特大區(qū)域城市軌道交通首級控制網(wǎng)建設(shè)研究

劉 敏

（1．廣州市城市規(guī)劃勘測設(shè)計研究院，廣東 廣州 510060）

軌道交通工程線路控制網(wǎng)作為城市軌道建設(shè)的一個重要組成部分，具有控制全局與指導(dǎo)生產(chǎn)的作用。本文以廣州城市軌道控制網(wǎng)建設(shè)為切入點(diǎn)，分析了特大區(qū)域城市首級控制網(wǎng)建設(shè)的難度與技術(shù)特點(diǎn)，從規(guī)程建設(shè)入手建設(shè)高精度空間坐標(biāo)基準(zhǔn)，從底層設(shè)計上保證了高精度與全覆蓋；在數(shù)據(jù)觀測、數(shù)據(jù)處理及其后期維護(hù)方面進(jìn)行了大量的技術(shù)創(chuàng)新，為特大區(qū)域城市軌道首級控制網(wǎng)建設(shè)提供了典范。

1 建設(shè)難度與技術(shù)特點(diǎn)

特大區(qū)域城市軌道交通首級平面和高程控制網(wǎng)的精度與可靠性是地鐵施工的精度質(zhì)量基礎(chǔ)，具有以下特點(diǎn)：

1）建設(shè)周期長。廣州軌道交通建設(shè)歷史證明，特大區(qū)域城市軌道建設(shè)經(jīng)過一個長期過程，新舊城市軌道網(wǎng)之間的銜接、兼容是城市軌道建設(shè)無法回避的技術(shù)問題。

2）控制面積廣。由于要為整個軌道交通線路以及遠(yuǎn)景規(guī)劃線路提供首級控制，因此涉及廣州市所轄各區(qū)市，控制面積達(dá)8 000 km2。

3）精度要求高。軌道交通隧道貫通和線路建設(shè)等精密施工對控制測量的精度要求較高。例如，GB50308-2008《城市軌道交通工程測量規(guī)范》明確要求：最弱點(diǎn)點(diǎn)位中誤差≤±12 mm，相鄰點(diǎn)相對點(diǎn)位中誤差≤±10 mm，最弱邊相對中誤差≤1/100 000，不同線路控制網(wǎng)重合點(diǎn)坐標(biāo)較差≤±25 mm等[1]。

4）新舊線路銜接難度大。廣州市軌道交通平面控制網(wǎng)建設(shè)覆蓋全市10余條不同時期、不同階段建設(shè)的線網(wǎng)，存在新舊控制網(wǎng)的協(xié)調(diào)以及點(diǎn)位兼容等難題。除要求控制網(wǎng)本身的高精度外，還應(yīng)保持精度均勻性，以滿足地鐵隧道高精度的貫通要求和各軌道線路之間的連接一致性要求。

5）控制點(diǎn)選點(diǎn)要求高。規(guī)范設(shè)計要求每個站點(diǎn)有一個平面控制點(diǎn)，且每個控制點(diǎn)至少2個通視方向，同時要求在軌道線路交叉地方盡量利用原軌道交通控制點(diǎn)，從而增大了外業(yè)選點(diǎn)的難度。

6）控制網(wǎng)情況復(fù)雜。軌道建設(shè)線路（已建成線路9條、在建線路13條、遠(yuǎn)景規(guī)劃若干條）與國家高速鐵路網(wǎng)（武廣高鐵、貴廣高鐵、廣珠城際高鐵等）、城際軌道交通網(wǎng)（廣佛地鐵、穗莞城際軌道交通）銜接，要求軌道首級框架網(wǎng)具有良好擴(kuò)展性，要實(shí)現(xiàn)各線路異構(gòu)網(wǎng)的融合，為國家高速鐵路網(wǎng)、城際軌道交通網(wǎng)、城市軌道交通網(wǎng)建設(shè)提供空間框架支撐。

7）外業(yè)觀測難度大。廣州市軌道交通建設(shè)線路大多位于中心市區(qū)，對于精密GPS測量和精密水準(zhǔn)測量而言，觀測環(huán)境較差、測量難度較大；此外，廣州地處珠江三角洲沖積平原，市內(nèi)河流眾多，珠江等超大河流密布，跨河水準(zhǔn)測量距離較遠(yuǎn)，不利于水準(zhǔn)外業(yè)觀測的實(shí)施，既對跨河水準(zhǔn)提出更高要求，也增加了水準(zhǔn)網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計的難度[2]。

2 關(guān)鍵技術(shù)

2.1 多投影帶重疊投影技術(shù)

本項目針對特大區(qū)域多個跨帶及其投影帶邊緣精度不高的特點(diǎn)，在原有地方坐標(biāo)（廣州市平面坐標(biāo)系）的基礎(chǔ)上，改變原有的克拉索夫斯基橢球參數(shù)，采用與國家高鐵控制相一致的WGS84參考橢球，同時對原有地方坐標(biāo)系中央子午線進(jìn)行平移，建立東投影帶坐標(biāo)系，為特大區(qū)域城市軌道交通建設(shè)提供與歷史資料相兼容的，與其他線網(wǎng)相銜接的統(tǒng)一平面基準(zhǔn)體系。

針對特大區(qū)域城市軌道交通建設(shè)特點(diǎn)，采用尊重原平面坐標(biāo)系統(tǒng)、改變參考橢球參數(shù)及投影子午線等方法，解決了原地方坐標(biāo)系統(tǒng)投影帶覆蓋不全、邊緣精度不高等問題，滿足了特大區(qū)域城市軌道交通跨帶的設(shè)計、施工、管理、運(yùn)營等多方面的要求[3]。

2.2 城市軌道首級控制網(wǎng)穩(wěn)定性與可靠性技術(shù)

本項目在選點(diǎn)及其點(diǎn)位布設(shè)上，參照INSAR地面歷史監(jiān)測數(shù)據(jù)與GZCORS淺層地殼監(jiān)測成果，采用圖形優(yōu)化方法，科學(xué)選點(diǎn)，有效保證了控制網(wǎng)網(wǎng)點(diǎn)的可靠性與穩(wěn)定性；在點(diǎn)位埋設(shè)上，充分考慮保存與利用的雙重需要，采取基巖鉆孔點(diǎn)位的建立方法，埋設(shè)高穩(wěn)定性的基巖控制點(diǎn)，有效保持點(diǎn)位穩(wěn)定性；在點(diǎn)位穩(wěn)定性監(jiān)測上，與GZCORS站進(jìn)行聯(lián)測檢測，實(shí)現(xiàn)了控制網(wǎng)穩(wěn)定性的實(shí)時動態(tài)化監(jiān)測，保證了整個控制網(wǎng)的可靠性[4]。

2.3 多網(wǎng)絡(luò)整體平差技術(shù)

本項目建立城市軌道框架網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)了城市軌道首級控制網(wǎng)的全覆蓋，并保持良好的兼容性，實(shí)現(xiàn)了與軌道交通歷史控制網(wǎng)的整體平差，有效地保證城市軌道交通控制網(wǎng)的精度與良好擴(kuò)展性。首先利用重合點(diǎn)及其歷史觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行總體平差，保持控制網(wǎng)總體兼容性與精度統(tǒng)一，較好解決了現(xiàn)有軌道與新建線路接駁精度問題，保證新建軌道控制網(wǎng)的可擴(kuò)展性與可利用性；其次規(guī)范了數(shù)據(jù)處理策略，確定平差模型、參數(shù)設(shè)置、相關(guān)分級精度指標(biāo)與觀測、復(fù)測模式，較好地解決了城市軌道框架網(wǎng)與分級網(wǎng)、施工網(wǎng)施測、數(shù)據(jù)處理等關(guān)鍵技術(shù)問題[5]。

2.4 快速、高效生產(chǎn)作業(yè)模式

本項目在施測過程中，充分利用連續(xù)運(yùn)行基準(zhǔn)站無人值守、連續(xù)觀測的優(yōu)勢，如聯(lián)測了GZCORS系統(tǒng)橫瀝、沙頭、五山、永和以及新華等5個基準(zhǔn)站。通過引入連續(xù)運(yùn)行基準(zhǔn)站增加了全網(wǎng)站點(diǎn)數(shù)，增強(qiáng)了控制網(wǎng)圖形強(qiáng)度，強(qiáng)化了網(wǎng)形聯(lián)系，大大提高了全網(wǎng)解算精度和成果可靠性。

本項目在實(shí)施精密水準(zhǔn)觀測時，針對北部山區(qū)特點(diǎn)，采用精密三角高程、GPS跨河水準(zhǔn)觀測（結(jié)合GZGEOID）等一系列新技術(shù)，替代一部分二等水準(zhǔn)觀測方式，減少了傳統(tǒng)水準(zhǔn)測量外業(yè)工作量。全網(wǎng)約370個水準(zhǔn)點(diǎn)，共進(jìn)行二等水準(zhǔn)測量1 149 km（如按常規(guī)二等水準(zhǔn)觀測，設(shè)計長度超過4 000 km），其中跨河水準(zhǔn)測量30余處（其中約60%采用GPS跨河水準(zhǔn)觀測）。

2.5 三維空間框架體系融合應(yīng)用

廣州市三維空間框架體系主要包括GZCORS與GZGEOID支撐成果[1]。本項目將GZCORS全天候觀測星歷數(shù)據(jù)與軌道交通首級控制網(wǎng)觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行融合，有效保證了城市首級平面網(wǎng)與軌道交通首級控制網(wǎng)的高度兼容；在城市軌道交通高程網(wǎng)水準(zhǔn)整體平差時，引入GZGEOID成果作為約束因子，有效提高了城市軌道網(wǎng)高程精度[5,6]。

3 應(yīng)用效果

本項目的研究成果成功地在廣州市城市軌道首級控制網(wǎng)建設(shè)中得到全面應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了全市10余條不同歷史時期新舊控制網(wǎng)（國家鐵路、城際軌道交通網(wǎng)）的大規(guī)模精密銜接，也為今后廣州市軌道交通的后續(xù)規(guī)劃線路預(yù)留充分的發(fā)展空間。提交的成果已在地鐵線路及站點(diǎn)詳細(xì)設(shè)計、施工導(dǎo)線網(wǎng)布設(shè)、隧道精密掘進(jìn)、無碴軌道鋪設(shè)以及施工及運(yùn)營安全監(jiān)測等各項工作中得到了廣泛應(yīng)用，取得了顯著的效益[7]。

[1]付仲花，劉靜. GPS在地鐵控制測量中的應(yīng)用[J].地理空間信息,2013,11(1)：45-48

[2]李春華, 張獻(xiàn)州. GPS技術(shù)在成都市地鐵建設(shè)中的應(yīng)用[J].測繪工程, 2003, 12(3)：26-28

[3]張亞勇. 二等跨河水準(zhǔn)測量在城市軌道交通工程中的應(yīng)用實(shí)例分析[J].鐵道勘察, 2008(3): 29-30

[4]姜雁飛，唐紅軍. 利用GPS建立城市軌道交通專用坐標(biāo)系和平面控制網(wǎng)的探討[J].測繪通報, 2010(9): 19-22

[5]楊光.基于CORS平臺的三維坐標(biāo)在線轉(zhuǎn)換系統(tǒng)[J]. 測繪通報, 2008(11)：10-13

[6]楊光，林鴻，歐海平，等. 廣州市亞厘米級高精度似大地水準(zhǔn)面的確定[J]. 測繪通報，2007(1)：24-32

[7]黃義勇，李珊. 城市軌道交通控制網(wǎng)布設(shè)及數(shù)據(jù)處理方案[J].城市勘測,2009(4)：36-37