長沙市城市快速軌道交通控制網(wǎng)的建立

劉鵬程，戴建清，匡志威

(長沙市勘測設(shè)計(jì)研究院，湖南長沙 410007)

長沙市城市快速軌道交通控制網(wǎng)的建立

劉鵬程?，戴建清，匡志威

(長沙市勘測設(shè)計(jì)研究院，湖南長沙 410007)

介紹了長沙市城市快速軌道交通線網(wǎng)(2050)框架網(wǎng)及2號(hào)線一期控制網(wǎng)的建立，通過對控制網(wǎng)的精度分析，表明該控制網(wǎng)完全滿足規(guī)范要求，同時(shí)針對城市復(fù)雜環(huán)境下控制網(wǎng)的建立進(jìn)行了經(jīng)驗(yàn)總結(jié)。

城市快速軌道交通；地鐵；框架網(wǎng)；GPS；精密導(dǎo)線；精密水準(zhǔn)

1 前 言

根據(jù)長沙城市軌道交通2050遠(yuǎn)景規(guī)劃，長沙地鐵由1號(hào)線及其支線1A線，2號(hào)線及其2A、2B，3號(hào)線和4號(hào)線共6條線組成，總約180 km，設(shè)站82座，其中換乘站14座；設(shè)車輛綜合基地2處，車輛段2處，停車場6處。2009年首期開工建設(shè)的2號(hào)線一期工程為地下線，線路全長22.262 km，設(shè)站19座。為了滿足長沙地鐵建設(shè)的需要，根據(jù)《城市軌道交通工程測量規(guī)范》等相關(guān)技術(shù)要求，結(jié)合長沙市的實(shí)情，長沙市城市快速軌道交通控制網(wǎng)平面分三級(jí)布設(shè)為:2050框架網(wǎng)、C級(jí)GPS控制網(wǎng)、精密導(dǎo)線控制網(wǎng)；高程布設(shè)二等水準(zhǔn)網(wǎng)。

2 2050框架網(wǎng)測量

2.1 網(wǎng)形設(shè)計(jì)

圖1 2050框架網(wǎng)布設(shè)圖(紅色點(diǎn)為CZTCORS參考站)

為了保證長沙城市軌道交通2050遠(yuǎn)景規(guī)劃各條線路、同一線路不同時(shí)期的銜接，不同線路C級(jí)GPS控制點(diǎn)起算點(diǎn)的一致性，以6個(gè)CZTCORS參考站為起算數(shù)據(jù)，在其覆蓋的區(qū)域內(nèi)新布設(shè)16個(gè)B級(jí)GPS點(diǎn)，構(gòu)成2050框架網(wǎng)，同時(shí)為了保證2050框架網(wǎng)成果的可靠性與準(zhǔn)確性，每五年利用CZTCORS系統(tǒng)對其進(jìn)行聯(lián)測，確保線路起算成果一致。圖1為2050框架網(wǎng)布設(shè)圖。

2.2 外業(yè)觀測

觀測儀器采用4臺(tái)套美國產(chǎn)阿司泰克公司Z－X雙頻機(jī)、10臺(tái)套法國產(chǎn)泰雷茲公司Z－MAX雙頻機(jī)、2臺(tái)Trimble 5700 GPS雙頻機(jī)、2臺(tái)Trimble R8，按GPS B級(jí)網(wǎng)的精度要求進(jìn)行靜態(tài)同步聯(lián)合觀測，共觀測84條獨(dú)立基線，GPS基線向量總數(shù)為882。

2.3 數(shù)據(jù)處理

基線向量采用精密星歷，使用美國麻省理工學(xué)院的GAMIT/GLOBK軟件進(jìn)行解算，基線解算精度如表1所示。

基線精度統(tǒng)計(jì)表 表1

平差計(jì)算采用武漢大學(xué)測繪學(xué)院的CosaGPS V5.1軟件進(jìn)行處理，分兩步進(jìn)行，先進(jìn)行三維無約束平差，然后在長沙獨(dú)立坐標(biāo)系下進(jìn)行二維約束平差；其重復(fù)基線、坐標(biāo)差分量、環(huán)閉合差均滿足要求，最大環(huán)閉合差為0.17 mm，最弱點(diǎn)為PJC1，點(diǎn)位誤差為0.12 cm，平均點(diǎn)位中誤差為:0.06 cm，最弱邊為HLX1—PJC1，邊長精度為1/12083000，平均邊長精度為:1/76301043均符合設(shè)計(jì)要求。

3 2號(hào)線一期C級(jí)GPS控制網(wǎng)測量

3.1 網(wǎng)形設(shè)計(jì)

2號(hào)線一期工程C級(jí)GPS控制網(wǎng)沿地鐵走向布設(shè)，每隔1 km～2 km左右布設(shè)一組點(diǎn)位，共布設(shè)C級(jí)GPS點(diǎn)28點(diǎn)，其中基巖點(diǎn)7個(gè)(與水準(zhǔn)點(diǎn)共點(diǎn)位)，普通地面點(diǎn)3個(gè)，樓頂點(diǎn)18個(gè)，基巖點(diǎn)采用鉆探方式埋設(shè)，樓頂點(diǎn)埋設(shè)強(qiáng)制對中鋼標(biāo)(三角鋼架、圓形鋼柱)；同時(shí)與3個(gè)2050框架網(wǎng)點(diǎn)和1個(gè)參考站為已知點(diǎn)構(gòu)成C級(jí)GPS控制網(wǎng)，如圖2所示，圖中黑色點(diǎn)號(hào)點(diǎn)為已知點(diǎn)，灰色點(diǎn)號(hào)為C級(jí)GPS點(diǎn)。

圖2 2號(hào)線一期工程C級(jí)GPS控制網(wǎng)布設(shè)圖

3.2 外業(yè)測量

外業(yè)觀測采用了4臺(tái)美國產(chǎn)阿司泰克公司Z－X雙頻機(jī)、2臺(tái)法國產(chǎn)泰雷茲公司Z－MAX雙頻機(jī)，按GPS C級(jí)網(wǎng)精度進(jìn)行靜態(tài)同步觀測，同一天各個(gè)測站位置不動(dòng)，分上、下午連續(xù)測量兩個(gè)時(shí)段，以連續(xù)網(wǎng)的方式聯(lián)接成網(wǎng)，共觀測102條獨(dú)立基線，GPS基線向量總數(shù)為340。

3.3 數(shù)據(jù)處理

基線向量采用Ashtech Solutions 2.6軟件進(jìn)行解算，采用廣播星歷和雙差固定解，平差計(jì)算采用武漢大學(xué)測繪學(xué)院CosaGPS V5.1軟件進(jìn)行處理，分兩步進(jìn)行，先進(jìn)行三維無約束平差，然后在長沙獨(dú)立坐標(biāo)系下進(jìn)行二維約束平差，其重復(fù)基線、坐標(biāo)差分量、環(huán)閉合差均滿足要求，最大環(huán)閉合差為3.41 ppm，最弱點(diǎn)為光達(dá)站－1，點(diǎn)位誤差為0.18 cm，平均點(diǎn)位中誤差為:0.13 cm，最弱邊為XXJD－HHZY，邊長精度為1/1 346 000，平均邊長精度為:1/4 097 326，均符合設(shè)計(jì)要求。

4 2號(hào)線一期精密導(dǎo)線控制網(wǎng)測量

4.1 網(wǎng)形設(shè)計(jì)

為了滿足地鐵施工測量的需要，減少貫通誤差，在C級(jí)GPS控制網(wǎng)上加密四等精密導(dǎo)線，精密導(dǎo)線網(wǎng)基本上沿地鐵線路走向布設(shè)，局部地方采取主、副導(dǎo)線埋設(shè)，共埋設(shè)精密導(dǎo)線點(diǎn)106點(diǎn)，圖3為精密導(dǎo)線網(wǎng)圖。

圖3 精密導(dǎo)線網(wǎng)圖

4.2 外業(yè)測量

2號(hào)線一期工程精密導(dǎo)線網(wǎng)外業(yè)觀測采用索佳自動(dòng)化3D精密全站儀NET05(0.5 s)及配套的氣溫表和氣壓表，儀器自動(dòng)觀測記錄，可減少人為誤差和勞動(dòng)強(qiáng)度，提高觀測精度，設(shè)站采用三聯(lián)腳架法，水平角采用方向觀測法觀測4測回，精密導(dǎo)線網(wǎng)共有閉合環(huán)8個(gè)，最大角度閉合差為－6.00″，附合導(dǎo)線14條，最大角度閉合差為6.74″。

4.3 數(shù)據(jù)處理

原始數(shù)據(jù)經(jīng)方向觀測值改正、高程歸化、投影改化等多項(xiàng)改正后，再進(jìn)行平差計(jì)算，平差軟件采用南方平差易，進(jìn)行嚴(yán)密平差，精度統(tǒng)計(jì)情況如表2所示，均優(yōu)于設(shè)計(jì)要求。

精度統(tǒng)計(jì)表 表2

5 高程控制網(wǎng)測量

5.1 網(wǎng)形設(shè)計(jì)

2號(hào)線一期工程水準(zhǔn)點(diǎn)布設(shè)采取每一個(gè)車站埋設(shè)一個(gè)基巖點(diǎn)、二個(gè)墻水準(zhǔn)點(diǎn)為原則，共埋設(shè)60個(gè)水準(zhǔn)點(diǎn)，其中25個(gè)基巖點(diǎn)、35個(gè)墻水準(zhǔn)點(diǎn)，基巖點(diǎn)為鋼管式基巖標(biāo)，采用鉆探方式，墻水準(zhǔn)點(diǎn)采用不銹鋼螺桿，采用植筋膠將其固定，以國家一等水準(zhǔn)點(diǎn)為已知點(diǎn)，并與沿線的精密導(dǎo)線網(wǎng)點(diǎn)串聯(lián)，構(gòu)成水準(zhǔn)網(wǎng)。

5.2 外業(yè)觀測

水準(zhǔn)線路觀測采用SOKKIΛS 0.5自動(dòng)安平數(shù)字水準(zhǔn)儀及與之配套的因瓦條碼水準(zhǔn)尺，按國家二等水準(zhǔn)測量精度要求進(jìn)行作業(yè)，采用單線路，分上、下午往返觀測，電子記簿，自動(dòng)檢核，共組成閉合水準(zhǔn)9個(gè)，附合水準(zhǔn)6條，觀測測段155個(gè)，水準(zhǔn)線路長185.4 km，跨河水準(zhǔn)一處。

湘江跨河水準(zhǔn)采取GPS測量方法進(jìn)行測繪，分別在湘江兩岸、橘子洲布設(shè)GPS普通地面點(diǎn)，如圖4所示，外業(yè)觀測按C級(jí)GPS精度要求進(jìn)行測量，GPS天線高采用二等水準(zhǔn)聯(lián)測法，精確求取，基線向量采用GAMIT軟件進(jìn)行解算，平差計(jì)算采用武漢大學(xué)測繪學(xué)院的CosaGPS V5.1軟件進(jìn)行處理，在WGS－84坐標(biāo)系中固定一點(diǎn)進(jìn)行三維無約束平差，求得各點(diǎn)的大地高程及各跨河段的高差。

圖4 湘江跨河水準(zhǔn)布設(shè)圖

5.3 平差計(jì)算

外業(yè)所測高差經(jīng)正常水準(zhǔn)面不平行改正后，再進(jìn)行平差計(jì)算，平差計(jì)算采用南方平差易，平差后得出每個(gè)待定點(diǎn)的高程及每千米全中誤差，每千米全中誤差為0.98，最弱點(diǎn)高程中誤差為±2.61 mm，均符合設(shè)計(jì)要求。

6 結(jié)論與分析

從上文可知，該控制網(wǎng)的精度符合規(guī)范要求，可以滿足軌道交通建設(shè)的需要，同時(shí)通過項(xiàng)目的實(shí)施和實(shí)際操作，發(fā)現(xiàn)在城市復(fù)雜的環(huán)境中進(jìn)行高精度軌道交通控制網(wǎng)的測繪，要滿足其測量精度，應(yīng)在施測方案、點(diǎn)位的埋設(shè)、觀測方法以及儀器設(shè)備的選型上進(jìn)行周密的策劃、論證，現(xiàn)總結(jié)分析如下:

(1)起算數(shù)據(jù)應(yīng)采用統(tǒng)一的、高精度的控制點(diǎn)。城市軌道交通線網(wǎng)一般由幾條或十幾條線路組成，線路施工周期較長，施工精度要求高，為了保證各條線路、同一線路不同時(shí)期的銜接，如果城市沒有統(tǒng)一的、高精度的、滿足軌道交通建設(shè)的二等平面控制網(wǎng)，應(yīng)優(yōu)先考慮建立覆蓋線網(wǎng)范圍、統(tǒng)一的二等框架基準(zhǔn)平面控制網(wǎng)，這也是能有效提高項(xiàng)目控制網(wǎng)精度最為有力的措施和方法。

(2)C級(jí)GPS點(diǎn)點(diǎn)位間距應(yīng)合理，通視點(diǎn)距離以1 500 m為宜，若小于1 000 m，點(diǎn)位的相對精度很難滿足，且用于精密導(dǎo)線網(wǎng)測量時(shí)，方向誤差很容易超出規(guī)范要求，若大于2 000 m，則對通視條件要求高；點(diǎn)組之間的距離以2 000 m為宜，距離大于2 500 m，在布設(shè)精密導(dǎo)線網(wǎng)時(shí)，點(diǎn)數(shù)和導(dǎo)線長度很容易超出規(guī)范要求；精密導(dǎo)線網(wǎng)點(diǎn)點(diǎn)位間距一般以350 m為宜，特殊地段不應(yīng)短于175 m。

(3)C級(jí)GPS點(diǎn)點(diǎn)位盡量埋設(shè)在樓頂上，且采用強(qiáng)制對中標(biāo)志，減少儀器對中誤差和重復(fù)擺站的較差，提高測量精度，同時(shí)對點(diǎn)位的保護(hù)較好，但要與業(yè)主進(jìn)行良好的溝通；精密導(dǎo)線網(wǎng)點(diǎn)一般沿線路埋設(shè)在線路兩側(cè)的地面上，車站附近的精密導(dǎo)線網(wǎng)點(diǎn)盡量垂直于線路埋設(shè)；由于軌道交通建設(shè)的周期較長，精度要求高，為防止在地質(zhì)條件較差的地段，水準(zhǔn)點(diǎn)點(diǎn)位發(fā)生沉降，每一個(gè)車站應(yīng)布設(shè)一個(gè)基巖水準(zhǔn)點(diǎn)和1個(gè)～2個(gè)墻水準(zhǔn)點(diǎn)。

(4)在城市復(fù)雜的環(huán)境中，若采用常規(guī)全站儀進(jìn)行四等精密導(dǎo)線網(wǎng)測量，對點(diǎn)位的通視條件要求很高，且觀測人員的注意力應(yīng)保持高度集中，施測難度較大；若采用全自動(dòng)測量儀器，自動(dòng)照準(zhǔn)、自動(dòng)觀測、自動(dòng)記錄、自動(dòng)計(jì)算限差，則可大大降低勞動(dòng)強(qiáng)度，提高勞動(dòng)效率，縮短工期，提高測量精度。因此在設(shè)備的選型上應(yīng)優(yōu)選考慮采用全自動(dòng)測量儀器，但也要考慮儀器的成本和今后的可利用率。

(5)C級(jí)GPS外業(yè)測量采用重復(fù)觀測法，由于C級(jí)GPS測量的觀測時(shí)段數(shù)大于2，即要求在每一個(gè)點(diǎn)位上，進(jìn)行兩次GPS測量，在交通擁堵的城市中進(jìn)行移站測量，可能需花費(fèi)大量的工作時(shí)間，不利于工作的開展，因此應(yīng)考慮同一天對同一點(diǎn)進(jìn)行兩次觀測，即重復(fù)觀測法。采用全自動(dòng)測量儀器進(jìn)行水平角度與距離觀測時(shí)，一般應(yīng)在滿足規(guī)范的前提下，設(shè)置儀器自動(dòng)多測1個(gè)～2個(gè)測回，可避免因某一測回超限而需重新設(shè)站觀測的麻煩，這樣既提高了測量精度，又提高了勞動(dòng)效率。

[1] 孔祥元，郭際明，劉宗泉.大地測量學(xué)基礎(chǔ)[M].武漢:武漢大學(xué)出版社，2005

[2] 孔祥元，梅是義.控制測量學(xué)[M].武漢:武漢大學(xué)出版社，2005

[3] 黃勁松，李征航.GPS測量與數(shù)據(jù)處理[M].武漢:武漢大學(xué)出版社，2005.3

[4] 余方達(dá)，郝國芳.ITRF框架基準(zhǔn)在高精度GPS測量中的統(tǒng)一[J].孝感學(xué)院學(xué)報(bào)，2002，22(6)，83～85

[5] 陳俊勇.中國國家高精度GPS大地控制網(wǎng)的建成[J].測繪通報(bào)，1998(8)

[6] 周忠漠，易杰軍.GPS衛(wèi)星測量原理與應(yīng)用[M].北京:測繪出版社，1992

[7] 劉基余，李征航.全球定位系統(tǒng)原理及其應(yīng)用[M].北京:測繪出版社，1993

[8] Documentation for the GAMIT GPS Analysis Software，Release10.31 2006

[9] http://sopac.ucsd.edu/processing/gamit/

Construction of Rapid Rail Transit Control Network of ChangSha Urban

Liu PengCheng，Dai JianQing，Kuang ZhiWei
(Changsha Geotechnical Engineering and Surveying Institute，Changsha 410007，China)

The paper introduces that the ChangSha urban rapid rail transit net framework and control network of two Line one issue of project are constructed.Through the analysis of Control Network’s accuracy，it shows that the control network meets the requirements of Specifications completely.The lesson is summarized from the established of control network of urban complex environment.

urban rapid rail transit；subway；net framework；GPS；Precision wire；precise leveling

1672－8262(2010)03－91－03

P221

A

2010—10—19

劉鵬程(1975—)，男，高級(jí)工程師，主要從事城市GPS測量、CORS建設(shè)與管理等方面的工作與研究。