1 高速鐵路測量的總體特點及基本要求
高速鐵路測量的主要包括控制測量、線路施工測量、鋪軌測量等3大方面工作。
高速鐵路控制測量通常分爲4個等級(我國鐵路部門將其稱爲CP0、CPⅠ、CPⅡ、CPⅢ控制網，高速鐵路控制網的佈設形式(局部)。CPⅢ控制網是高速鐵路軌道施工質量控制的骨幹，CPⅢ控制網是建立在CPⅠ、CPⅡ控制點基礎上的，爲確保軌道施工質量以及確保全線施工線路中線的平順連接必須對各標段範圍內的CPⅠ、CPⅡ控制點進行全面複測，爲合理佈設CPⅢ控制網、滿足現場施工測量需要應在線路兩側按每500m左右間距加密一定數量的CPⅡ平面控制點(相鄰標段連接處還應在GPS觀測時的兩端各延伸2個CPⅠ點以保證與相鄰標段的平順連接)，CPⅡ控制點的複測及加密宜採用不少於8臺的高精度GPS接收機同步環作業觀測模式以提高GPS觀測網形的圖形強度(網形應以大地四邊形和中點多邊形爲主，各時段均應以邊連接方式處理數據並按線路里程順序將所有的大地四邊形、中點多邊形和各三角形聯成一個整體作爲平面控制網複測、加密的主幹網形。外業觀測數據應採用高精度的網平差軟件整體平差。
控制點數量和精度應滿足CPⅢ控制網的佈網要求)。CPⅢ控制網的固定點應沿線路佈置在路基兩側的接觸網基座輔助立柱、橋樑防撞牆、隧道壁上並根據建築物的結構情況每隔50m～60m佈置一對點【在兩對點之間相隔100m～120m佈置自由測站點以對前後各三對點(共12個CPⅢ平面控制點)進行邊角交會。這樣，每個CPⅢ控制點有三個自由設站點的交會方向】，CPⅢ平面控制網應附合在CPⅠ、CPⅡ或加密的高級控制點上(約相隔500m～800m)，在自由設站點上應對附近的高級控制點進行方向、邊長聯測以傳遞座標並控制誤差積累(當在自由設站點上不能直接觀測高級控制點時可設輔助站點;當佈設自由設站點遇特殊情況時可隔60m加設一個測站點以確保在加站點上仍可觀測12個方向。當在正常的兩個自由設站點之間加設一個測站點時加站點上可只觀測8個方向)。CPⅢ控制網的相對精度要求較高且邊長較短，故測量標誌必須採用強制對中標誌【測量標誌強制對中誤差應不大於0.2mm。爲此，CPⅢ測量標誌聯結件應採用固定套筒、直杆軸橫插等形式，聯結件主要零件應具有防鏽性能並可減小因溫差變化過大而引起的施工問題且適合野外露天作業。測量時的棱鏡宜採用高精度360°棱鏡，測量時應使360°棱鏡上一對由凸起的橡膠部分所形成的六角形頂點的連線對準儀器照準方向】，路基地段的CPⅢ點通過在接觸網基礎(出露路肩0.3m)上佈設永久輔助立柱設置(相鄰點間距50m左右設置。立柱採用直徑20cm的鋼筋混凝土圓柱、高度1.2m～1.3m)，在橋、隧邊牆及混凝土柱子上應每隔60m左右設置一對CPⅢ標誌套筒(每對標誌允許的最大里程差爲3m。
鑽孔應採用直徑20cm的鑽頭進行、鑽深8cm，鑽孔時必須保證其大致水平)。CPⅢ自由設站邊角交會是在自由設站點上對CPⅢ點進行方向和邊長觀測，觀測應採用帶自動照準功能的電子全站儀且其測角標稱精度應不低於1″、測距標稱精度應不低於1mm+1mm/km，測量中半測迴歸零差應不大於4″、一測回中2C(2倍視__準差)變動應不大於4″、同一方向各測回水平方向值較差應不大於4″、同一方向水平距離值各測回較差應不大於2mm。CPⅢ在一個測站上觀測方向一般應爲12個(爲減少外界環境對觀測結果的影響可進行分組觀測。爲消減大氣狀態對觀測結果的影響可在夜間進行測量作業。爲保證每次測量時同一個點始終使用同一個棱鏡應對測量需要的12個棱鏡進行編號並對每個CPⅢ點使用的棱鏡號和連接器進行登記備查)。在自由站上測量CPⅢ時應將靠近線路的CPⅠ點及全部CPⅡ點進行聯測、納入網中。所有的CPⅠ、CPⅡ點均應至少通過三個自由站聯測，每段CPⅢ測量必須起閉與CPⅠ或CPⅡ點且聯測長度應控制在150m之內，當受觀測條件限制只能有一個自由站點與CPⅠ(或CPⅡ點)通視時應設置輔助點。CPⅢ控制網應根據線下構築物實際施工情況分段觀測、分段計算(分段長度一般宜控制在4km左右，在分段觀測連接處應有三條公共邊、8個CPⅢ公共控制點聯接。CPⅢ控制網點與點之間的水準測量應採用，任一相鄰四個CPⅢ點均構成閉合環以確保觀測數據的質量，CPⅢ控制點水準測量應按二等精密水準測量要求施測，CPⅢ控制點高程測量工作應在CPⅢ平面測量完成後進行並起閉於二等水準基點且每一測段應至少與3個二等水準點進行聯測以確保精度符合要求，精密水準測量應採用滿足精度要求的'電子水準儀(電子水準儀標稱精度應不低於0.3mm/km)及配套因瓦水準標尺。使用的各種儀器設備均應在鑑定有效期內(有效期通常爲1年)，每年至少應對各種測量儀器檢校一次，每天使用儀器前應藉助儀器自帶的軟件對儀器進行自我檢驗及校準。目前，國內高速鐵路建設自由設站CPⅢ控制網測量時多采用與電子全站儀配套的、能自動記錄及計算的專用數據處理軟件進行觀測數據存儲與處理，若要通過手工校驗修正參數則必須進行人工記錄，CPⅢ控制網平面數據處理應採用約束平差方式獲得最或然座標(x、y 座標計算中誤差均應小於1mm;兩期獨立測量成果的x、y座標較差均應小於3mm)，CPⅢ控制點的高程數據處理應採用整體性嚴密平差。
高速鐵路線路施工測量主要包括中線測量和路基測量2方面工作(基本方法與傳統鐵路測量類似)。高速鐵路鋪軌測量主要工作包括無碴軌道混凝土底座及支承層放樣(採用電子全站儀自由設站極座標法測設)、加密基標測量(電子全站儀自由設站極座標法測設)、軌道安裝測量(包括CRTSⅠ和CRTSⅡ型軌道板安裝定位以及CRTSI和CRTSII型雙塊式無碴軌道安裝定位)、軌道精調測量(軌道精調測量應在長鋼軌應力放散並鎖定後進行並採用電子全站儀自由設站方式測量)，高速鐵路鋪軌測量是確保鐵路施工質量的核心、關鍵工作(高速鐵路軌道靜態平順度允許偏差見表1)，自由設站邊角交會對網形要求比較嚴(控制點間距離必須控制在60m左右、最長不超過70m，其測量方法、觀測數據檢驗、內業計算等都有特別要求)是高速鐵路測量的關鍵技術。
2 高速鐵路無碴軌道精調測量的特點及基本要求
目前我國高速鐵路軌道調整過程中多采用電子全站儀配合軌道測量系統來測量和計算軌道的偏移量，用於軌道精調的電子全站儀必須具有自動驅動和自動目標識別功能(比如Leica 的TCA2003、TS30、TM30;SOKKIA 的NET05、NET1;等)，軌道精調的電子全站儀空間位置採用自由設站後方交會測量的方法獲得(即根據CPIII網進行自由設站點的定位)。軌道精調測量工作中，電子全站儀自由選擇儀器位置和高度並通過向已知座標的CPIII點進行三維測量來完成測站點的三維定位工作，然後根據測站點的座標利用極座標法測量出軌檢小車上棱鏡點的座標(同時根據電子傳感器記錄的軌道超高和軌距計算出某一里程處軌道點的平面位置和高程)，再將計算獲得的軌道點座標與它的設計座標比較獲得計算軌道點座標(即測量座標)與設計座標的差值，最後，根據以該軌道點的座標差值爲依據由精調人員通過調整螺桿將軌道移動到設計位置。無碴軌道精調中每個測量區間需要選擇8個CPIII點進行電子全站儀三維後方交會且下一區間設站時至少要包括4個上一區間精調中用到的CPIII控制點(以保證軌道線形的平順性)。軌道精調測量過程中，電子全站儀每次設站時均應根據後方交會的測量數據檢查選擇的8個CPIII控制點的穩定性(應在剔除不穩定CPIII點後再進行測站點的三維後方交會和嚴密平差計算以獲得測站點的可靠三維座標)。軌道精調測量工作中必須首先利用電子全站儀對CPIII控制點進行後方交會測量以確定電子全站儀所在點的座標(即自由測站點的座標)然後再依據無碴軌道精調電子全站儀後方交會示意極座標原理來確定軌檢車及軌道的絕對三維座標。
2.1 電子全站儀後方交會測量原理電子全站儀後方交會功能有2個，即高程後方交會和座標後方交會。
2.1.1 電子全站儀高程後方交會
電子全站儀高程後方交會只測定測站點的Z座標(高程)，對已知點的測量要求是必須測距(測量的已知點數可取1點～10點)。操作過程是：在測量菜單中選擇“後方交會”進入後方交會測量界面;選擇“高程交會”並進入“後方交會/已知點”界面、輸入已知點高程和目標高(並保存在同一個文件夾裏)後瞄準目標點按測量鍵即可在屏幕上看到測量結果(按同樣的方法可依次輸入其餘幾個已知點的高程和目標高並獲得各次測量結果)，當觀測數據足以計算測站點高程時屏幕將顯示計算提示,此時按“計算”鍵或“OK”鍵即可在屏幕上看到最終結果.
2.1.2 電子全站儀座標後方交會
電子全站儀座標後方交會的原理是測站點的座標通過列立角度和距離觀測方程並採用最小二乘法求解，測站點高程則取其平均值作爲最後結果。電子全站儀座標後方交會主要測定測站點的X、Y 座標(兼顧高程H)，對已知點的測量要求是必須測距、測角(測量的已知點數可取2點～12點)。操作過程是：在測量菜單中選擇“後方交會”進入後方交會測量界面;選擇“座標交會”並進入“後方交會/已知點”界面、輸入已知點的三維座標(X、Y、H)和目標高(並保存在同一個文件夾裏)後瞄準目標點按確認鍵(按同樣的方法可依次輸入其餘幾個已知點的三維座標和目標高並按確認鍵)，當觀測數據足以達到計算測站點座標的設定精度時屏幕將顯示計算提示(此時按“計算”鍵或“OK”鍵即可在屏幕上看到測站點座標最終結果【包括測站座標、座標標準差、測量精度的詳細說明(測站點座標將採用原有值)。若某已知點的測量結果有問題可通過操作作廢該點並重新計算】並顯示測站點高程。需要注意的的是：若僅採用測角交會時，當測站點與3個或3個以上已知點位於同一圓周上時測站點座標將無法確定，此時應將測站點儘可能設立在由已知點構成的三角形的重心上(或增加一個不位於圓周上的已知點的觀測;或至少對其中一個已知點進行距離測量)，另外，僅採用測角交會時若已知點夾角過小測站點座標也常會導致座標無法計算(測站距已知點越遠已知點間夾角就越少，也就越容易位於同一圓周上)。
2.2 電子全站儀座標後方交會的計算原理
電子全站儀座標後方交會(即無碴軌道精調中的自由設站法觀測)的觀測值是斜距、水平方向和天頂距，計算時先選取待定點的座標爲未知參數，繼而建立觀測值與未知參數間的函數關係(觀測值與未知參數間的函數關係爲非線性)，然後再按間接平差方法進行平差獲得最或然結果。鑑於上述論述，不給出待定點近似座標則誤差方程就無法列出，故在構建觀測量誤差方程前必須進行未知參數近似值的計算。
3 結 語
無碴軌道的施工質量對高速鐵路建設具有舉足輕重的作用，CPⅢ控制網是鋪設無碴軌道和軌道精調的關健，CPⅢ控制網測量必須以CPⅠ、CPⅡ爲基礎進行，要保證CPⅢ控制網的測量精度就必須保證CPⅠ、CPⅡ控制點的精度。高速鐵路無碴軌道行車速度快，爲保證列車在高速鐵路高速行駛的穩定性必須保證軌道線形的良好平順性，無碴軌道線形平順性控制是軌道精調後實現的，軌道精調與自由設站後方交會的設站精度密切相關，可靠的、高精度的電子全站儀後方交會測量是軌道精調的基礎。