铁路工程卫星定位测量规范TB10054-2010

铁路工程卫星测量规范（含条文说明）
（送审稿）
目录
1 总则....................................................................................................................... １
2 术语 (2)
3 坐标系统和时间 (5)
3.1 坐标系统 (5)
3.2 时间 (6)
4.网的精度分级和技术设计 (7)
4.1 控制网的精度分级 (7)
4.2 布网设计基本规定 (7)
4.3 线路控制网技术设计 (9)
4.4 隧道施工控制网技术设计 (11)
4.5桥梁施工控制网技术设计 (13)
4.6 航测外业控制测量技术设计 (15)
5 选点与埋石 (18)
5.1 选点 (18)
5.2 埋石 (19)
6 接收机及附属设备 (20)
6.1 接收机及附属设备的选择 (20)
6.2 接收设备的检验 (20)
6.3 接收机的维护 (22)
7 观测 (24)
7.1观测基本技术要求 (24)
7.2 观测计划编制 (24)
7.3 观测准备 (25)
7.4 观测 (25)
8 数据处理 (28)
8.1 基线解算与质量控制 (28)
8.2 补测和重测 (30)
8.3 网平差 (30)
8.4 高程转换技术要求 (32)
9 成果资料提交 (34)
10 RTK测量技术 (36)
10.1基本规定 (36)
10.2 坐标系统转换参数解算 (38)
10.3基准站与流动站设置 (39)
10.4 定测放线与中桩测量 (40)
10.5 航测像控点测量 (42)
10.6 数字化测图与横断面测量 (43)
10.7 成果资料整理与提交 (44)
附录A 大地坐标系说明 (45)
附录B 控制点点之记 (47)
附录C 控制点标志注字办法 (48)
附录D 超短基线法检验接收机内部噪声水平 (49)
附录E 天线相位中心稳定性检验 (50)
附录F 接收机作业性能及不同测程精度指标测试 (51)
附录G 卫星测量作业调度命令与测量手簿 (53)
附录H 国家三角点检验 (55)
附录I 直接投影法计算施工坐标 (58)
附录J 高程转换的数学方法 (61)
附录K 隧道贯通误差预计方法 (66)
《铁路工程卫星测量规范》条文说明 (69)
1 总则
1.0.1 为了统一铁路工程卫星定位测量的技术要求，为勘测、设计、施工、运营各阶段提供所需的测量成果，制定本规范。

1.0.2本规范适用于新建、改建铁路各阶段的卫星定位测量工作。

1.0.3测量实施前，应根据项目的精度要求、测区地形及既有资料情况，进行网的基准设计、精度设计和网形设计。

1.0.4接收机及附属设备除按规定定期检定外，在项目测量开始之前，现场应进行必要的检测，保证仪器工作状态正常。

1.0.5利用卫星测量技术进行铁路工程测量除应符合本规范的规定外，尚应符合国家现行有关强制性标准的规定。

2 术语
2.0.1基线baseline
由同步观测的载波相位数据计算的两测量点间的向量。

2.0.2观测时段observation session
测站上开始接收卫星信号到停止接收，连续观测的时间间隔称为观测时段。

2.0.3同步观测simultaneous observation
两台或两台以上接收机同时对一组卫星进行的观测。

2.0.4 同步观测环simultaneous observation loop
三台或三台以上接收机同步观测所获得的基线向量构成的闭合环。

2.0.5独立基线independent baseline
由独立观测时段所确定的基线称为独立基线。

任意m台接收机同步观测时，只有m－1条基线为独立基线。

2.0.6 独立观测环independent observable loop
由独立基线向量构成的闭合环，简称独立观测环。

2.0.7自由基线free baseline
不属于任何非同步图形闭合条件的基线。

2.0.8 广播星历broadcast ephemeris
卫星发播的载有预报一定时间内卫星轨道参数的电文信号。

2.0.9 精密星历precise ephemeris
由若干个卫星跟踪站所得到的观测数据经事后处理计算出的卫
星轨道参数,供卫星精密定位等使用。

2.0.10边连式baseline connected method
相邻两个同步图形之间有一条公共边相连。

2.0.11网连式network connected method
相邻两个同步图形之间有两个以上公共点相连。

2.0.12无约束平差non-constrained adjustment
在一个控制网中，不引入外部基准，或虽引入外部基准但并不产生控制网非观测误差引起的变形和改正的平差方法。

2.0.13约束平差constrained adjustment
在一个控制网中，引入外部基准，使控制网与外部基准强制吻合。

2.0.14施工坐标系construction coordinate system
供工程建筑物施工放样使用的一种平面直角坐标系，其中一个坐标轴与建筑物主轴线一致或平行，原点的坐标值为假定值。

2.0.15工程平均高程面engineering mean height-level
工程平均高程面是一个假定平面，其高程等于工程的平均高程。

常作为施工坐标系的基准面。

２.0.16实时动态定位（RTK）real time kinematic RTK是基于载波相位观测值的实时动态定位技术，能够实时地提供测站点在指定坐标系中的三维定位结果，并达到厘米级精度。

2.0.17基准站或者参考站 reference station
在一定的观测时间内，一台或几台接收机分别固定在一个或几个测站上，一直保持跟踪观测卫星，其余接收机在距这些测站的一定范
围内流动设站作业，这些固定测站就称为基准站或者参考站。

2.0.18流动站 roving station
在距基准站（或参考站）的一定范围内流动作业的接收机所设立的测站。

2.0.19数据链data link messages
数据链是在基准站通过无线电台实时地发送的基准站（参考站）的WGS－84坐标、载波相位观测值、卫星跟踪状态及接收机工作状态的电磁波信号。

2.0.20 初始化initialization
初始化是指开始RTK测量前，在流动站上通过短时间的观测，准确地测定载波相位的整周模糊度的过程。

2.0.21 首级控制测量first class control network
在工程项目测区所建立的覆盖整个测区、能控制整个线路工程、精度等级最高的控制网。

2.0.22网络RTK VRS(virtual reference station)
网络RTK技术是一种集互联网技术、无线通讯技术、计算机网络技术和卫星定位技术于一身的实时动态定位技术，其中比较有代表性的有虚拟参考站技术（VRS）和区域改正参数法技术（FKP）。

3 坐标系统和时间
3.1 坐标系统
3.1.1卫星测量采用广播星历时，其相应坐标系为世界大地坐标系WGS－84。

该坐标系的地球椭球的基本参数，以及主要的几何和物理常数见本规范附录A。

卫星测量采用精密星历时，其坐标系为相应历元的国际地球参考框架ITRF YY。

当换算成大地坐标系时，可采用与WGS－84相同的地球椭球的基本参数，以及主要的几何和物理常数。

3.1.2 当需要提供施工坐标系或其它独立坐标系的坐标时，应具备下列技术参数：
1 测区参考椭球及其基本参数；
2 测区中央子午线经度值；
3 测区平均高程异常；
4 工程或测区平均高程面的高程；
5 起始点坐标和起始方位角；
6 纵横坐标加常数。

3.1.3 当WGS－84 坐标系统转换成基于国家平面坐标系统的坐标系时，应根据工程的地理位置和高程变化情况，按工程放样精度对投影误差的要求选择坐标系。

3.1.4 隧道控制测量和桥梁控制测量可采用施工坐标系统，其投影面采用工程的平均高程面。

3.1.5 卫星测量获取的测点大地高转换为1985国家高程基准或
1956年黄海高程系统的高程时，可根据不同的精度要求，联测一定数量的等级水准基点（以下简称同测点），用适当的数学模型计算测点的高程。

3.2 时间
3.2.1卫星测量采用协调世界时(UTC)记录，测量手簿可采用北京时间。

4.网的精度分级和技术设计
4.1 控制网的精度分级
4.1.1铁路工程卫星测量按精度应划分为一、二、三、四、五等，可一次布设同级全面网。

4.1.2 各级网相邻点间弦长精度应按公式4.1.2计算
σ（4.1.2）式中σ——基线弦长标准差(mm)
a——固定误差(mm)
b ——比例误差(mm/km)
d ——相邻点距离(km)
4.1.3 各等级网的精度指标应满足表4.1.3的规定。

注：①当基线长度短于300m时，边长中误差应小于10㎜;
②表中四、五等栏括号内的数据是桥梁、隧道施工控制网应达到的精度指标，括
号外为线路和航测外业控制网的精度指标。

③测量大地高差的精度,固定误差a应符合表4.1.3的要求；比例误差系数b对于
一、二、三等应按表列值的两倍执行,四、五等仍应符合表列的规定。

4.2 布网设计基本规定
4.2.1控制网设计应视其目的，要求的精度，接收机数量，测区交通状况，按照优化设计的原则进行。

4.2.2 控制网的设计应满足下列准则：
1 精度设计应满足表4.1.3中相应等级的指标；
2基准设计应满足投影变形限值的要求；
3 按下式计算的网的平均可靠率r 应在0.25～0.5之间。

其中桥梁控制网应不小于0.5，其它网不小于0.25。

n
r r ~ （4.2.2） 式中 r ——控制网中多余观测数；
n —— 控制网中的总观测数。

4.2.3 控制网应由一个或若干个独立观测环构成。

一、二、三等网应布设成三角形网或大地四边形网；四、五等网可采用四边形网、导线环、附合路线或者包括这些布网形式的混合网。

一般不得用单基线定点。

4.2.4 控制网应布设成连续网。

除边缘点外，一、二、三等网每点的连接点应不少于3个。

四、五等网每点的连接点不得少于2个。

4.2.5 控制网同步图形之间的连接应采用边联式或网联式。

4.2.6 控制网最简独立闭合环或者附合路线边数应符合表 4.2.6的规定。

最简独立环或附合路线边数的规定 表4.2.6
4.2.7 控制网布设应考虑利用常规测量方法进行加密时的应用，在需要的地方，控制点至少应与1个以上相邻点通视。

4.2.8 当利用卫星测量技术进行高程测量时,应根据精度需要和测区地形起伏状况适当地联测高程点。

联测高程点的高程可用等级水准
测量或与其精度相当的其它方法测定。

4.3 线路控制网技术设计
4.3.1 一般情况下可一次按首级网的精度布设全面网，也可采用两级布网。

4.3.2首级控制测量设计除执行本规范4.2的规定外，还应满足以下技术要求：
1布网设计应考虑线路中线测设、客运专线CPI控制网、施工控制网、运营维护网的需求，统筹兼顾，一网多用。

2 首级控制点应沿线路方案布设。

控制网宜布设成由大地四边形或四边形组成的带状网。

点的密度：沿线路方向3～4km；垂直于线路方向1km以内。

点位宜选择在离开线路方案100～200m、稳定可靠、施工干扰少、不易破坏的地方。

控制网按点对布设时，组成点对的两点应互相通视，其间距500～1000m。

相邻两点对间的距离：高速铁路、客专及铺设无碴轨道铁路为4km，设计速度160 km/h及以下的铁路为5～8 km。

3 下列地段必须布设首级控制点或点对:
1）线路勘测起讫点附近;
2）线路方案起讫点附近;
3）隧道进、出口两端，有特殊要求的辅助坑道洞口；特大桥和大型车站两端，大中桥的一端；
4）与既有线衔接处；
5）线路控制网跨多个投影带时，在各分带子午线附近；
6）不同勘测单位勘测分界处；
7）大型枢纽两端。

4 控制网应与国家高等级控制点或者卫星测量控制点联测，联测点总数不得少于3个，特殊情况下不得少于2个。

联测点宜在网中均匀分布。

当联测点的间距大于100km时，应在中间再联测一个大地点，并能控制本网。

联测时应对拟利用的国家网点的精度进行分析，其精度满足铁路测量网基准的要求时，应直接利用或者经改算后利用；当精度不能满足要求时，可选用国家网的一个点的坐标和一条边的方位角作为控制网的起算数据。

沿线高等级国家控制点、与施测网精度相当或者低一级的国家等级网点宜尽量纳入观测网，以检查坐标转换的有效性。

5 勘测分界处联测的高等级三角点、控制点或点对应纳入相邻双方的控制网中。

当经改算的对方网的公用控制点或点对坐标与本网同一点坐标较差大于5㎝时，应分析原因，剔除不兼容的联测三角点或者含粗差的观测，保证分界处控制点坐标的一致性。

有条件时，进行控制网整体平差，实现数据共享。

6首级控制网施测精度应符合表4.3.2的要求。

4.3.3 线路工程需要加密低一级控制（相当于线路导线点）时，加密测量应符合下列要求:
1 以首级控制点的坐标为起算数据；
2 线路控制点的密度应根据地形状况、专业调查的需要以及工程要求综合考虑。

一般情况下，控制点宜选在距中线50～100m范围内不易被施工破坏的地方，其间距应为400～800m。

铺设无碴轨道铁路的线路控制网（CPⅡ）的点间距应为800～1000m。

相邻控制点应互相通视。

3线路控制点网应布设成以首级控制网的相邻点对为起闭点的附合路线形式。

需要时，也可以布设成由若干个独立环构成的网，但严禁以单支点形式测定控制点。

4 线路控制点可采用快速静态模式测量。

相邻基准站应相互联测，且应和首级控制点或大地点组成附合路线。

5 线路控制点测量精度应按表4.3.3执行。

4.4 隧道施工控制网技术设计
4.4.1控制网的基准设计应满足下列要求：
1 网的位置基准一般应由进口洞口投点的假定坐标来确定。

假定坐标值应使所有控制点的坐标不出现负值；
2 网的方位基准一般应由进、出口投点连线的方位角或者进口端切线上两个投点的方位角或者隧道内反向曲线、同向曲线的公切线上两个投点的方位角来确定，假定方位角值为90°00′00″；
3 网的尺度基准应以进、出口投点间基线向量投影至隧道内线路平均高程面的距离来确定。

4.4.2 洞外控制测量精度设计应根据隧道长度和表4.4.2横向贯通中误差限值，按式（4.4.2）估算联测边方位角的精度，并参考表 4.1.3选定控制网精度等级、接收机类型、进行控制网的观测纲要设计。

洞外控制测量引起横向贯通中误差△（㎜） 表4.4.2
注：隧道长度按设计长度加上进、出口至投点的距离计算。

22L f ρ∆=方 （4.4.2） 式中 f 方——联测边的方位精度（以秒为单位）；
△——洞外控制测量引起横向贯通中误差；
L ——隧道长度（km ）；
ρ——206265。

4.4.3 隧道控制测量布网设计除执行本规范4.2的规定外，还应满足以下技术条件：
1 控制网应由进、出口子网，辅助导坑子网及子网间的联系网组成。

每个子网的控制点不得少于4个。

其中，直线隧道至少应在洞外中线上设置1个洞口投点，曲线隧道应在切线上布设2个控制点。

2 布设洞口控制点应考虑用常规测量方法检测、加密、恢复控制点和向洞内引测的需要，所有子网的点间宜互相通视。

3 洞内、外测量联测边的两端控制点宜布置在基本等高的地方。

联测边的边长应大于500m。

困难时，最短不得少于300m。

4 控制网宜布设成由三角形和大地四边形组成的混合网。

子网间的联系网应布设成大地四边形。

洞口投点的连线应为直接观测边。

5 控制网应采用静态测量模式观测。

网的长、短边可分别采用不同时段长度观测。

6 桥、隧相连地段应统一布设控制网。

控制长度应按位于中线上的首末两个控制点间的距离计算。

4.5桥梁施工控制网技术设计
4.5.1控制网的基准设计应满足下列要求：
1 网的位置基准一般应由桥轴线始端控制点的假定坐标来确定，宜取始端控制点的定测里程（始端点不是中线桩时，可由邻近的中线桩按定测精度传递获取）作为纵坐标值，其横坐标值为0；
2 网的方位基准一般应由桥轴线上始、终两控制点连线的方位角或者曲线桥一端切线上两个控制点的方位角或者曲线桥两岸各一个控制点（这些控制点设在中线点或者已与中线点联测过里程的中线加点）连成长弦的方位角来确定，方位角值假定为0°00′00″；
3 控制网的尺度应是投影至桥梁墩台平均高程面的尺度。

尺度基准设计应满足下列其中之一的要求：
1）卫星测量的尺度设计为网的尺度基准；
2）精密光电测距的办法建立卫星平面控制网的尺度基准。

4.5.2控制网的精度设计应满足下列要求：
1桥轴线测量精度应根据桥式估算桥轴线长度测量中误差m L ,并
应按式4.5.2-1计算桥轴线测量的必要精度；
2
L m S m L S = （4.5.2-1） 式中 L ——桥轴线长度。

2网的最弱边边长相对中误差和最弱点坐标中误差应分别按
4.5.2-2和4.5.2-3计算；
最弱边边长相对中误差 s
M s m s 24.0≤ （4.5.2-2） 最弱点坐标中误差 ()M m m y x 4.0≤ （4.5.2-3） 式中 M ——施工放样精度要求最高的几何位置中心的容许误差。

3 根据桥轴线测量的必要精度、最弱边边长相对中误差和最弱点坐标中误差，按表4.1.3的规定选择控制网的等级，确定使用的接收机类型和附属设备。

4.5.3 跨江河的桥梁控制测量除执行本规范4.2的规定外，还应满足以下技术要求：
1控制网应能控制全桥(包括正桥和引桥)的长度和方向。

正桥网和引桥网宜布设成整体网；
2 在正桥的轴线方向上，除桥位控制点外，每岸至少应设置1～2个方向控制点。

桥轴线宜设计为网的一条独立观测边；
3 根据桥址附近地形情况，控制点应布设在两岸和桥轴线两侧，并应满足桥墩交会测量的要求；
4 相邻控制点应相互通视，困难时，每个点至少与2个控制点通
视；
5 控制网应由三角形或四边形（大地四边形）组成，宜布设成以桥轴线为公共边的由多个四边形组成的网。

网的最短边不宜短于600m，困难时不得短于400 m；
4.5.4 以桥代路的特长旱桥的控制网设计除执行本规范 4.2的规定外，应满足下列要求：
1 控制测量宜采用整体布网，分段控制的原则；
2 沿中线（或切线）每1～2km布设一个控制点，将特长桥轴线分成若干段分别控制，墩台的测设误差在本段内调整；
3 布设旁点应与中线（或切线）上的控制点相对应，并应与之通视。

旁点距中线的距离应大于500m;
4 全桥控制网按四等网的精度观测。

4.5.5 特殊桥梁工程的控制网应单独进行测量设计，测量精度应满足项目的特殊要求。

4.6 航测外业控制测量技术设计
4.6.1 航测外业控制测量宜采用两级布网。

4.6.2首级控制测量设计除执行本规范4.2的规定外还应满足以下技术要求：
1布网设计应考虑网能够控制线路方案（含比较方案）的测图范围，并便于测量像控点的坐标和高程；
2 控制网应沿线路方案布设，宜布设成由大地四边形或四边形组成的带状网。

点位宜选择在线路方案两侧制图范围内，点的间距宜控
制在5km以内。

如果像控点的坐标采用常规测量方法测定，控制网应按点对布设，组成点对的两点应互相通视，其间距500～1000m。

相邻两点对间的距离为5～8 km。

3 下列地段必须布设控制点（或点对）:
1）线路勘测起讫点附近;
2）线路方案起讫点附近;
3）与既有线衔接处左右各一个区间；
4）当网跨多个投影带时，在各分带子午线附近；
5）大型枢纽两端；
6）航空摄影测段重叠处。

4 控制网与国家高等级控制点或者卫星测量控制点联测应符合本规范4.3.2第4款的规定。

5 控制网施测精度应符合表4.1.3的四等网的要求。

4.6.3航测像控点测量应满足以下技术要求：
1像控点测量应以航测外业首级控制点或大地点为基准布网施测。

像控点的位置和高程可以采用快速静态或实时动态（RTK）模式测量。

2 像控点至基准站的距离可根据接收机性能在10km以内选择。

快速静态的基准站应优先选用首级控制点。

当点位不适于观测时，也可选择合适的像控点作为基准站，但相邻基准站应联测，并与首级控制点形成附合路线，附合路线的闭合差符合五等网的精度要求。

在基线质量保证的前提下，像控点坐标和高程也可用单基线测定。

3 像控点的高程，可以利用卫星测量的大地高信息，采用拟合法转换。

拟合转换所需的同测点的高程可采用水准测量或者光电三角高程测量方法测得，高程精度应达到铁路五等水准的精度。

同测点的密度每10km布设一个；面积型测区的同测点应在测区周围和中间均匀布置，点间的密度应控制在10km以内。

采用分段拟合计算像控点高程时，区段间应有一定的公共点，其数量不得少于2个。

相邻段公共点的高程较差应满足现行《新建铁路摄影测量规范》的有关规定。

5 选点与埋石
5.1 选点
5.1.1 选点准备工作应符合下列要求：
1应收集和研究测区1：50000或更大比例尺的地形图、既有的各类测量控制点、布网方案、工程的平面图和纵断面图等资料；
2了解测区的交通、通讯、供电、气象等资料。

5.1.2 点位选择应符合下列要求:
1 应按技术设计的点位，并按照网形设计和观测要求选择点位；
2 应便于安置接收设备和操作。

点周围视野开阔，对天空通视情况良好，高度角15°以上不得有成片障碍物阻挡卫星信号;
3应远离大功率无线电发射台(如电视塔、微波站等)，其距离不宜小于200m。

应远离高压输电线，其距离不宜小于50m。

特殊情况下需缩短时，应使用抗干扰性能强的接收机观测；
4 点位基础应坚实稳定，易于保存。

应便于利用常规测量方法扩展与联测；
5 附近不得有强烈干扰卫星信号接收的物体，如大型建筑物、水域等；
6 交通方便，并易于寻找和到达。

5.1.3选点作业应完成下列以下项目:
1）在实地按要求选择和标定点位;
2）实地绘制点之记(附录B)；
3）点位对空通视条件困难，障碍物阻挡卫星信号严重时，应使
用罗盘仪测绘环视图。

4）当所选点位需进行高程联测时，应实地踏勘高程联测路线，提出观测建议；
5）当利用既有控制点时，应对旧点标石的稳定性、完好性、觇标的安全性逐一检查，符合要求方可利用；当觇标不能利用或影响卫星信号接收时，应对观测提出处理意见；
6）确定所选点位的交通方式、交通路线以及到达点位所需时间。

5.2 埋石
5.2.1 卫星测量控制点均应埋设桩橛，其类型及埋设方法应符合现行《新建铁路工程测量规范》、《改建铁路工程测量规范》、《新建铁路摄影测量规范》或者有关的暂行规定的要求。

标志注字办法，见本规范附录C。

5.2.2 埋石后应提交下列资料:
1）点之记、环视图；
2）选点网图；
3）选点埋石工作总结（包括详细的交通情况、交通路线、到达点位的行走时间、高程联测方案、观测建议以及当地通讯、供电、生活条件等情况）。

6 接收机及附属设备
6.1 接收机及附属设备的选择
6.1.1 接收机可根据需要和对仪器综合评估按表6.1.1选用。

接收机的选择表6.1.1
6.2 接收设备的检验
6.2.1新购置的或经过维修的接收机必须进行全面检验，使用中的接收机应定期检验。

检验合格才能用于相应等级网的测量。

6.2.2 接收机的全面检验应包括一般检视，通电测试和测试检验。

6.2.3 一般检视应符合下列规定：
1 接收机及天线型号应正确，外观应良好。

2 各部件和附件应齐全完好，需紧固的部件不得有松动和脱落；
3 设备手册、后处理软件手册应齐全，软件必须有效。

6.2.4通电检验应符合下列规定:
1信号灯工作应正常；
2按键和显示系统工作应正常；
3应能通过利用自测试命令进行的测试；
4接收机锁定卫星时间快慢、信噪比、信号失锁后重新锁定
的时间以及RTK初始化时间等应符合厂方指标。

6.2.5 一般检视和通电检验完成后，应进行测试检验，其内容包括:
1）采用超短基线法（见附录D）进行接收机内部噪声水平测试;
2）接收机天线相位中心稳定性检验（见附录E）;
3）接收机作业性能及不同测程精度指标测试（见附录F）。

6.2.6接收机附属设备的检验应符合下列规定:
1 天线连接件(含天线与基座连接件、天线与单杆连接件)、各
种电缆的型号及接头必须配套和完好。

2 基座光学对中器、天线或基座或单杆的圆水准器、天线高量测杆（或卷尺）的长度应进行检校；
3 电池、充电器功能必须完好；
4 接收机数据传输接口配件，数据传输性能应正常。

5软件功能必须齐全，计算结果应包括相对定位坐标及其方差－协方差阵，网的边长、方位角及其精度等。

新启用的软件需经试验、鉴定和业务主管部门批准。

6.2.7 接收设备检验项目和检定周期应符合表6.2.7的规定:
2 Ⅱ代表使用中的接收机的定期检定;
3 Ⅱ类项目的检定周期一般不超过一年;
4 “+”代表必检项目；“—”代表可检可不检项目。