地形，桥梁隧道比较多，总距离31km，我准备布设GPS控制网。GPS控制网要求只要在比较广阔的地方且距离线位不远，所有点连接起来能够覆盖测区即可。GPS在建网方面具有以下几个方面：

1.测量精度高

2.选点灵活，无需造标，布网成本低。

3.可全天候作业

4.观测时间短

5.观测处理自动化

6.可获得三维坐标

4.2GPS网的图形设计

GPS网中的各种图形都是由独立基线向量组成的。根据GPS网的精度指标及完成任务的时间和经费等因素，GPS可由三角形、多边形、复合导线、支导线等基本图形组成。根据既有资料将已知三角点、导线点展绘在地图上，划出测区边界线。

4.3GPS网的精度评估

GPS网设计的出发点是在保证质量的前提下，尽可能地提高效率，努力降低成本。因此，在进行GPS网的设计和测设时，既不能脱离实际的应用需求，盲目地追求不必要的高精度和高可靠性：也不能为追求高效率和降低成本而放弃对质量的要求。根据铁路工程要求，遵循布网原则，在图上布设控制网，包括起始数据配置、首级网的等级、加密层次、待定点的选位、网型结构、水准路线、观测类型等，然后按相应估算公式对某些元素进行精度估算。估算结果如低于工程对精度提出的精度指标，要重新调整布网方案，采用变更起算数据配置，更改待定点的个数及位置，调整观测类型，提高观测精度等多种措施，选择经济上合理、技术上可行的最佳方案。

第5章 坐标与高程系统的选择

5.1坐标系统

本段精密工程控制测量平面坐标系统采用施工坐标系。根据内业提供资料，所有施工坐标系满足1／100000(1cm／km)的精度要求。图纸坐标系统采用1954北京坐标系。

5.2高程系统

采用1985国家高程基准。

第6章 控制网的布设

6.1平面控制网的布设

6.1.1一般规定

本次精密工程控制测量平面控制网按分级布网的原则，分两级布设，第一级为基础平面控制网（CPI），第二级为线路控制网（CPII）。第一级基础平面控制网（CPI）：首先对收集的国家高等级GPS网点进行兼容性和稳定性检验，作为本项目CPI的起算依据。CPI主要为勘测、施工、运营维护提供坐标基准，CPII主要为勘测和施工提供控制基准。

6.1.2选点、埋石

6.1.2.1选点

CPI、CPII控制点布设应充分考虑即将施工的影响。

CPI控制点根据线路走向沿线布设，应选在离线路中线100m～200m、地质情况稳定、地基坚实，且地下水位较低，利于GPS观测，能长期保存而不易被施工破坏的稳定区域。顾及CPI网型和选点条件限制，困难点位可离开线位1km以内。CPI点位应便于安置GPS接收机，周围视野开阔，便于GPS卫星信号的接收。其要求：点位要选择在四周开阔的区域，地面高度角15°内不应有成片的障碍物；点位应选择在交通方便，且利于安全作业的地方；点位附近不应有大面积水域或其它强烈干扰卫星信号接收的物体（如金属广告牌等）；点位须远离大功率无线电发射源（如电视台、电台、微波站等），远离高压输电线，其距离均不得小于200m。

CPII控制点间距600m～800m，困难地段不短于500m为宜，沿线路走向布设，应选在离线路中线50m～100m，稳固可靠且不易被施工破坏的范围内，便于测量及施工放线的地方；尽量满足相邻点相互通视，要保证每一个点至少要有一个通视点，当CPII点前后相邻点都不能通视时，应对不通视的点增加方向点，但不通视点间应保证CPIII网的附合长度不大于1km，并顾及CPIII点的发展布设；对路基、桥梁等段落，尽量考虑将CPI、CPII布设于线路一侧，避免因施工后高路基、桥墩等造成点间不通视的现象，以方便施工使用；点位应便于安置GPS接收机和全站仪，观测条件满足GPS卫星信号的接收要求。

6.1.2.2埋石

1.平面控制点（CPI、CPII）及水准点标志

各种控制点标志金属标志制作材料为上部为不锈钢，下部采用普通钢筋焊接而成，规格应符合图1（a）的规定；水泥路面设标要用电钻打孔后，将金属标志用固结剂或速凝水泥镶嵌在路面上，规格应符合图1（b）的规定。标志标识规格应符合图（c）的规定。

图1 CPI、CPII和水准基点控制点标钉及标识

2.平面控制点（CPI、CPII）及水准点埋设标准

平面控制点CPI、CPII及水准点一般均采用现场浇注混凝土方式进行，桩面低于地面，各种控制点桩面标记等级和点名、标石形式及规格应符合图2的规定。鉴于暂行规定的埋石深度和本项目最大冻土深度情况，确定本线的所用CPI、CPII和水准基点的埋石深度为：按埋深1.4 m进行。

图2 CPI、CPII和水准基点控制点标石埋设图

上述控制点规格为：顶部30cm×30cm，底部40cm×40cm，标石应埋入冻土线以下0.3m。

如果建筑物顶上设置标石，标石应和建筑物顶面牢固连接。建筑物上平面控制点标石设置规格应符合图3的规定。

。

图3 建筑物上CPI、CPII控制点标石设置（单位：mm）

如果选点的建筑物顶，群墙较高，且满足测量条件，可选择在群墙顶部安装强制归心标志件的形式。如图4：

图4 群墙上CPI、CPII控制点标志图

标石表面标识按图5所示进行，现场浇筑埋石桩点应使用模具，桩面应美观，标识及字头应统一大致指北。

图5 标石表面标识

混凝土盖的规格及标识见图6。

图6 混凝土盖规格

水准点可选择满足观测条件的稳定构筑物设置墙脚标志，标石埋设规格应符合图7的规定。

图7 墙脚水准点标石埋设图（单位：mm）

3.点之记绘制要求

（1）点之记要在埋标时现场绘制草图，绘制内容要符合要求，要素齐全，标识点位的距离用皮尺现场实测，确定点位的距离标注不少于3个，交通路线图指向要齐全、清楚。参照物少的桩点应设置水泥指示标。点之记使用统一格式绘制。

（2）根据点之记草图，及时绘制成CAD形式的电子图，绘制点之记要严格按照图例要求进行绘制。

（3）选点埋标人员在点之记记录上签名，对点之记进行认真复核。

（4）绘制点之记概略坐标采用平差后的3°带坐标。

（5）每个点用数码相机拍摄辅助点之记（.jpg文件格式）二张，一张为标石顶面（照片文件名称：点号-1），另一张为一人站在点位上，拍摄点位附近明显参照物（照片文件名称：点号-2）。

（6）控制点命名

CPI控制点命名为：CPI 001-CPI ***,插点和补点的编号为前点名+1～9；

CPII控制点命名为：CPII 001-CPII ***,插点和补点的编号为前点名+1～9；

水准基点的命名为：BM 001-BM ***。

6.1.3数据采集与数据处理

1.CPI级GPS网施测

（1）CPI级GPS控制网观测技术要求按《铁路工程测量规范》中D级执行。观测时按照三角形或大地四边形构网。

（2）各级GPS控制网测量的主要精度和技术指标应符合表1的规定。

表1 GPS测量的精度指标

（3）GPS作业时天线定向标志线应统一指向正北。每个时段观测前、后各量天线高一次，两次较差值小于2mm，取均值作为最后成果。

（4）GPS测量作业应满足下表2的基本技术要求。

表2 各级GPS测量作业的基本技术要求

（5）观测过程中不得在天线附近50m以内使用电台，10m以内使用对讲机；在一时段观测过程中不允许进行以下操作：接收机关闭又重新启动，进行自测试，改变卫星仰角限，改变数据采样间隔，按动关闭文件和删除文件等功能。同时观测记录气象元素。

（6）联测附近连盐线CP控制点，实现资料衔接。

2.CPI级GPS网数据处理

（1）GPS基线解算

CPI基线向量解算采用广播星历和商用软件，为保证其数据的一致性，可统一应用LGO软件进行基线解算。如果所用仪器为不同型号，应先进行数据预处理，将原始观测文件转换为RINEX文件，然后进行基线解算， GPS网基线计算成果精度指标应满足下表3：

表3 基线质量检验限差表

，—中误差（mm）,d—相邻点间距离（km）;本项目a=5mm,b=1ppm。

（2）GPS网平差

全部基线解算符合精度要求后，采用科傻GPS数据处理软件或同济TGGPS数据后处理软件进行整网平差计算。首先在WGS-84坐标系中进行无约束平差，以一个联测的国家A/B级GPS点大地坐标进行无约束平差。对观测值后验中误差、残差、标准残差进行统计分析，检查GPS基线向量是否有粗差和明显的系统误差，对质量不好的基线进行重测，直至符合基线向量改正数绝对值Vx,y,z≤3σ。

无约束平差结束后，引入已知点坐标进行约束平差，约束平差基线向量改正数与无约束平差基线向量改正数差值dv≤2σ，基线边方向中误差、最弱边相对中误差应符合表4的要求，CPI点坐标成果保留到0.1mm。

表4 GPS测量的精度指标

3.平面控制网（CPII）的施测与数据处理

CPII控制点观测可采用GPS测量方式和导线测量方式进行。一般在对空条件及通视好的情况下采用GPS方式进行测量。在非常困难的段落使用全站仪按导线方式进行施测，这些段落的CPI级GPS点应成对布设。

（1）采用GPS观测CPII级控制点

CPII测量应在CPI的基础上采用GPS测量方法进行施测。应采用边联接方式构网，形成由三角形或大地四边形组成的带状网，并与CPI点就近联测，构成附合网。具体施测方法及数据处理同CPI，各项精度指标应符合表1、表2、表3、表4的相关规定。

（2）采用导线观测CPII级控制点

按照《铁路工程测量规范》中的相关要求执行。CPII控制点应采用不低于2"、2mm+2ppm级全站仪进行施测。

导线测量水平角观测技术要求如表5

表5 导线水平角观测技术要求

导线边长测量，读数至0.1毫米。距离和竖直角往返各观测2测回，竖角指标差≤10″。导线边限差应满足表6的要求。

表6 导线边测距要求

导线测量数据使用电子手簿记录，数据微机传输整理。

数据处理：CPII导线应在方位角闭合差及导线全长相对闭合差满足表7要求后，距离经归算和投影改化后进行严密平差计算；起算数据为CPI级GPS点成果，采用科傻地面数据后处理软件进行平差解算。

表7 导线测量主要精度指标

6.2高程控制网的布设

6.2.1注意事项

高程控制网沿线布设深埋水准点和一般水准点两种类型的高程控制点，组成统一的高程控制网。一般水准点在国家I等水准点的基础上，要求沿线一般不大于2km布设一个，考虑到便于施工单位施工放样及垂直位移监测时对高程点的引用，因此将地面CPI和CPII级控制点亦纳入高程控制网，这样可能会稍微增加总水准路线的长度。如果水准基点不能与平面点共用时，应重新布设水准基点，满足小于2km间距的要求。

深埋水准点按照设计的概略位置进行选取，沿线深埋水准点都选在线路附近的村庄内，应和大队、村委会或其它单位和个人取得联系，点位宜选在村委会、学校、卫生所院等公用事业单位内或附近，条件困难应选在村民住户院内。选定点位后打木桩标定点位，并用手持GPS测量存储坐标，绘制点之记。

6.2.2高程控制网的施测与数据处理

1.高程控制网施测

（1）首级高程网，按照国家四等水准测量标准施测，以国家三等及以上水准点为起算点，进行整网严密平差计算。

（2）与沿线高程点进行联测。

（3）使用Leica DNA03/Trimble Dini12精密电子水准仪（或同精度的其它电子水准仪），2m或3m铟瓦、条码水准尺，自动观测记录，采用单路线往返观测，一条路线的往返测，必须使用同一类型仪器和转点尺垫，沿同一路线进行。

（4）观测时，视线长度≤100m，前后视距差≤5m，前后视距累积差≤10m，视线高度≥0.35m；测站限差：两次读数差≤0.4mm，两次所测高差之差≤0.6 mm，检测间歇点高差之差≤1.0 mm；观测时，按往返奇偶站的顺序进行观测，每一测段应为偶数测站。

（5）一组往返测，宜在不同的时间段进行；由往测转向返测时，应互换前后尺再进行观测；晴天观测时应给仪器打伞，避免阳光直射；扶尺时应借助尺撑，使标尺上的气泡居中，标尺垂直。

（6）跨越较大河流或水域时，应按《国家三、四等水准测量规范》（GB 12898－91）跨河水准测量有关技术要求执行。

2.高程控制网数据处理

高程控制网数据处理与精度评定，采用科傻平差软件，使用清华山维NASEW智能图文网平差软件进行检核。水准测量计算取位应符合表8的规定。

表8 水准测量精度要求（mm）

注：表中L为往返测段、附合或环线的水准路线长度，单位km。

水准测量作业结束后，整网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Mw。MΔ和Mw应符合规定，否则应对较大闭合差的路线进行重测。

第7章 成果验收

交送验收的成果包括观测记录的存储介质及其备份，记录的内容和数量应齐全，完整无损，各项注记和整饰应符合要求。

验收的重点为：

1.实施方案是否符合规范和技术设计要求。

2.补测、重测和数据剔除是否合理。

3.数据处理软件是否符合要求，处理项目是否齐全，起算数据是否正确。

4.各项技术指标是否符合要求。

第8章 上交资料

1.测量任务书

2.点之记、测站环视图；

3.GPS网展点图；

4.测量标志委托报管书

5.选点资料和埋石资料；

6.原始观测记录本、原始数据文件、计算文件、电子文档；

8.水准点高程成果、水准点平差计算、水准测量路线示意图、水准点点之记；水准测量原始记录；

9.接收机、气象仪器及其他仪器的检验资料；

10.山西省兴县至保德地方铁路工程控制网设测量技术文件；

11.技术总结和成果验收报告；

第9章 结论

作为新一代测绘工作者，新的时代赋予了我们新的使命。这就要求我们具有过硬的专业技能，在未来的挑战中乘风破浪，在日新月异的社会中占据一席之地!这次对兴县至保德地方铁路控制测量技术设计任务的完成，使我充分认识到工程建设中技术设计的重要性。选择合适的技术方案，在满足精度的情况下，同时节省开支，达到效益的最大化。

参考文献

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[15] GB 12898－2009.国家三、四等水准测量规范[S].

致 谢

经过这段时间的努力，我的毕业设计终于完成了。非常感谢詹先运老师在我大学的最后学习阶段，给我的帮助。毕业设计的完成，也就意味着大学生活即将结束，回想起以前的学习时光，我不禁眼角湿润，在过去的三年多里，发生了太多太多事情，让我记忆犹新。

毕业设计帮助我们总结大学四年收获、认清自我。同时，还帮助我们改变一些处理事情时懒散的习惯。从最开始时的搜集资料，整理资料，到方案比选，确定方案，再到着手开始进行控制网的布设，每一步都是环环相扣，衔接紧密，其中任何一个步骤产生遗漏或者疏忽，就会对以后的设计带来很多的不便

在毕业论文设计过程中，我遇到了许许多多的困难。在此我要感谢我的指导老师詹先运老师给我悉心的帮助和对我耐心而细致的指导，我的毕业论文较为复杂烦琐，但是詹先运老师仍然细心地纠正设计中的错误。除了敬佩詹先运老师的专业水平以外，他的治学严谨和科学研究的精神也是我永远学习的榜样，并将积极影响我今后的学习和工作，我才得以解决毕业设计中遇到的种种问题。同时感谢我院、系领导对我们的教导和关注;感谢大学三年传授我们专业知识的所有老师。还有谢谢我周围的同窗朋友，他们给了我无数的关心和鼓励，在我设计中也给了我许多宝贵的意见和建议。也让我的大学生活充满了温暖和欢乐。如果没有他们的帮助，此次毕业论文的完成将变得困难。最后，感谢生我养我的父母。谢谢他们给了我无私的爱，为我求学所付出的巨大牺牲和努力。

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