合肥至蚌埠客运专线CP0网建立

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摘要合肥至蚌埠客运专线cp0网是合蚌客专精测网的基础，本文详细介绍了CPO网点位选择与埋设，CP0点外业观测与数据处理。

关键词精测网CP0基础基站网

新建铁路合肥至蚌埠客运专线（简称合蚌客专）位于安徽省中部，北起蚌埠市，南至合肥市，沿途经过凤阳县、淮南市和长丰县。合蚌客运专线北连正在建设的京沪高速铁路，南接合肥枢纽与合宁、合武铁路相衔接，是京沪高速铁路与沪汉蓉快速客运通道间快速连通线，也是京福高速铁路的重要组成部分。

1、概述

铁路GPS基础基站网（CP0网）的概念是铁路第三勘察设计院最早提出的，并最早在京沪高铁中得到应用。采用CP0网的原因是我国既有的三角点精度偏低，且兼容性极差。特别是省界结合部位的三角点，有的坐标相差1m以上，还有就是既有国家三角点布设时间早，部分点位破坏严重，有的整个点位破坏，有的标芯无法正常识别，这些都不能保证首级GPS点的精度，也不利于施工期间的复测。京沪高铁、京石、石武和武广等客专都普遍建立CP0网代替国家三角点，合蚌客专属于无砟客运专线，CP0网按照《全球定位系统（GPS）测量规范》中B级GPS网建立。

2、合蚌CP0网建立

2.1 CP0点的选点与埋设

《高速铁路工程测量规范》规定：CP0应沿线路走向每50km 左右布设一个点，在线路起点、终点或与其他线路衔接地段，应至少有1个CP0控制点。合蚌客专线路全长130.34 km，按照50km布设一个点，全线布设三个，即起点蚌埠市、中部长丰县、终点合肥市。

按照GPS选点要求合理选择CP0点，CP0点离设计线路中心为200m～5000m。CP0点按照基岩点要求进行埋设，根据沿线地层情况，埋设至持力层，预计深度60m，不足60m的必须钻孔到基岩深0.5m，其埋设位置及深度见地质柱状图。

1、深埋桩施工工艺

（1）根据所选点位，现场确定具体点的埋设位置。

（2）采用GC150～300型工程钻机、φ130三翼钻头钻进至要求层位深度，测定孔深。

2、深埋桩质量要求

（1）孔深误差

（2）孔斜

（3）如不足60m，钢管到基岩基础中不小于40cm，以取出岩心为准；

（4）钢管为Φ108，钢管连接应牢固，外层涂防锈漆。钢管打入后，保证钢管内没有泥浆，钢管内应用混凝土填实。

（5）钢管上部应锲入标心，标心必须落实到钢管上，管在标石的中心。

（6）基岩桩位于的基岩时，必须打至基岩下0.8m；如1.4m以下未至基岩必须开挖一个深1.4m，面积大于盖板的桩孔，放入一个扎好的钢筋笼并固定至钢管桩上，使钢管桩、钢筋笼、标心一体。

图1 CPO003 放置标芯、保护井 图2 CPO003 放置盖板

2.2 CP0网观测

合蚌客专起点接于京沪高铁蚌埠南站，为了便于和京沪高铁无缝衔接，CP0网联测京沪高铁CP0点一个JZ12，网联测IGS台站2个，北京房山站BJFS和上海站SHAO，采用和京沪高铁相同坐标系统，WGS84坐标系。

外业观测分别于2009年2月22日、23日和24日进行，使用4台检测合格的天宝5800，分四个时段观测，其中一个时段在夜间，每个时段最少6个小时，采样率设置为15秒。

2.3 CP0点数据处理

1、CP0网网型

数据处理使用Bernese GPS4.2 软件，该软件它主要应用于长基线的GPS解算。考虑到接收机同步观测所能构成的同步基线边非常多，实际数据处理过程中无需全部解算。考虑联测的IGS站点与网内其它点的连接数为“2”，以及网内任意点与网内其它点的连接数不少于“3”的条件，实际基线处理采用如图3所示的基线网结构，其基本网形为大地四边形，具有很好的图形强度。

图3CP0基线连接示意图

对外业观测数据的初步质量检查采用基于宽波组合观测值的粗差和周跳探测。并用粗差和周跳清理后的相位观测值对伪距观测值进行相位平滑处理。对各测站采用平滑伪距观测值进行接收机钟差同步计算后，使用载波相位三差观测值进行测站相对定位解算。

2、GPS基线精解

Bernese GPS4.2 软件采用以空间直角坐标为未知参数的GPS网平差方式。GPS基线网平差首先在同步观测网中进行，然后作异步网整体平差处理。基线精解按如下步骤进行：

采用电离层无关组合观测值进行测站的对流层延迟估计，并建立相应的延迟改正模型，存储观测值残差。

利用观测值残差的均方差（RMS）统计结果，对所有观测值残差绝对值大于3倍RMS的观测值进行数据屏蔽。

利用先前建立的对流层延迟改正模型和经过数据屏蔽后的相位观测值进行L1、L2的双差整周模糊度的解算。解算采用固定解和浮动解相结合的方式，凡在a=0.05置信水平下能固定的模糊度则取固定解，否则取其实数浮动解。

3、网平差与检核

将解算的模糊度作为已知值，利用电离层无关组合观测值分时段组成测站坐标求估的法方程，分时段进行坐标估计。同步网平差计算以BJFS为位置基准，采用松弛法，赋予BJFS坐标1mm的点位坐标中误差。

将不同时段的法方程进行融合，并充分考虑异步基线之间的方差-协方差阵，进行多时段整体的基线网3维空间自由平差。

将不同时段的法方程进行融合，并充分考虑异步基线之间的方差-协方差阵，进行多时段整体的基线网3维空间强制约束平差。平差计算以BJFS、SHAO为位置基准（赋予BJFS、SHAO坐标0.1mm的坐标中误差）。

作为GPS基线网平差结果精度和可靠性的外部检查手段，比较SHAO站点的整体自由网平差结果和IGS公布的精确已知坐标。基线BJFS~SHAO长1058.437km。以IGS公布的BJFS坐标为强制位置基准，按自由网平差求得的SHAO坐标与IGS公布的SHAO已知坐标的较差（见表1）反映了合蚌GPS基准站网的数据观测质量和基线的解算精度。表1充分说明：本次合蚌客专基准站网的坐标计算成果具有很高的精度，达到了基准站网的设计精度要求。

SHAO IGS坐标 整体自由网

平差坐标 坐标较差 点位相对误差

X (m) -2831733.6396 -2831733.6402 0.0006 0.023ppm

Y (m) 4675665.9072 4675665.9165 -0.0093

Z (m) 3275369.3766 3275369.3990 -0.0224

表1SHAO参考站位置比较

作为GPS基线网平差结果精度和可靠性的内部检查手段，对所有异步基线组成的异步环进行闭合差的检验，异步环采用独立三角形形式，全网需检查的三角形图形共6个，其闭合差检验结果均满足规定要求。

闭合环 ΔX(m) ΔY(m) ΔZ(m) 闭合差相对精度

BJFS-JZ12-CP001 -0.0015 0.0089 0.0058 0.01 ppm

JZ12-CP001-CP002 0.0091 -0.0193 -0.0111 0.40 ppm

CP001-CP002-CP003 -0.0082 0.0182 -0.0043 0.27 ppm

CP002-CP003-SHAO 0.0082 -0.0061 0.0096 0.04 ppm

JZ12-CP001-CP003 0.0112 -0.0095 -0.0024 0.19 ppm

JZ12-CP002-CP003 0.0117 -0.0232 -0.0065 0.30 ppm

表2CP0异步环闭合差统计（部分）

4、CP0成果坐标

合蚌客运专线GPS坐标基准站网成果是将BJFS和SHAO两个IGS台站的已知坐标约束到基线网平差成果，起算坐标的参考历元为2009-2-22。为与京沪高速铁路的坐标保持一致，将合蚌客专CP0坐标成果通过BJFS点平移到京沪高速铁路CP0成果的起算历元。

为了更进一步检核CP0成果正确性，在基础平面控制网（CPI）中联测京沪高铁CPI点2个，坐标较差最大为3.4mm，说明合蚌客专与京沪高铁实现了无缝衔接，间接说明了合蚌客专CP0网的成果可靠性。

3、结论

合蚌客专CP0网的建立，解决了整条线路高精度已知点起算、整网精度均匀分布等基本问题，为后期施工打下了坚实的基础。客运专线CP0网的建立能根本解决既有三角点精度低、布点不均匀等问题，应在以后的客运专线中推广使用。

参考文献

[1]《高速铁路工程测量规范》，TB 10601-2009

[2]《全球定位系统（GPS）测量规范》，B/T18314-2001

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。