王志強(qiáng)

(鐵道第三勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，天津 300251)

1 項(xiàng)目簡(jiǎn)介

新建埃塞俄比亞鐵路從Addis Ababa至Djibouti港，全長(zhǎng)656 km，是埃塞俄比亞國(guó)家路網(wǎng)的骨干線路，該線路及相鄰的國(guó)家鐵路網(wǎng)建設(shè)后將成為肯尼亞北部和蘇丹南部進(jìn)入紅海的最短走廊，并可推動(dòng)?xùn)|非鐵路連接線中的南部干線(至肯尼亞)和西部干線(至蘇丹)的建設(shè)。本項(xiàng)目的建設(shè)對(duì)于推動(dòng)非洲東部區(qū)域路網(wǎng)規(guī)劃及建設(shè)具有重要意義。主要技術(shù)指標(biāo)為單線電氣化鐵路，旅客列車(chē)最高行車(chē)速度為120 km/h，貨物列車(chē)最高行車(chē)速度為80 km/h。

2 新技術(shù)的應(yīng)用

2.1 第一次在非洲鐵路中建立CPO框架控制網(wǎng)

非洲各國(guó)采用不同的坐標(biāo)系統(tǒng)，在跨國(guó)鐵路的勘測(cè)時(shí)，需要對(duì)不同國(guó)家的坐標(biāo)系統(tǒng)控制點(diǎn)進(jìn)行聯(lián)測(cè)和轉(zhuǎn)換，增加了后續(xù)專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)和施工建設(shè)的難度。本項(xiàng)目建立的CPO框架控制網(wǎng)有效避免了以上問(wèn)題，并與IGS參考站進(jìn)行聯(lián)測(cè)，為后期東非鐵路網(wǎng)的測(cè)量銜接奠定了基礎(chǔ)。CP0框架控制網(wǎng)統(tǒng)一了勘察、設(shè)計(jì)、施工及運(yùn)營(yíng)維護(hù)各階段的平面控制基準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)了勘察設(shè)計(jì)、施工及運(yùn)營(yíng)維護(hù)的三網(wǎng)合一，在非洲鐵路建設(shè)中開(kāi)創(chuàng)了先例，也為基礎(chǔ)平面控制網(wǎng)的建立提供了可靠的保證，同時(shí)為后續(xù)研究和編制非洲鐵路行業(yè)規(guī)范提供了實(shí)踐數(shù)據(jù)和參考資料。

2.2 建立了本項(xiàng)目完整的測(cè)量技術(shù)體系

本項(xiàng)目采用分級(jí)布網(wǎng)、逐級(jí)控制原則，在框架控制網(wǎng)(CP0)的基礎(chǔ)上建立了三級(jí)平面控制網(wǎng):第一級(jí)為基礎(chǔ)平面控制網(wǎng)(CPⅠ)，主要為勘測(cè)、施工、運(yùn)營(yíng)維護(hù)提供坐標(biāo)基準(zhǔn);第二級(jí)為線路平面控制網(wǎng)(CPⅡ)，主要為勘測(cè)和施工提供控制基準(zhǔn);第三級(jí)為為軌道控制網(wǎng)(CPⅢ)，主要為軌道鋪設(shè)和運(yùn)營(yíng)維護(hù)提供控制基準(zhǔn)。高程控制網(wǎng)亦采用了分級(jí)布設(shè)原則。建立了涵蓋鐵路勘察設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營(yíng)維護(hù)所需的完整的測(cè)量體系和勘測(cè)成果，為設(shè)計(jì)、施工及后續(xù)運(yùn)營(yíng)維護(hù)提供了扎實(shí)的測(cè)量基礎(chǔ)。

2.3 地形圖與勘測(cè)設(shè)計(jì)統(tǒng)一采用工程獨(dú)立坐標(biāo)系

埃塞俄比亞采用的Adindan基準(zhǔn)，克拉克1 880橢球，而本項(xiàng)目坐標(biāo)系統(tǒng)采用WGS84橢球，兩者存在很大的差異。考慮到沿線基本處于無(wú)人區(qū)域，且與地方規(guī)劃沖突很小，沿線的地形圖都由中方獨(dú)立完成，最終確定采用WGS84橢球的工程獨(dú)立坐標(biāo)系作為地形圖和勘測(cè)的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，避免了后期勘測(cè)設(shè)計(jì)時(shí)坐標(biāo)系統(tǒng)繁瑣的轉(zhuǎn)換過(guò)程。

非洲既有的坐標(biāo)系統(tǒng)普遍采用UTM投影，UTM投影在建立工程獨(dú)立坐標(biāo)系時(shí)涵蓋的范圍小，長(zhǎng)大線路勘測(cè)時(shí)需要建立多個(gè)工程獨(dú)立坐標(biāo)系，且在后期施工時(shí)需要對(duì)邊長(zhǎng)進(jìn)行改正，增大勘測(cè)設(shè)計(jì)和施工的工作量。本項(xiàng)目使用高斯投影進(jìn)行了工作獨(dú)立坐標(biāo)系的設(shè)計(jì)，按投影變形不大于25 mm/km的要求進(jìn)行劃分和投影面大地高的設(shè)置。為保證軌道幾何參數(shù)，維持軌道的高平順性提供了基礎(chǔ)，保證投影變形以及與相關(guān)工程的準(zhǔn)確銜接。

2.4 利用高程擬合的方式對(duì)高程數(shù)據(jù)進(jìn)行檢核

在國(guó)內(nèi)，高程擬合技術(shù)已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，在非洲地區(qū)還沒(méi)有使用的先例。在當(dāng)?shù)?，高等?jí)的高程控制點(diǎn)稀少。為滿(mǎn)足鐵路高程控制網(wǎng)的建立，本項(xiàng)目綜合使用了水準(zhǔn)測(cè)量和GPS高程擬合技術(shù)，并在使用EGM2160階地球重力場(chǎng)模型計(jì)算后對(duì)水準(zhǔn)點(diǎn)間的高差進(jìn)行對(duì)比，見(jiàn)表1。

表1 水準(zhǔn)點(diǎn)間高差比較

對(duì)比以上19段高差數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，用五等基平的限差進(jìn)行比較，有4段超限，反映了高程擬合對(duì)基平數(shù)據(jù)的檢核起到了一定的作用，為高程擬合今后在非洲其他項(xiàng)目中的應(yīng)用提供了依據(jù)。

2.5 利用機(jī)載激光雷達(dá)技術(shù)對(duì)鐵路沿線進(jìn)行測(cè)繪工作

機(jī)載激光雷達(dá)通過(guò)高速激光掃描測(cè)量的方法，大面積高分辨率地快速獲取被測(cè)對(duì)象表面的三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)，可以快速、大量的采集地面和地物空間點(diǎn)位信息，快速建立物體的三維影像模型。機(jī)載激光雷達(dá)可以快速獲取高精度DEM，具有數(shù)據(jù)獲取簡(jiǎn)單、高程精度高、受天氣影響小等特點(diǎn)，符合鐵路建設(shè)的要求。將其應(yīng)用到鐵路勘測(cè)中，大大減少人力資源投入，提高勘測(cè)質(zhì)量和效率，同時(shí)推動(dòng)鐵道勘察設(shè)計(jì)乃至施工運(yùn)營(yíng)等階段的應(yīng)用，經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益十分顯著。

(1)自動(dòng)生成鐵路沿線的帶狀等高線圖

利用點(diǎn)云的三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)構(gòu)建三角網(wǎng)，建立數(shù)字地面模型，并根據(jù)地形圖的比例尺，選擇恰當(dāng)?shù)膮?shù)自動(dòng)生成鐵路沿線的帶狀等高線圖，以便更直觀的表達(dá)地形地貌，便于設(shè)計(jì)人員判釋和使用。

(2)自動(dòng)獲取鐵路的橫縱斷面數(shù)據(jù)

在鐵路勘測(cè)的定測(cè)階段，測(cè)量任務(wù)的一項(xiàng)繁重的工作就是橫斷面測(cè)量，利用機(jī)載激光雷達(dá)建立的數(shù)字地面模型，根據(jù)已經(jīng)完成的線路位置和設(shè)計(jì)要求，通過(guò)軟件獲取所需要的橫縱斷面，節(jié)省了大量的人員和時(shí)間，提高了工作效率。

(3)利用鐵路沿線三維模型進(jìn)行虛擬踏勘

在獲取數(shù)字地面模型的基礎(chǔ)上，進(jìn)行三維建模，實(shí)現(xiàn)了鐵路線路三維可視化，解決了傳統(tǒng)的圖上選線和設(shè)計(jì)與實(shí)際地形、地質(zhì)條件不符，野外踏勘工作繁瑣等弊端，從而減輕了勘察設(shè)計(jì)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了工作效率，縮短了勘測(cè)設(shè)計(jì)周期。

3 結(jié)論

非洲鐵路多數(shù)是從殖民地大國(guó)手中繼承過(guò)來(lái)的，各國(guó)之間甚至一個(gè)國(guó)家內(nèi)部的現(xiàn)有鐵路規(guī)格不一致，各類(lèi)交通運(yùn)輸設(shè)施陳舊，技術(shù)落后，嚴(yán)重制約了經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。面對(duì)非洲各國(guó)鐵路建設(shè)的巨大需求，利用國(guó)內(nèi)先進(jìn)的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)在非洲各國(guó)的項(xiàng)目中充分展現(xiàn)，占領(lǐng)核心技術(shù)的制高點(diǎn)，為后續(xù)非洲鐵路網(wǎng)的全面建設(shè)打下良好的基礎(chǔ)。

［1］ TB10101—2009 鐵路工程測(cè)量規(guī)范［S］

［2］ TB10054—2010 鐵路工程衛(wèi)星定位測(cè)量規(guī)范［S］

［3］ 施一民．現(xiàn)代大地控制測(cè)量［M］．北京:測(cè)繪出版社，2003

［4］ 張正祿，等．工程測(cè)量學(xué)［M］．武漢:武漢大學(xué)出版社，2005

［5］ 韓改新．機(jī)載技術(shù)在鐵路勘測(cè)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用探討［J］．鐵道勘察，2008(3)