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[摘要]既有高速铁路工程测量采用国家勘测基准，投影变形较大，为确保测量精度，需要将工程区域划分成很多坐标系，对线路连接和成果使用都不够理想。本文从高速铁路测量的特点和精度要求为角度阐述其独立测量的基准。
[关键词]高速铁路工程测量测量基准
中图分类号：TV221.1 文献标识码：TV 文章编号：1009―914X（2013）28―0325―01
1 综述
我国工程建设领域长期存在测绘基准与施工测量基准混淆不清的问题。由勘测设计部门依据国家测绘基准建立的，主要服务于勘测设计工作的勘测控制网，在工程建设过程中，被当作高精度的首级控制网来使用。显然，这种做法很不合理。对于常规工程，测量精度要求不高，由此带来的问题不明显。而在精密工程测量领域，这样做不仅不能提高被约束控制网的精度，反而使被约束网的最佳精度相对网形遭到破坏，失去精密控制网的作用。对于高速铁路，轨道精度要达到毫米至亚毫米级，较大的投影变形或网形扭曲，都会影响无砟轨道的精确铺设。
2 既有高速铁路工程测量基准存在的问题
2.1 勘测基准与精密工程测量基准混用
国家测绘基准是全国通用的大地坐标基准框架，是在大尺度上对整个国家或地区实施整体控制，相对于国家建设整体布局而言，是足够精确的。正因如此，勘测基准应采用国家统一的基础测绘基准，使拟建工程与既有地理和人文环境不发生矛盾和冲突。而施工测量控制网服务于具体工程，应根据工程项目的特点和精度要求，建立满足工程建设自身需求的、独立的测量基准。可见，二者的服务对象、目的和作用都不相同。
在我国工程建设领域，勘测网通常被当作高精度的首级网。铁路系统更是如此。例如，对于高速铁路的CPI、CPⅡ和CPⅢ，由无约束平差所确定的网形通常是相对精度很高的最佳网形，一旦引入依附于国家测绘基准的勘测网点，并作强制约束后，其最佳相对精度网形就会发生平移、旋转、拉伸乃至扭曲。通过勘测基准约束处理而得到的控制网，其精度充其量只能达到勘测精度，无法满足精密工程测量的需要。
2.2三网精度匹配不合理
我国高速铁路控制网是按照逐级布设，分级控制的CPI、CPⅡ、CPⅢ三级控制网，即所谓的三网合一的布置形式。现行《高速铁路工程测量规范》对CPI、CPⅡ、CPⅢ的精度要求如表1所示。其中，CPⅢ的精度是根据无砟轨道的铺设要求确定的，它是确定高速铁路各级控制网精度的基础。然而CPI、CPⅡ、CPⅢ的精度并不匹配。
高速铁路控制网中，通常在2个CP I点之间加密5-7个CPⅡ点，在2个CPⅡ点之间加密10～13个CPⅢ点对。相邻CPⅡ点的相对精度应优于3mm，相邻CPI点的相对精度应优于7mm。只有这样，才能保证高级控制网对次级控制网实施控制时，次级网的精度不受损失且网形不发生扭曲和畸变。现行高速铁路测量基准无法实现三网合一。为解决这一问题，铺设无砟轨道时并不按规范来做，而是将CPⅡ划分为若干个小子网，并采用原网的一点和一方向来施加约束，以期减小因地形起伏和高斯投影而引起的各种变形，从而达到与CPⅢ的合理匹配。实质上，这些子网都是独立的专用控制网，所谓的三网合一，并非真正意义上的三网合一。
3 高速铁路工程测量精度要求
高速铁路工程可分为基础部分和无砟轨道部分。基础部分是指高速铁路的路基、桥梁、隧道、涵洞等。这部分工程施工精度并不高，一般为厘米级，施工测量方法与传统铁路并无本质区别，按照常规测量精度即可满足要求。
无砟轨道工程是在基础工程完工，且各种变形趋于稳定后，在基础工程之上，通过特殊精调装置，将无砟轨道构件（如CRTSⅡ型轨道板）精确测设、定位、拼装到设计位置，形成高平顺的轨道系统。在高速铁路施工测量中，属于精密工程测量范畴的测量工作是无砟轨道部分的施工测量，其实质是精密的安装、定位测量，控制基准是CPⅢ。CPⅢ的精度要求是点位绝对精度2mm，相邻点间的相对精度1mm。无砟轨道铺设精度为0．3 mm。
由此可知，高速铁路施工测量基准应分为两部分，即勘测基准和精密工程测量基准。勘测基准就是常规CPI和CPⅡ，其作用是为高铁勘测设计和基础部分施工提供狈0量控制，确保新建高铁与既有地形、地物不发生矛盾和冲突。无砟轨道施工前，应基于精密测量基准，建立独立的精密测量控制网。
4 高速铁路精密工程测量基准的确定
确定一个测量基准，包括确定椭球和选择投影两个方面。首先要建立最符合实际的工程椭球，其次要选择最佳的投影方式。
4.1 建立最符合工程实际的区域椭球
建立一个独立的工程测量基准，首先要确定一个合适的区域性椭球。由于CPI和CPⅡ主要利用GPS测量，因此，确定区域性椭球的便捷途径是通过对WGS84椭球的改造来实现。
4.2 选择最佳投影方式
测量成果在椭球基准下进行三维无约束平差，所得到的地心三维坐标的相对精度很高，网形不会发生畸变，属于最佳精度相对网形。但三维地心坐标无法直接应用于施工测量，需经过投影变换，得到平面坐标和高程后，才能方便使用。
在我国，传统的投影方法是高斯投影。对于地形起伏不大的南北走向工程，建立一个坐标系就可以控制较大区域，甚至是整条铁路。而對于非南北走向工程，就需要划分许多投影带才能满足精度要求。但是，多个投影带不利于成果使用和线路顺接。因此，确定精密测量基准时，应根据以下原则灵活选择投影方式。
（1）对于南北走向的线状工程，宜选择横轴圆柱或椭圆柱投影。
（2）对于非南北走向的工程，宜选择斜轴圆柱或椭圆柱墨卡托投影。投影时，用工程延伸方向的中心线代替中央子午线。
（3）对于东西走向的线状工程，宜选择兰勃特投影，因为这种投影的东西向变形最小。
需要注意的是：无论选择何种投影，都必须注意一个原则，那就是投影变形引起的误差应不影响精密工程的施工精度。如果做不到这一点，就需要将测区分割成多个区域分别投影，建立多个独立坐标系。
5 小节
以WGS84椭球为基准椭球，首先改变基准椭球的长半轴和偏心率，利用垂线偏差分量求得椭球中心的三个平移量，以及三个坐标轴的旋转角，并由此构造与施工区域平均高程面最佳拟合的区域椭球面，然后通过适当的地图投影方式来建立独立的精密测量基准。该基准特别适用于高速铁路的精密测量，同时也为CPⅢ的三维平差提供了理论依据。
参考文献
[1] 周建东，谯生有.高速铁路施工测量.西安交通大学出版社；第1版，2011-01
[2] 武斌忠.高速铁路工程施工测量技术研究与应用.中国水利水电出版社；第1版，2012-6
[3] 许加东.控制测量.中国电力出版社；第1版，2012-01
[关键词]高速铁路工程测量测量基准
中图分类号：TV221.1 文献标识码：TV 文章编号：1009―914X（2013）28―0325―01
1 综述
我国工程建设领域长期存在测绘基准与施工测量基准混淆不清的问题。由勘测设计部门依据国家测绘基准建立的，主要服务于勘测设计工作的勘测控制网，在工程建设过程中，被当作高精度的首级控制网来使用。显然，这种做法很不合理。对于常规工程，测量精度要求不高，由此带来的问题不明显。而在精密工程测量领域，这样做不仅不能提高被约束控制网的精度，反而使被约束网的最佳精度相对网形遭到破坏，失去精密控制网的作用。对于高速铁路，轨道精度要达到毫米至亚毫米级，较大的投影变形或网形扭曲，都会影响无砟轨道的精确铺设。
2 既有高速铁路工程测量基准存在的问题
2.1 勘测基准与精密工程测量基准混用
国家测绘基准是全国通用的大地坐标基准框架，是在大尺度上对整个国家或地区实施整体控制，相对于国家建设整体布局而言，是足够精确的。正因如此，勘测基准应采用国家统一的基础测绘基准，使拟建工程与既有地理和人文环境不发生矛盾和冲突。而施工测量控制网服务于具体工程，应根据工程项目的特点和精度要求，建立满足工程建设自身需求的、独立的测量基准。可见，二者的服务对象、目的和作用都不相同。
在我国工程建设领域，勘测网通常被当作高精度的首级网。铁路系统更是如此。例如，对于高速铁路的CPI、CPⅡ和CPⅢ，由无约束平差所确定的网形通常是相对精度很高的最佳网形，一旦引入依附于国家测绘基准的勘测网点，并作强制约束后，其最佳相对精度网形就会发生平移、旋转、拉伸乃至扭曲。通过勘测基准约束处理而得到的控制网，其精度充其量只能达到勘测精度，无法满足精密工程测量的需要。
2.2三网精度匹配不合理
我国高速铁路控制网是按照逐级布设，分级控制的CPI、CPⅡ、CPⅢ三级控制网，即所谓的三网合一的布置形式。现行《高速铁路工程测量规范》对CPI、CPⅡ、CPⅢ的精度要求如表1所示。其中，CPⅢ的精度是根据无砟轨道的铺设要求确定的，它是确定高速铁路各级控制网精度的基础。然而CPI、CPⅡ、CPⅢ的精度并不匹配。
高速铁路控制网中，通常在2个CP I点之间加密5-7个CPⅡ点，在2个CPⅡ点之间加密10～13个CPⅢ点对。相邻CPⅡ点的相对精度应优于3mm，相邻CPI点的相对精度应优于7mm。只有这样，才能保证高级控制网对次级控制网实施控制时，次级网的精度不受损失且网形不发生扭曲和畸变。现行高速铁路测量基准无法实现三网合一。为解决这一问题，铺设无砟轨道时并不按规范来做，而是将CPⅡ划分为若干个小子网，并采用原网的一点和一方向来施加约束，以期减小因地形起伏和高斯投影而引起的各种变形，从而达到与CPⅢ的合理匹配。实质上，这些子网都是独立的专用控制网，所谓的三网合一，并非真正意义上的三网合一。
3 高速铁路工程测量精度要求
高速铁路工程可分为基础部分和无砟轨道部分。基础部分是指高速铁路的路基、桥梁、隧道、涵洞等。这部分工程施工精度并不高，一般为厘米级，施工测量方法与传统铁路并无本质区别，按照常规测量精度即可满足要求。
无砟轨道工程是在基础工程完工，且各种变形趋于稳定后，在基础工程之上，通过特殊精调装置，将无砟轨道构件（如CRTSⅡ型轨道板）精确测设、定位、拼装到设计位置，形成高平顺的轨道系统。在高速铁路施工测量中，属于精密工程测量范畴的测量工作是无砟轨道部分的施工测量，其实质是精密的安装、定位测量，控制基准是CPⅢ。CPⅢ的精度要求是点位绝对精度2mm，相邻点间的相对精度1mm。无砟轨道铺设精度为0．3 mm。
由此可知，高速铁路施工测量基准应分为两部分，即勘测基准和精密工程测量基准。勘测基准就是常规CPI和CPⅡ，其作用是为高铁勘测设计和基础部分施工提供狈0量控制，确保新建高铁与既有地形、地物不发生矛盾和冲突。无砟轨道施工前，应基于精密测量基准，建立独立的精密测量控制网。
4 高速铁路精密工程测量基准的确定
确定一个测量基准，包括确定椭球和选择投影两个方面。首先要建立最符合实际的工程椭球，其次要选择最佳的投影方式。
4.1 建立最符合工程实际的区域椭球
建立一个独立的工程测量基准，首先要确定一个合适的区域性椭球。由于CPI和CPⅡ主要利用GPS测量，因此，确定区域性椭球的便捷途径是通过对WGS84椭球的改造来实现。
4.2 选择最佳投影方式
测量成果在椭球基准下进行三维无约束平差，所得到的地心三维坐标的相对精度很高，网形不会发生畸变，属于最佳精度相对网形。但三维地心坐标无法直接应用于施工测量，需经过投影变换，得到平面坐标和高程后，才能方便使用。
在我国，传统的投影方法是高斯投影。对于地形起伏不大的南北走向工程，建立一个坐标系就可以控制较大区域，甚至是整条铁路。而對于非南北走向工程，就需要划分许多投影带才能满足精度要求。但是，多个投影带不利于成果使用和线路顺接。因此，确定精密测量基准时，应根据以下原则灵活选择投影方式。
（1）对于南北走向的线状工程，宜选择横轴圆柱或椭圆柱投影。
（2）对于非南北走向的工程，宜选择斜轴圆柱或椭圆柱墨卡托投影。投影时，用工程延伸方向的中心线代替中央子午线。
（3）对于东西走向的线状工程，宜选择兰勃特投影，因为这种投影的东西向变形最小。
需要注意的是：无论选择何种投影，都必须注意一个原则，那就是投影变形引起的误差应不影响精密工程的施工精度。如果做不到这一点，就需要将测区分割成多个区域分别投影，建立多个独立坐标系。
5 小节
以WGS84椭球为基准椭球，首先改变基准椭球的长半轴和偏心率，利用垂线偏差分量求得椭球中心的三个平移量，以及三个坐标轴的旋转角，并由此构造与施工区域平均高程面最佳拟合的区域椭球面，然后通过适当的地图投影方式来建立独立的精密测量基准。该基准特别适用于高速铁路的精密测量，同时也为CPⅢ的三维平差提供了理论依据。
参考文献
[1] 周建东，谯生有.高速铁路施工测量.西安交通大学出版社；第1版，2011-01
[2] 武斌忠.高速铁路工程施工测量技术研究与应用.中国水利水电出版社；第1版，2012-6
[3] 许加东.控制测量.中国电力出版社；第1版，2012-01