軌道交通線路控制測量技術(shù)研究

左佳 曹歐

摘 要:本文以武漢某軌道交通工程測量為背景,探討了線路控制測量的技術(shù)思路,分析了gps觀測流程,內(nèi)業(yè)解算流程和評定思路。

關(guān)鍵詞:GPS軌道交通控制測量精度

中圖分類號:TB22 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A 文章編號:1672-3791(2012)06(b)-0004-02

隨著社會的高速發(fā)展,測繪技術(shù)也得到了廣泛的應(yīng)用,尤其是GPS測繪技術(shù),己經(jīng)用于軌道工程建設(shè)的方方面面。從首級控制到軌道線路的施工放樣,GPS技術(shù)都發(fā)揮著重要的作用。在軌道交通工程中首先引入GPS的是控制測量。

1GPS網(wǎng)布設(shè)原則與施測流程

GPS控制網(wǎng)布網(wǎng)設(shè)計,必須依甲方要求按GPS測量規(guī)范實施。其設(shè)計的一般原則有以下幾點。

(1)圖形閉合。即GPS控制網(wǎng)網(wǎng)一般應(yīng)有足夠的獨立觀測邊構(gòu)成閉合圖形,以增強(qiáng)圖形自身強(qiáng)度和增加平差檢核條件,以提高觀測質(zhì)量,即必須有足夠的閉合環(huán)。(2)有必要的一定數(shù)量的點位重合,以方便由已知點推算待測點。GPS網(wǎng)站點應(yīng)與原有地面已知控制網(wǎng)點有足夠的重合,并力求重合點在整個控制網(wǎng)中均勻分布,以便可靠地確定GPS網(wǎng)與地面網(wǎng)之間的轉(zhuǎn)換參數(shù)。網(wǎng)點還應(yīng)與一定的水準(zhǔn)點重合,或在網(wǎng)中布設(shè)一定密度的水準(zhǔn)點,以便為大地水準(zhǔn)面的計算和研究提供資料和參考。(3)視野開闊。GPS網(wǎng)點一般應(yīng)設(shè)在視野開闊和容易到達(dá)的地方,一般確保測站點仰角15°以上區(qū)域周圍無明顯的遮擋物。若需用此點按常規(guī)方法聯(lián)測或擴(kuò)展控制網(wǎng)時,應(yīng)注意滿足網(wǎng)點之間通視的通視條件（圖1）。

2工程概況與GPS點的布設(shè)實施

某軌道交通工程是貫穿武昌中南至東北城區(qū)的重要通道。該線路工程全長16.3km。本工程基礎(chǔ)平面控制采用GPS測量,按照《城市軌道交通工程測量規(guī)范》(GB 50308-2008)中衛(wèi)星定位控制網(wǎng)測量標(biāo)準(zhǔn)實施。以城市C級衛(wèi)星定位控制點C213、C219、C214、C145、C260、C134、C143、C135、C124、C218等10點,作為平面控制網(wǎng)起算依據(jù)。

軌道交通平面控制網(wǎng)由兩個等級組成,一等為衛(wèi)星定位控制網(wǎng),二等為精密導(dǎo)線網(wǎng),并分級布設(shè)。本次工程設(shè)計GPS網(wǎng)的精度為一等,結(jié)合本工程的具體情況,沿線路走向布設(shè)GPS點, GPS網(wǎng)采用邊連式,組成網(wǎng)中的基線有一定數(shù)量的多余觀測,以增強(qiáng)成果的可靠,取C213、C219、C214、C145、C260、C134、C143、C135、C124、C218等10點作為GPS控制網(wǎng)的起算點,以取得了可靠的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)。

根據(jù)線路情況,GPS首級網(wǎng)擬采用帶狀大地四邊形鎖的形式來布設(shè),保證點對點之間能夠相互通視,點位選設(shè)時避免了各種電磁波對GPS衛(wèi)星信號的干擾、以及因施工的影響而產(chǎn)生點位的變動。共計測設(shè)GPS控制點20點。確?？刂泣c均選擇在施工紅線之外且滿足通視要求,并保持控制點的相對穩(wěn)定?？刂泣c分布均勻,相鄰邊長之比小于0.5。

(1)GPS坐標(biāo)系統(tǒng)及起算依據(jù)。

GPS測量采用坐標(biāo)系為武漢城市坐標(biāo)系(參考1954北京坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換)。

1954年北京坐標(biāo)系為北京54橢球。

(2)GPS控制網(wǎng)的主要技術(shù)指標(biāo)。

3GPS觀測

3.1 使用儀器

使用Trimble R6雙頻GPS接收機(jī)10臺套,進(jìn)行GPS網(wǎng)野外數(shù)據(jù)采集。

3.2 觀測方式

為了提高GPS觀測的精度與可靠性,GPS點間應(yīng)構(gòu)成一定數(shù)量的由GPS獨立基線構(gòu)成的非同步閉合環(huán),使GPS網(wǎng)有足夠的多余觀測?？紤]到杭工程橋控制網(wǎng)的精度要求與用途,計劃平均每點設(shè)站率N≥3,盡量增加多余觀測基線,使得每條基線得到充分檢核,提高整網(wǎng)的可靠性。

4GPS內(nèi)業(yè)解算

4.1 數(shù)據(jù)后處理

衛(wèi)星定位控制網(wǎng)基線解算采用衛(wèi)星廣播星歷坐標(biāo)值作為基線解的起算數(shù)據(jù),利用商用軟件TGO進(jìn)行。數(shù)據(jù)預(yù)處理基線全部采用雙差固定解作為最終結(jié)果,其結(jié)果中基線長度中誤差輸出值不應(yīng)超過2σ。全部外業(yè)觀測數(shù)據(jù)均應(yīng)經(jīng)同步環(huán)、獨立環(huán)及復(fù)測基線檢核。

式中:σ為標(biāo)準(zhǔn)差,即基線向量的弦長中誤差(mm);a為固定誤差(mm);b為比例誤差系數(shù)(1×10-6);d為相鄰點間的距離(km)。

4.2 網(wǎng)平差

網(wǎng)平差計算采用C0SA4.0版GPS數(shù)據(jù)處理軟件進(jìn)行。將檢核后的全部獨立基線構(gòu)成閉合圖形,以一個城市C級GPS控制點的現(xiàn)有WGS-84坐標(biāo)系的三維坐標(biāo)作為起算數(shù)據(jù),進(jìn)行全網(wǎng)WGS-84系的三維無約束平差?；€向量改正數(shù)的絕對值應(yīng)滿足:

≤;≤;≤

在城市坐標(biāo)系中進(jìn)行約束平差及精度評定,并應(yīng)輸出坐標(biāo)、基線向量改正數(shù)、基線邊長、方位角以及相關(guān)的中誤差、相對點位中誤差的精度信息,轉(zhuǎn)換參數(shù)及其精度信息等?；€向量的改正數(shù)與同名基線無約束平差相應(yīng)改正數(shù)的較差應(yīng)滿足:

≤;≤;≤

進(jìn)行約束平差后,當(dāng)衛(wèi)星定位控制點與城市控制點和不同線路的重合點的坐標(biāo)較差大于表1規(guī)定時,應(yīng)對約束控制點和控制方位角進(jìn)行篩選,重新進(jìn)行不同組合的約束平差。

5GPS精度評定

5.1 基線解算

經(jīng)數(shù)據(jù)預(yù)處理,控制網(wǎng)共獲得有效基線331條,基線向量解類型均為雙差固定解。

5.2 環(huán)閉合差統(tǒng)計

5.3 復(fù)測基線

GPS控制網(wǎng)共有復(fù)測基線33條,復(fù)測基線相對較差均較小,說明基線觀測質(zhì)量可靠、數(shù)據(jù)處理合理,結(jié)果可靠、不含明顯粗差,內(nèi)部符合精度較高。

5.4 三維基線向量無約束平差

在通過基線檢驗的基礎(chǔ)上,選取151條基線組成三維GPS向量網(wǎng),進(jìn)行WGS-84橢球基準(zhǔn)下的三維無約束平差。

以上平差結(jié)果表明,本次GPS控制網(wǎng)具有較高的內(nèi)部符合精度,觀測值不含有明顯粗差,基線向量解所確定的協(xié)方差陣相互間的比例關(guān)系合理,可以作進(jìn)一步的數(shù)據(jù)處理。

5.5 二維約束平差

在三維無約束平差基礎(chǔ)上,以2006年測設(shè)的城市C級控制點6點(C219、C213、C145、C148、C130、DH(WHCORS基準(zhǔn)站)、KC(WHCORS基準(zhǔn)站))作固定點,對全網(wǎng)進(jìn)行高斯投影變換,進(jìn)行了二維基線向量網(wǎng)的約束平差。其主要技術(shù)指標(biāo)。

5.6 與前期工程控制網(wǎng)的對接

為了與軌道交通前期工程的銜接，本次布設(shè)的衛(wèi)星定位控制網(wǎng)重合了前期工程衛(wèi)星定位控制點2點（GS17、GS18-1）。為了便于優(yōu)化選擇，保證坐標(biāo)系的一致，我們分別采用了7種約束平差方案。平差結(jié)果與原城市控制點較差。

通過數(shù)據(jù)，我們最終選擇與原控制點互差最小的方案1作為最終平差結(jié)果。

符合精度良好，證明本次GPS控制網(wǎng)與前期工程控制網(wǎng)成果兼容一致，具有良好的可靠性。

參考文獻(xiàn)

[1] 中華人民共和國建設(shè)部，(GB50308-2008).城市軌道交通工程測量規(guī)范[S].中國建筑工業(yè)出版社，北京，2008.

[2] 中華人民共和國建設(shè)部，(CJJ8-99).城市測量規(guī)范[S].中國建筑工業(yè)出版社，北京，1999.