【关键词】GIS；新建铁路勘测设计；应用
1、引言
铁路是我国国民经济发展的生命线，在繁荣社会经济和促进产业发展等方面发挥着巨大的作用。随着社会发展和人民生活水平的提高，国家对“十二五”铁路发展提出了更高的要求，中国铁路建设项目越来越多，投资规模越来越大。
地理信息系统（GIS）是以数字信息为基础，运用地理学、遥感学、测绘学、环境科学等多学科，通过计算机技术，快速、准确和逼真地获取设计走廊各类土地数据，采集、整合各类地质地形等地理信息，并应用于工程设计的计算机信息系统。目前，GIS凭借其强大的集成功能和一体化优越性、能够在铁路方案设计时提出地面沉降等关键技术参数等特性，已在铁路勘测设计中得到了广泛的运用。。
2、我国铁路勘测设计发展溯源
我国传统的新建铁路勘测设计采用分散作业的方式，专业之间缺乏渗透性，文件资料共享性差，效率低下且出错率高。勘测部门与新建设计部门之间不能准确顺利和及时地进行信息的有效沟通。通常，勘测获得的信息多以图表形式，定性或定量地提供给设计人员，而信息的采集是多方位的，既有地理环境空间定性特征，又有气象、水利交通等定量指标，众多确定和不确定的因素，造成设计人员对信息理解不完整，对勘测数据识别、处理和利用困难。由于勘测与设计脱节，设计方案缺乏科学的情报支撑，新建铁路整体设计水平难以提升。
为提高铁路勘测设计水平，我国在引进的基础开发了勘测系统软件，创建了地理信息系统理论体系，培养了大批专业人才，并积极开展多项国际合作。铁道部于1999年实施了TB 10101《新建铁路工程》，为保证新建铁路线路、沿路隧道和桥涵等工程的勘测质量，对新建铁路工程测量技术提出了要求。2009年，针对规范中条款落后，已不能完全满足信息测绘新技术要求的现状，修订并了TB 10101-2009《新建铁路工程测量规范》。新修订测量标准融入了新建铁路勘测先进的"三网合一"的测量理念，纳入了近年来新建铁路勘测新技术、新方法，促进了我国铁路勘测设计智能化发展进程。
3、CIS功能及其在新建铁路勘测设计中的应用
3.1CIS的功能
我国GIS的发展，经历了起步、准备、发展和产业化四个阶段。其系统功能贯穿数据采集、分析、判断及输出应用等全过程。具体功能有：
。即对遥感数据、航测数据等外部数据采集和将其完整准确、逻辑一致地向内部系统传输，保证了图形数据的采集、属性数据的采集在内容与空间上的一致性；
b)数据的转换与处理。即对输入数据进行格式、矢量、栅格化图层等数据格式的转化；数据投影方式、比例、数据重构以及压缩拼接等几何形态的变换；
c)数据的存储、计算、检索功能。即对地理信息系统数据进行空间拓扑叠加分析、空间模拟分析和管理、备份等功能；
d)输出功能。将数据以报表、图样等形式显示、传输和打印。
3.2GIS在新建铁路勘测设计中的应用
数据采集、整理和入库。。新建铁路勘测设计是一项复杂的系统工程，不仅数据繁多，而且需要各专业的相互协调。GIS能够描述和表达新建铁路勘测复杂的空间实体和对图像数据高度集成，为勘测设计信息流畅地传递提供便利，为专业设计模型、分析模型、评价和辅助决策模型的建立提供全面科学的信息支持。
新建铁路的设计。三维GIS可为长大新建铁路工程设计海量的空间数据提供动态调度和三维可视化图形。通常，各专业设计人员，可根据需要随时从勘测部门经信息归类、整理后导入的勘测空间信息库调取相关信息，作为设计依据，并将设计成果上传至勘测空间数据库，将通用化、标准化和系列化的“三化”设计思想融入新建铁路工程设计，实现多专业间的协同作业。新建铁路勘测设计数据主要由新建铁路勘测设计基础数据、线路设计成果数据和专题属性数据3部分组成，如图1所示。
三维建模与设计数据的应用。将高新技术相结合的GIS，可将线路模型与专题属性数据库进行关联，进而实现勘测设计数据的动态三维可视化，对效果进行分析和评估，可优化设计方案，科学决策，提高新建铁路可靠性与设计质量。基于三维GIS的工程设计，可进行空间分析，如对新建铁路勘测结果进行填土石方的数量计算、任意横断面的自动提取等。GIS信息系统平台促进了新建铁路测绘设计工作静态到动态的转变，设计人员可根据野外获得的地形地貌、水文地质资料，在室内进行仿真设计、铁路动态交互式设计，并将设计数据关联在同一平台，既保持勘测基础数据、成果数据和属性数据三者之间的完整性和性，又能在此基础上自动建模，同步修改，保证技术参数、设计指标经济上的合理性和最佳设计效果。
4、结论
综上所述，新建铁路勘测设计是一个复杂的、多专业、多学科的系统工程。只有从实际出发，利用基于GIS的新建铁路勘测设计空间数据库，运用GIS强大的空间分析能力，建立新建铁路勘测设计分析模型，才能实现设计方案的优化，不断提高新建铁路勘测设计水平。
参考文献
[1]TB10101-2009,《新建铁路工程测量规范》[S].北京:中国铁道出版社,2009.
【关键词】GPS；铁路勘测；测量
1 引言
GPS即全球定位系统（Global Positioning System）是新一代卫星导航与定位系统。GPS技术的发展，大大提高了工程勘测的精度和效率，如它具有定位精度高，在观测站之间不需要通视，能够确定三维坐标，勘测时间短等优势。目前GPS 技术己广泛用于各种用途的控制点测量，在平面控制网的勘测中，具有不可替代的优势，如在国内西安至安康的最长一座铁路隧道中，采用GPS技术后减少了控制点的数量，大大提高了工程测量速度和质量。由于GPS技术的在测量上的广阔应用前景，本文将探讨GPS技术的坐标转换和数据处理方法，以及GPS在铁路勘测中的应用。
2 GPS常用坐标系以及变换
2.1 GPS常用坐标系
坐标系是工程测量的基础，在工程测量中由于测量方法和目的不同，常常采用不同的坐标。如采用与空间固定的坐标，这类坐标系与地球自转无关，或者采用与地球相关联的坐标。在GPS的工程测量中常采用下面几类坐标系。
WGS-84坐标系：这是GPS最常用的坐标体系。WGS-84坐标体系是与地心相固连的坐标体系，首先由美国国防部制图局建立，从1987年开始取代了当时GPS所采用的WGS -72坐标系统。在WGS-84坐标系中，坐标原点位于地球的质心，Z轴指向BIHl984.0定义的协议地球极方向，X轴指向BIHl984.0的启始子午面和赤道的交点，Y轴与X轴和Z轴构成右手系。采用椭球参数为：a=6378137m，f= l/298.257223563。
1954年北京坐标系 ：这是我国广泛采用的大地测量的参心坐标体系。 1942 年普尔科夫坐标系。该坐标系采用的参考椭球是克拉索夫斯基椭球，该椭球的参数为：a=6378245m，f=1/298.3。
1980 西安坐标系：该坐标系是1978年建立的国家大地坐标体系，该坐标体系的地球椭球参数的四个几何和物理参数采用了 IAG 1975年的推荐值，椭球的短轴平行于地球的自转轴（由地球质心指向 1968.0 JYD 地极原点方向），起始子午面平行于格林尼治平均天文子午面，椭球面同似大地水准面在我国境内符合最好。
地方坐标系（ 也称为任意坐标系）：该坐标体系主要是为了测量方便，临时建立的坐标体系，如 如城市坐标系、港口坐标系等。
2.2 坐标系之间的转换
目前国际上存在很多地心坐标系和参心坐标系，这些坐标系之间常常需要相互转换。在我国则主要存在上面介绍的4类坐标系之间的转换。
由于通过参考椭球和定位定向建立的坐标系，均可以转换为空间直角坐标，因此地心坐标系和参心坐标系之间的坐标转换都可以首先转换成空间直角坐标系，然后再在不同的空间直角坐标系之间的进行换算。目前不同的空间直角坐标系之间的坐标转换常常采用七参数法，它采用7个变换参数，在实际中，由于有些参数比较小，可以不考虑，这样就可以减少参数个数，如七参数法就可以变成三、四、五、六参数法。主要采用Bursa 公式进行转换：
其中（Xs，Ys，Zs）是原坐标系中的点坐标，（Xt，Yt，Zt）为新坐标系中的点坐标。
（dX，dY，dZ）是两坐标系的原点平移参数，（RX， RY， RZ）为位置矢量的旋转角（旋转参数）。参数符号约定如下：从直角坐标系原点，沿轴正向看，位置矢量绕轴顺时针旋转为正。从原坐标系转换到新坐标系，如果绕 Z 轴的旋转角度为正，那么转换后坐标点的经度将增大。M为位置矢量的尺度比参数。
3 GPS的数据处理
GPS接收机采集的数据一般需要经过数据处理后才能得到最终的定位结果。这个过程分5步，基本处理流程如图1所示。
数据采集的是GPS接收机采集的原始数据，然后通过专用电缆接收机与计算机连接，进行数据传输，最后用专用软件对这些数据进行处理。首先四个数据文件，它们分别是载波相位和伪距观测值文件、星历参数文件、电离层参数和UTC参数文件、测站信息文件。再对数据进行预处理，即对数据进行平滑滤波检验，剔除粗差；并统一数据文件格式；对观测值进行各种模型修正。基线解算是一个平差计算过程，并对观测值残差进行分析。基线解算都合格后，接着进行网平差处理。
4 GPS在铁路工程测量中应用
在铁路工程测量中，主要采用GPS的静态功能和动态功能。静态功能是通过接收到的卫星信息，确定地面某点的三维坐标；动态功能是通过卫星系统，把已知的三维坐标点位实地放样到地面上。
4.1 平面控制测量
在铁路工程勘察地区的主体控制为四等GPS网，根据实际情况，全网可以由不同的点组成，布网形式采用同步图形扩展式。四等GPS网观测采用6台美国天宝公司生产的GPS-RTK接收机进行静态观测，并用相应的软件进行静态模式处理。
4.2 高程控制测量
很多铁路建设工程所在地环境复杂，复杂的地形地貌可能导致水准测量困难，很难满足《全球定位系统（GPS）测量规范》上的要求，因此高程控制测量可以采用四等电磁波测距三角高程导线测量，利用全站仪正倒镜直返测定相邻点高差，其起算点为四个一等水准点。
4.3 铁路工程测量中的处理技巧
大比例尺地形图处理：用实时动态测量方法，首先获得沿线每个点的坐标和高程，根据各个输入点的特征编码及属性信息，构成带状所有点的数据，这样就可以用软件绘制大比例尺地形图。
放样处理：先把需要放样的数据输入到电子手簿中（如：直线正负坡度值、竖曲线半径），生成一个施工测设放样点文件，并储存起来，这样就可以到现场随时放样测设。铁路路线主要是由直线、缓和曲线、圆曲线构成。只需先输入各主控点号， 然后输入起终点的方位角，直线段距离，缓和曲线距离，圆曲线半径，即可完成放样。
5 结论
GPS技术 是新一代的导航、定位技术。随着GPS定位技术不断发展完善，使测绘定位技术发生了性的变革，为测绘工作提供了崭新的技术手段和方法。特别在工程测量方面，GPS技术具有非常大的优势，它改变了传统的测量作业工作方式，提高了工作效率。本文探讨了GPS技术在铁路工程勘测中的应用，分析了GPS常用坐标系以及它们之间的转换。论文最后给出了GPS在铁路工程勘测中测量方法和处理技巧。
参考文献：
[1]沈云中，等. Bursa模型用于局部区域坐标变换的病态问题及其解法.测绘学报，2006（02）.
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[6]郭岚，杨永崇，唐红涛.地理信息的三维表达理论与技术的研究.工程勘察，2009（37）.
摘要 本文着重论述了辽宁省海城市至岫岩县170km铁路修建勘测过程中，我们使用的GPS卫星导航接收设备，在工程的控制测量、基平、中平、放线等实地测量中发挥的特殊作用，不仅加快了工程进度，提供了精准的测量数据，更重要的是感受到了高科技装备，带来的强大的技术支撑。
关键词 铁路工程；GPS设备；控制测量；特殊作用；基平中平
中图分类号[U24] 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2012）70-0197-02
0 引言
十一五期间，辽宁省社会经济有了跨越式的发展，铁路新建和改造工程得到了新的机遇， 随之而来的对铁路工程测量的时效性、精确性的要求也越来越高。GPS定位设备的全能性、高稳性、精准性完全满足了铁路工程的需要。
1 GPS定位系统用于测量工程的原理及技术特点
美方使用的全球卫星定位系统，将星历解密对民用开放后，给测绘工程带来了巨大的变革，实现了全覆盖全天侯、实时不间断三维导航定位，使得测量工作由繁到简，省时省力，大幅度提高了工作效率。GPS定位系统的测量工作原理是由空间GPS卫星发射系统、地面监测系统、用户终端设备组成了较为严密的工作体系。子午线卫星系统具备精度均匀，不受时间和天气的技术特点，只要系统的卫星在视野内，就可以在地球基准面上任何地方进行单点定位或联测定位，从而获取观测点的三维地心坐标。
2 铁路工程中GPS测量步骤实施
2.1 控制网的布设
铁路工程的测量是带状纵向的路线，一般都在几十公里或上百公里以上，应每隔3km~5km埋设浇筑一对两点之间通视的混凝土浇筑的控制点桩，这样有利于加密点的发展和GPS仪器的点校正。由于通常路线较长，地理地形比较复杂，点要选在离线路比较近及较为开阔平坦有利于保存的地方，为铁路修建提供方便。根据铁路工程的特点，带状的线路较长，必须与多个国家等级点相连，每隔3~5公里埋设一对可通视的标石点，作为施工中基平、中平、放线之用。选点时应注意点位布置的合理性，选择地域开阔容易保存的地方，避免信号干扰区和遮挡物体，使得信号接收畅通无阻。各点位布设埋制完毕后，将点之记点位参照数据、方位草图及文字说明作好、拍照留影，以备日后找点之用。
2.2 控制点的测设
控制网的联测是GPS发挥特殊作用重要环节。控制点的布设见图2，首先安排好观测流程，检查、调制GPS设备、充满电源（将电子手簿清空），到实地观测点后，对中整平仪器，开机观测，同时输入点号和仪器高。GPS设备之所以在铁路工程中发挥它的特殊作用，主要有几个方面：1）无需考虑通视条件，设点更加灵活方便；2）全天候的作业方式，不受地理气候条件，可在任意地点连续工作；3）观测数据成果精度高，GPS接收机基线解的精度可达5mm 1ppm，并且距离越长、范围越广其精度越高；4）观测省时省力，控制网观测每一个时段50分钟，其定位解边数据精度便可得到满足，而且成果可靠；5）操作简单快捷，GPS设备设好程序，输好数据，开机自动搜索，完全自动化系统模式观测；6）获取三维坐标，利用数据处理软件程序计算，求得各测量点平面数据及大地高程的真三维成果。
以上几个方面，验证了GPS设备在铁路工程中发挥的独特作用，首先排除了人为造成的粗差，而且不受气候、地理、距离的，充分满足了铁路工程施工的特点和测量工作的要求，工作进度效率加快，作业强度减轻，质量精度大幅提高。（按照测绘保密法要求，本文中图表数据暂不作刊出）
3 铁路工程中基平、中平的测量
铁路施工前的“先基平后中平”是铁路修建前期的重要环节。1）基平测量是将沿线预选的各点桩（水准点）测出点位高程来，作为铁路施工的高程基准。为引点方便点桩应选在开阔安全的地方，距离中线80m左右比较合适。观测时一定要和国家等级水准点相连，保证成果精度的可靠性。点位间距可根据地理状况及工程情况而定，一般两点的间距：平坦地区1km为宜，丘陵地区500m为宜；2）中平测量是在基平测量基础上，所提供的水准点成果，按照符合水准路线，对每一个中桩点位进行地面高程的测设（水准路线为一个点对一个点传递转测），以相邻两个水准点为一个测段，从一个水准点出发对测段范围内所有路线的中桩逐个进行测量，除观测每一测段的中桩外，必须设置传递高程的转点，转点的点位要坚固不能下沉，观测视距控制在100m左右，测尺立在点桩的地面上（精度要求参看水准测量规范）。
4 结论
铁路修建工程，是一项很繁杂的工作，路线长，地理环境复杂。利用GPS导航设备，可以灵活布设控制网，进行全天候、连续、实时的三维导航定位速测，省工省时，生产效率大大提高。可以进行高精度的观测传递，成果精度非常理想。尤其是对象铁路工程这样的施工，所发挥的独特作用，可以说有了GPS设备，多么困难复杂的工程都不在话下。
参考文献
铁路、公路、水利水电、市政、城市地铁等工程的控制测量、施工放样、局部大比例尺测图(数据采集),测量的传统模式均为人工记录、复核、计算,再进行施工放样等测量工作。为防止错误,需层层核对,但错误仍然难免,工作强度大,并严重影响作业效率。鉴于上述情况,我们在吸收国内外众多软硬件经验的基础上,针对铁路行业和国家工程测量规范、生产流程、作业方式等具体情况,将测绘学的基本原理与现代高科技相结合,对电子全站仪、电子水准仪以及常规地面测量仪器进行系统深入的开发研究,以铁路隧道、桥梁、公路、水利水电、市政及城市地铁等工程的控制测量、施工放样和碎部测量等测量工程为对象,依据国家工程测量规范、结合铁路测量规范,为铁路工程施工测量而量身定做的一套集外业数据采集、平面与高程放样和内业平差处理、数据分析及成果报表输出于一身的一体化自动化中文测量系统——铁路工程施工测量自动化处理系统(简称TCAS系统)。
二、TCAS系统的总体结构及主要功能
TCAS系统包括野外采集与处理系统(TCAS-HC)、室内处理系统(TCAS-PC)两个子系统。TCAS-HC用于掌上电脑(电子手簿)上做野外控制、碎部测量的数据采集、外业检核、放样、小型控制网平差处理、线路及桥梁测量计算等工作。使用FlashRAM,保证数据不会丢失(即使断电),手簿的高稳定性保障了数据的安全和测量人员的劳动成果。可以处理100个水准点,80个点的平面控制网;支持国内外常见的全站仪如索佳、尼康、拓普康、徕卡、宾得、捷创力、蔡司及北光等仪器与电子手簿的通讯。TCAS-PC用于WIN9x微机上将野外采集的测量数据作过滤、转换后做平差处理、粗差探测、数据分析、网图显绘、隧道贯通误差计算和生成成果报表等工作,可处理的控制网的规模和速度仅受到计算机内存的:如在主频166MHz的586计算机上,解算500个点的平面和水准控制网可以在1min内完成;在具有20M硬盘空间的微机上可以解算多达5000个点的平面控制网。1.野外数据采集野外数据采集系统是基于全站仪的自动化数据采集系统,当然用户亦可人工输入野外观测数据。测量员只需照准目标,在电子手簿上按单键即可自动采集所需的水平方向、斜距、天顶距或平距等,省却了传统模式中又慢又易出错的口念笔录,提高了工效。当在系统上建立测站后,系统自动引导测量员观测。采集的数据存储在手簿内存,即使断电也不会丢失数据。2.外业测量数据检核TCAS-HC的外业检核功能,在于野外发现不合格观测成果,及时组织补测或重测。对控制测量,系统提供了对向边长、对向高差、高差闭合差、导线闭合差、导线环平面角度闭合差等外业检核项目,有利于保证测量数据质量,极大地提高了工作质量。1.往返边长:输入边长起、终点,按测距仪标称精度(固定误差和比例误差)的2倍作为限差,超限提示。2.往返高差:输入测段的起、终点,具有超限提示。3.累计高差:输入高差闭合环或符合路线,即可计算出高差累计值,具有超限提示。4.导线闭合差:对附合导线,输入起始边(或两已知点)、中间点和附合边(或两已知点)的路线,计算出附合导线的闭合差(角度和坐标闭合差)。5.环的角度闭合差:用于闭合导线环,输入闭合环的顶点,计算角度闭合差,具有超限提示。3.控制网平差处理系统对采集的数据进行过滤、加工、转换、概算,形成一定格式的野外观测数据格式文件。设定平差参数后即可平差处理。。采用带条件的间接平差模型,您只需告诉系统必要的网的基准数据(已知数据),系统即可处理任意网形的平差工作(如图1)。。5.桥梁测量在TCAS-HC上可基于一段线路定义曲线桥梁数据,由电子手簿自动计算出桥梁工作线偏角、跨距、各墩台坐标及十字线护桩方位等,即可现场放样桥梁墩台位及十字线护桩。6.放样施工测量的重要任务之一是平面和高程放样。TCAS-HC提供了方便的放样功能,自动提示点位移动方向和大小。可以放样线路中线点、桥梁墩台中心及其护桩、任意碎部点,以及直线、弧线等。7.成果报表为了方便测量资料存档及查阅,TCAS系统提供:原始观测值报表;控制网平差成果报表;线路曲线报表;桥梁墩台报表;批量工程放样报表等。。9.其他TCAS还提供了测量控制网闭合差计算,粗差探测、分析,方案优化设计,隧道控制网贯通误差严密估算,控制网网图显绘,坐标变换;各等级几何水准测量(自动引导观测);碎部测量;断面测量等处理功能。
三、TCAS系统的技术特点
1.TCAS系统功能强大,能适用于各种等级网测量及数据处理。固化在掌上型电脑RD-EB2上的TCAS-HC软件包,具有控制测量、施工放样和碎部测量的质量控制,以及对铁路线路、桥梁、隧道数据处理和放样等功能。自动化程度高,容错功能强。实现了对任意等级和网型的1～3维控制网的内外业一体化处理。TCAS-PC通用软件包,具有功能强大,自动化程度高,通用性好,计算容量大,运算速度快,操作简便及实用可靠等显著优点。既可单独使用,也可与TCAS-HC联合使用,可处理铁路工程各种类型、等级和规模的工程控制网。2.TCAS系统设计新颖、技术先进。采用了面向对象的编程技术和严密平差理论及网点优化排序、变带宽压缩存储,直接寻访扩展内存以及程序覆盖等技术。设计了基于测站的网点数据结构;实现了近似坐标自动推算法,任意网最小闭合环的自动搜寻算法及闭合差计算;在控制与施工测量内外业作业一体化和自动化方面以及原始数据保护和隧道贯通误差计算,精度评定等方面设计新颖、技术先进。3.操作简单,自动和人工方式兼顾。TCAS软件包既是一个黑箱系统,能实现各种功能的自动和集成运行,即使用户对硬件掌上型电脑和数据处理的技术与理论不甚了解,也能在菜单的引导下,得到高质量的处理结果;TCAS软件包也是一个开放型系统,能提供一些特殊入口,为有经验的用户提供人工干预的手段,可用人工输入基于测站的网点数据结构,进行数据处理等。4.图形化设计,直观简洁。TCAS系统可对照网图直接方便地查看测站观测值等信息(水平角、斜距、平距、天顶距、气压、温度、仪器高、反射镜高、高差等),检核角度闭合差及高差闭合差等;可删除不参与平差处理的方向值、边长等,这些图形化操作具有极大的灵活性,能提高作业效率。5.成果输出规范,无须人工整理。TCAS-PC软件包是根据国内最新《工程测量规范》和《新建铁路工程测量规范》的基本要求研制,其处理结果包括在国家或地方坐标系中1维高程和2维坐标,精度、方向和距离原始观测值及改正值等信息。处理成果可分类以报表打印和按文件保存,以便作为成果资料交付。
【关键词】高速铁路；坐标变换；后方交会；置平
1.引言
高速铁路必须以舒适、可靠、安全等为前提条件，高速列车的运行对轨道的平顺性和稳定性提出了更高的要求[1]。为了保证高速列车的高平顺性和稳定性，我国从国外引进并且自主研究创新的运用了无砟轨道技术，目前，我国的客运专线多采用无砟轨道技术。在CPⅢ无砟轨道基桩控制网施工测量时，往往将CPⅢ控制网分区段进行，为了减小投影变形，达到10mm/km的高精度要求。在高速铁路建设过程中，为了降低测量后续的工作量，假设了多个地方坐标系，而鉴于CPⅢ控制网网形狭长，最终需要将所有分带投影的地方坐标统一到大地坐标系下，实现坐标统一。因此，合理的应用坐标变换在高速铁路CPⅢ建设过程中尤为的重要。
2.坐标转换模型原理
测量中有很多个坐标系，合理的选用坐标系可以满足不同领域的需求，但为了很好的研究，都会将坐标进行统一。在不计高程及误差允许的的情况下，平面两个坐标系下的坐标可以通过四参数模型进行相互转换。坐标变换模型如（4）式。
（1）
其中，K为尺度参数，θ为转换角参数，Δx，Δy为两个平移量参数。将（1）式中的四个参数K、θ、Δx、Δy当做待定两列误差方程得（2）式：
（2）
（2）式中，K0、θ0、Δx0、Δy0为四参数的近似值。当公共点大于2时，可以采用最小二乘法，满足VTPV=min，求出最优的四个参数。通过求出的四个参数，将坐标转换到需要的坐标系下，实现坐标统一。
3.CPⅢ平面控制网简介
图1 CPⅢ平面控制网标准网形
CPⅢ平面控制网采用自由设站边角交会方法进行测量，如图1所示，CPⅢ点的纵向间距一般为50m～60m，且不应大于80m[2]，横向间距为10m～20m。自由测站点间距一般为120m，每个CPⅢ点至少有3个测站方向进行交会，一个测站观测6对CPⅢ控制点[3]。由此构成了一个控制网点间具有强相关性、精度分布较为均匀的边角交会网[4]。
4.坐标转换在CPⅢ中的应用
4.1 测站坐标系下的坐标转换
4.1.1 测站坐标系下的定向
为了更好的进行CPⅢ点概略坐标的计算，以测站为原点（X，Y），第一个观测的方向为初始方向α，为了计算简单，将测站坐标设为（0，0），初始方位角α=0°00′00″。
4.1.2 测站坐标系的的统一
第1测站，在测量段落外面设站，用J1表示，测量4个CPⅢ点的角度和距离，即1，2，3，4号点。现假定J1坐标（0，0），第一个观测点1号点的坐标方位角αJ1-1=0°00′00″，即J1-1为坐标北方向，建立一个假定的测站坐标系。根据观测计算并检验后的水平角和距离，用极坐标方法计算J1测站下的1，2，3，4点的坐标，记做（XJ1i，YJ1i），如式（3），其中i=1，2，3，4。
（3）
第2测站J2，在跨越第一对CPⅢ点设站，测量8个CPⅢ点，即1，2，3，4，5，6，7，8号点。假定J2（0，0），αJ2-1=0°00′00″，建立假定的测站坐标系。同理，计算J2测站下的1，2，3，4，5，6，7，8点的坐标，记做（XJ2i，YJ2i），其中i=1，2，3，4，5，6，7，8。
此时，1，2，3，4四个CPⅢ点有了测站J1和测站J2坐标系下的两套坐标。对1，2，3，4，J2可以如图2所示，构成了后方交会。选择1，2，3，J2或者1，3，4，J2组成后方交会。根据J1测站下1，2，3，4的坐标，后方交会计算出测站J2在测站J1下的坐标，即（XJ2’，YJ2’），在根据J2和起始方向1反算出SJ2-1’及αJ2-1’，定出尺度参数K。
图2 J1测站构成的后方交会
（4）
可通过（4）式求得1，2，3，4，5，6，7，8在J1测站坐标系下的8个CPⅢ点的坐标，即将第二测站下的CPⅢ点的坐标转换到了第一测站坐标系中。
第3站J3，在6对CPⅢ之间自由设站，测量1，2，3，4，5，6，7，8，9，10，11，12共12个CPⅢ点。假定J3（0，0），αJ3-1=0°00′00″，建立坐标系，同理，计算J3测站下12个CPⅢ点的坐标。此时，与J2测站有6个点公共点，分别为1，2，3，4，5，6，其中1，2，3，4，四个点为测站J1的公共点，根据前面所述，已算得1，2，3，4号点在测站J1下的坐标，此时，可以通过后方交会计算出测站J3在测站J1坐标系下的原点坐标（XJ3’，YJ3’），然后反算出起始方位角αJ3-1’，将J3测站下的坐标转换到J1测站下，达到了将的坐标系全部转换为一个坐标系的目的。
而后每个测站都观测12个CPⅢ点，测站之间距离120m。在1个测段结束的最后3站要按开始的相反顺序进行测量，即倒数第3站测量12个CPⅢ点，倒数第2站测量8个CPⅢ点，最后1站测量4个CPⅢ点。
4.2 CPⅢ置平到CPI、CPⅡ上的转换
在进行CPⅢ控制网自由设站边角交会测量时，遇到CPⅠ或者CPⅡ，必须增加一个测站至CPⅠ或者CPⅡ的观测，如4.12中提到的第一个测站J1，其实是测量4个CPⅢ点和一个CPⅡ加密控制点。在联测的那个测站中，CPⅠ、CPⅡ的坐标也一并计算出，这样对于CPⅠ、CPⅡ就有了在CPⅠ、CPⅡ坐标系下的大地坐标，和CPⅢ控制网下的概略坐标。当联测了两个CPⅠ或者CPⅡ时，就可以根据坐标转换模型求出四个转换参数，将区段的CPⅢ点坐标全部转换到CPⅠ、CPⅡ的坐标系中。当联测的个数大于2时，就可以利用最小二乘法，求出最优的转换四参数，将所有的CPⅢ控制网下的CPⅢ点概略坐标全部转换到大地坐标系中，实现了与CPⅠ、CPⅡ坐标的统一。
4.3 CPⅢ分带搭接处的转换
为了保证CPⅢ控制网对轨道的高平顺性要求和相对精度，根据施工的需要，要求CPⅢ控制网必须分段测量和平差计算，因此，测段之间必须进行搭接测量。根据《高速铁路工程测量规范》要求，分段测量的区段长度不宜小于4km，区段间重复观测不应少于6对CPⅢ点，区段接头不应位于车站范围内。[5]
。
（5）
其中，ΔX、ΔY为平移参数，K为尺度参数，θ为旋转参数，（XAi，YAi）为重叠点后一区段严密平差的坐标，（XBi，YBi）为重叠点前一区段严密平差的坐标。根据最小二乘法，满足VTPV=min的条件下求出最优的转换四参数，将后一区段坐标转换到前一区段坐标系下。这样就实现了区段与区段之间的搭接，将所有坐标统一在一个坐标系下。
5.结论与展望
测量中选择合适的坐标系给工程带来了很大的便利，坐标系的定向在坐标系中尤为重要，这将决定整个网形在坐标系下的分布，区段内测站间的统一，很好的建立了不同测站间的统一关系。由于CPⅢ网形的特殊，狭长且数据量大，在测量时必须分段进行以满足高精度要求，区段与区段的有效合理的搭接，是满足平顺性的一个保障。在高速铁路建设过程中，合理选择坐标转换给施工、测量带来了简便，坐标的有效统一，为后续数据处理奠定了基础。
参考文献：
[1]马学宁，梁波，王旭.高速铁路无砟轨道桥路过渡段路基动力特性研究[J].兰州交通大学学报，2012，31（6）：6-7.
[2]亓红远.高速铁路桥梁无砟轨道CPⅢ测量技术[J].科技传播，2010（11）：213-214.
[3]徐俊洪.高速铁路轨道控制网测量关键环节的质量控制[J].测绘通报增刊，2012：207-208.
[4]李建章，武生荣.一种新的CPⅢ平面控制网数据处理方法[J].兰州交通大学学报，2011，
关键词：高速铁路 无砟轨道 CPⅢ 控制网 轨道精调
中图分类号：U213 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）06（a）-0045-03
中铁十二局第四工程有限公司承建的宁安铁路一标第三分项目部，起讫里程为DK178+666～DK192+744，全长13.961 km。铺设CRTSI型板式无砟轨道板5949块。轨道的高平顺性是无砟轨道最突出的特点，同时也是高速铁路建设成败的关键。为了保证轨道的高平顺性，必须建立高精度的CPIII测量控制网，然后按照无砟轨道轨道板精调作业的测量施工流程、操作要点和相应的工艺标准，规范轨道板铺设的精调施工作业。本文就CRTSI型无砟轨道板精调作一简要介绍，以资参考。
1 轨道板精调施工程序
1.1 精调前提条件
（1）轨道板已经粗铺完毕，粗铺精度满足规范要求。（2）CPIII测设完毕并通过评估，精度满足要求。（3）精调所需线路参数文件数据备齐，并满足要求。
1.2 轨道板精调工艺流程（见图1）
2 轨道板精调施工组织
2.1 施工准备
（1）每工作段配螺孔强制对中器四个、全站仪一台、手持电脑一台、精调定位调整器80套，测量人员8人，调节人员10人（两班全天作业）。
（2）精调作业按项目经理部测量协调人、工区测量协调人、作业班组三级组织管理。施工班组根据得到的精调数据进行轨道板精调作业并将施工后的纪录文件交给各工区测量协调人；工区测量协调人每天按时将施工纪录文件传给项目经理部测量协调人；项目经理部测量协调人应对每天的施工纪录文件进行检查发现问题及时纠正。
（3）数据准备。精调所需数据有：CPIII三维坐标、线路平面参数、线路纵面参数。
2.2 安装轨道板定位调整器
精调调节装置（定位调整器）使用前应对相关部位进行，在待调板前、后部位左右两侧共安装4个精调定位调整器。前、后两端4个定位调整器为可以进行平面及高程双向调节的定位调整器。双向调节千斤顶在安装前将横向轴杆居中，使之能前后伸缩大约有10 mm的余量，以避免调节能力不足需倒顶而影响调节施工。双向定位调整器应与轨道板预埋的定位块对应相扣（见图2）。
2.3 全站仪
（1）在需调设的线路上架设全站仪。（2）与需要调整的轨道板之间的距离：视天气和精度要求而定。（3）调平全站仪。每个工作日都须对电子气泡进行一次校正，因为，在仪器受震动时，原校正很可能会失效。（4）全站仪对准目标点（定向点-CPIII点）。
注意事项：
（1）脚架的三个支脚要确保始终是固紧的，不可晃动。（2）在全站仪整平之前，逐个点检查CPIII棱镜连接杆。（3）整平之后小心晃动脚架，以确定脚架稳定，在测量时全站仪不会因外界因素而发生平面位置的变化（转动）。（4）无论在调整全站仪时还是在精调时，架设全站仪的轨道板都不可碰撞和踩踏。（5）避免阳光侧射全站仪！
2.4 调整显示器
1#显示器对应强制对中器1#棱镜，2#显示器对应强制对中器2#棱镜，3#显示器对应强制对中器3#棱镜，4#显示器对应强制对中器4#棱镜，显示器具体见图4。
2.5 轨道板精调工艺
（1）在轨道板精密调整系统软件内进行系统参数的配置。主要是配置通信协议、各接口参数、棱镜常数，对各设备进行初始化，输入原始数据等工作（见图5）。
（2）检校螺孔强制对中器。
为了确保测量螺孔强制对中器没有任何变化（变形、外力影响等等）应该在每天开始工作之前重新进行校准。因为不是所有的测量螺孔强制对中器都完全一模一样，这个功能就能确保，每一个棱镜的位置和高度都有相应的修正值，这样就能精度均匀地调整轨道板。
（3）全站仪定向。
在连续的轨道板带的定向过程中，采用至少6个、至多8个CPIII点，输入基准点（CPIII）后，启动测量。因为没有定向的近似值，所以第一个点和第二个点必须人工照准。第一个点和第二个点成功测量后，其它基准点将自动启动及测量。根据测量数值计算定向参数，系统设站完成。当数值超过配置文件所列限差时，必须重新测量，或者找出超值原因。
（4）精调。
当所有准备工作完成后，可以开始精调过程：
①全站仪设站完成后，在轨道板指定的螺孔位置插入4个螺孔强制对中适配器。在4个调整工位上分别放置好4个显示器，注意：显示器的编号必须与调整工位的棱镜编号一致，棱镜编号如图6所示。
注意事项：
（1）轨道板调整量显示中，左右方向是指从全站仪到轨道板前视方向；（2）4个调整工位的编号是从全站仪到轨道板前视方向从左到右，由近到远分别为1～2和3～4。（3）显示器的编号应该与调整工位的编号一致。
②在操作主界面的“精调作业”组中，选择“轨道板精调作业”操作项，进入轨道板精调测量窗口。
③选择测量方式为“四角测量”。（见图7）
。按照1#3#4#2#的顺序依次瞄准并测量棱镜坐标。显示屏上正在测量的棱镜编号以红色凸显提示。（见图8）
⑤测量完成，开始计算轨道板调整量数据（请稍候），最后显示轨道板调整结果，并同时将调整量分别发往4个调整工位处的显示器。（见图9）
。
。（见图10）
⑧如果因为其它原因导致最终轨道板不能满足限差要求，可以选择“是”，进行强制保存数据操作。。（见图11）
2.6 验收标准
轨道板精调验收标准应符合表1的规定。
2.7 轨道板铺设检测
对轨道板的检测作业在下述两种安装状态下进行：在轨道板精调之后和在轨道板灌浆之后。
（1）基础及前提。
必须提供一个经平差了的控制网，如在接触网杆上或者是在桥上防撞墙上设置的CPIII网。控制点必须具有足够的点密度（间距约60 m）。
（2）检测流程。
①全站仪设站点的选择与设站。
如同使用板精调系统进行轨道板精调时一样，全站仪测站总是沿检测作业的运动方向选定的。测站的测定可使用轨道CPIII点。
②测量流程及测点。
总体上，一个测站最多可测7块轨道板，在外界条件甚佳或进行隧道作业情况下，也可测8块板，测量需使用螺孔强制对中器。为覆盖全部板接缝区，每次换站时，要求有一块板的重迭（见系统示意图着绿色的轨道板，见图12）。
每块板上，将测量4个点：板首端第2个轨枕面，顺序点号：1和2；板尾端倒数第2个轨枕面，顺序点号：3和4。
③测量设备。
第一，全站仪。（见图13）
第二，螺孔强制对中器。（见图14）
④测量专业人员。
为达到所要求的可靠的检测精度，全部测量技术任务均必须由经验丰富的工程师和工程技术人员来完成。所使用的所有测量仪器及方法均必须符合目前的技术现状，且满足精度要求。所有使用的测量仪器必须不断地加以保养和检校。
⑤轨道板精调验收标准符合表1要求。
2.8 施工注意事项
（1）全站仪设站和定向，应满足精度要求。（2）为了防止砂浆灌注时轨道板上浮和侧移，应安装和使用压紧装置。（3）轨道板精调后应采取防护措施，严禁踩踏和撞击轨道板，并及时灌注砂浆。如果轨道板放置时间过长，或环境温度变化超过10℃，或受到使轨道板发生变化的外部条件影响时，必须进行复测和必要的调整，确认满足要求后，方能灌注砂浆。（4）每周要对螺孔强制对中器与测量仪器进行校核。（5）每天要对精调系统的记录文件进行复核，确保在误差允许范围。（6）交时要对精调的配置文件进行复核，确保无误。（7）每次测量时要对棱镜与螺孔强制对中器的编号进行复核，避免误用。（8）精调过程要避免有人踩踏板，同孔梁避免其它施工造成振动与挠动。（9）每次放置螺孔强制对中器时，将螺孔强制对中器与承轨台面充分接触。
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