桃威铁路电气化改造工程铁路横断面测量方法分析

桃威铁路电气化改造工程铁路横断面测量方法分析

李一凡 1 王吉桥 2

1.中铁工程设计咨询集团有限公司济南设计院 山东济南 250000；

2.威海市地方铁路事业发展中心 山东威海 264200

摘要：文中简单介绍了既有线测量的内容，阐述了铁路横断面测量的工作内容与技术要求，列举了铁路横断面的测量方法并分析了各测量方式的特点与优势。为改进GPS-RTK测量铁路横断面的内业处理方法，基于南方CASS与VC语言开发了铁路测量数据处理软件，并介绍了软件的操作步骤与成果格式。同时以桃威铁路电气化改造工程为背景，分析了该软件提取的横断面数据的精度，证明了该软件在铁路测量中的实用性与准确性。

关键词：既有线测量;横断面测量;GPS-RTK

0 引言

随着铁路事业的不断发展，铁路设计与施工中的测量技术取得了长足的进步，我国学者及专业人士对铁路测量的研究成果已逐渐成熟。马长清^[1]运用基于VB语言开发的软件分析了偏角法与坐标法计算测点拨距的误差。冯茂林^[2]充分利用LiDAR点云数据实现了路基横断面的提取，得出普通地形条件下与人工测量的成果精度基本一致的结论。李平苍^[3]分析了机载激光雷达应用于铁路横断测量的可行性，进一步解决了该技术应用时产生的主要问题。

1 工程概况

桃威铁路西起蓝烟铁路桃村站，东至威海市经济技术开发区，途经烟台市、威海市下辖5个县市区的17个乡镇，线路全长137.5km。本线主要承担威海市境内港口、物流园的到发货运量，服务于沿线地方经济发展，并担当部分旅客运输。桃村至威海地方铁路电气化改造工程的主要工程内容包括桃威铁路全线进行电化改造、桃威铁路既有7个车站到发线延长1050m，改建全线曲线、平改立等。

2 既有铁路路基横断面测量方法

测量铁路横断面可采用全站仪自由设站、GNSS-RTK或航测等方法，航测法测量横断面点的距离限差应在±30cm内，高差限差应在±35cm内。GPS-RTK测量路基横断面时，单点测量时间应在5秒以上，平面中误差、高程中误差应分别在100mm、200mm以内^[4]

全站仪自由设站法是在断面里程处适当位置架设全站仪，通过设站将线路中心设为（0，0）并设置后视方向后进行测量，现场即可将成果誊写到断面记录本上。GNSS-RTK测量断面是以既有铁路中心为零点，沿断面里程向既有铁路中心两侧测量。由于既有铁路上的测量时间受限，全站仪设站搬站时间较长，而GNSS-RTK具有更好的机动性，测量效率极高，并且铁路上除站台雨棚外遮挡较少，GPS接收机信号一般不受影响,测量精度完全满足规范要求。航测法的测量精度相对较低，同时在既有铁路的横断面测量中应用极少。因此一般采用GNSS-RTK的方法测量铁路路基横断面。

GNSS-RTK测量的断面数据是以地形点坐标的形式记录在GNSS手簿中，需要将测量的点坐标导出后再整理成横断面格式，一般将测量点通过CASS软件展点到CAD图上，手工量取每个测量点到线位中心的距离与高差，整理在EXCEL表格上或誊写在断面记录本上，过程极为繁琐，工作效率低下。桃村至威海地方铁路电气化改造工程初步设计阶段的测量工作任务繁重，时间紧迫，如何通过技术手段来提高GNSS-RTK横断面的内业处理成为了一个重要的课题。

3 铁路测量数据处理软件介绍

铁路测量数据处理软件是基于南方CASS和VC开发出的针对既有铁路测量数据整理的软件，包括横断面生成与绘制、既有线中平计算、里程文件生成等功能，并且贴近铁路设计的数据格式要求，极大提高了数据提取与整理的效率。

在南方CASS中加载铁路测量数据处理软件，将横断面高程点展到铁路线位图上后，通过数据处理软件生成铁路线位的辅助断面线与里程文字。在横断面生成功能中选择要生成的横断面表格格式，即可生成距离—高差式横断面表格。

同时，软件可以将生成的横断面表格数据直接绘制成断面线进行检核。在横断面绘制功能中选择生成横断面线，点击需要检核的横断面表，选择生成的断面线格式，即可生成横断面线进行检核。

4 实例对比分析

桃村至威海地方铁路电气化改造工程测量范围较大，工作任务繁重,测量内容包括全线既有铁路平面线位、铁路轨顶抄平、铁路路基横断面测量等，其中既有铁路路基横断面测量工作量较多，是本次测量工作的重要内容。本次测量工作中的横断面、中平数据均使用铁路测量数据处理软件整理与检核，同时对与该软件处理结果的精确性进行分析。

以桃威铁路K2+300至K7+600的铁路路基横断面为例，选取K2+300处左侧横断面，将软件生成的距离高差与GPS测点手工量取的数值、全站仪记录数值进行对比，结果如表1所示。

表1 K2+300处左侧横断面数据对比

可以发现，该软件生成的断面成果，与GPS手工量取得到的数据基本一致，距离差值基本在1cm以内，高差均以GPS测点结果来计算，因此高差值相同；而软件提取的数值与全站仪测量值对比后发现，距离、高差的差值在1cm以内。因此，采用该软件提取横断面能够在保证测量数据精确的前提下，既能够快速的完成GPS-RTK的铁路横断面的外业测量，又能够削弱了手工量取时的粗差，并自动生成横断面的提交格式，在保证测量数据精确的前提下，快速的完成GPS-RTK的铁路横断面测量的数据提取与格式整理。

5 结论

1、文中简单介绍了既有线测量的内容,对既有铁路路基横断面测量工作的具体内容进行了详细阐述，并整理出横断面测量的技术要求；

2、列举了常用的三种铁路路基横断面测量方法，在对比分析了三种方法的优劣势后，发现除站台雨棚等大面积遮挡物下必须采用全站仪自由设站法以外，GPS-RTK是最适合既有铁路路基横断面外业测量的方法；

3、针对GPS-RTK法在横断面内业处理中的缺点，基于南方CASS与VC语言开发了铁路测量数据处理软件，对软件的操作过程与成果样式进行了说明，并以桃村至威海地方铁路电气化改造工程为背景，将软件生成的距离高差与传统手工量取GPS测点数值、全站仪测量数值进行对比，证明了该软件在铁路测量中的实用性与准确性。

参考文献

[1] 马长清,刘振,邓少云.自由测站法在既有铁路曲线测量中的应用[J].铁道勘察,

2019,45(05):14-21.

[2] 冯茂林.机载LiDAR在铁路勘测山林地区横断面生产中的应用[J].测绘与空间地理信

息,2020,43(07):222-224.

[3] 李平苍.机载激光雷达技术在铁路横断面测绘中的应用[J].铁道勘察,2013,39(05):3-6.

[4] 国家铁路局，铁路工程卫星定位测量规范:TB 10054-2010[S].北京:中国铁道出版社,2016.