成都市地鐵一號線控制網(wǎng)的布設(shè)

成都市地鐵一號線控制網(wǎng)的布設(shè)

[摘要]本文介紹了成都市地鐵一號線平面及高程控制網(wǎng)布設(shè)的過程，通過對精度指標(biāo)的分析，總結(jié)了地鐵控制網(wǎng)區(qū)別于城市傳統(tǒng)控制網(wǎng)的特點。[關(guān)鍵詞]地鐵;ＧＰＳ;精密導(dǎo)線;精密水準(zhǔn)

成都市地鐵工程是根據(jù)城市總體規(guī)劃擬建的重大建設(shè)項目，工程投資大，建設(shè)周期長，對社會和經(jīng)濟發(fā)展都具有深遠(yuǎn)的影響。作為工程的前期準(zhǔn)備，2001年11月成都市勘察測繪研究院承擔(dān)了成都地鐵一號線工程平面控制網(wǎng)和高程控制網(wǎng)的布設(shè)任務(wù)，并于2002年1月布設(shè)完成，2004年11月對該網(wǎng)進(jìn)行了復(fù)測?？刂凭W(wǎng)成果精度優(yōu)良，能夠滿足地鐵測量規(guī)范的要求。本文通過該工程，就地鐵控制網(wǎng)的特點與業(yè)內(nèi)同行進(jìn)行交流探討，現(xiàn)將控制網(wǎng)布設(shè)的情況介紹如下。1工程概況

成都地鐵一號線工程規(guī)劃設(shè)計線路呈“?！毙危啬媳狈较蜇灤┦袇^(qū)，全線長約25ｋｍ，沿線設(shè)有10余個車站。測區(qū)大部分為繁華地段，車輛眾多，行人擁擠，沿線高層建筑物林立，大功率信號源密布，使平面控制網(wǎng)選點和觀測極為困難。

控制網(wǎng)的布設(shè)按照《地下鐵道、輕軌交通工程測量規(guī)范》(以下簡稱《規(guī)范》)的相關(guān)規(guī)定進(jìn)行，網(wǎng)形沿地鐵走向呈帶狀分布。平面控制網(wǎng)分兩級布設(shè)，首級為ＧＰＳ控制網(wǎng)，二級為精密導(dǎo)線網(wǎng)。高程控制網(wǎng)為精密水準(zhǔn)網(wǎng)。2控制網(wǎng)精度指標(biāo)

《規(guī)范》總則中規(guī)定，地鐵橫向貫通中誤差應(yīng)在±50ｍｍ之內(nèi)，高程貫通中誤差應(yīng)在±25ｍｍ之內(nèi)。分配到地面控制測量的橫向中誤差為±25ｍｍ，地面高程控制測量的中誤差為±16ｍｍ。在此基礎(chǔ)上《規(guī)范》制定了平面及水準(zhǔn)控制網(wǎng)的主要技術(shù)指標(biāo)，作為本工程控制網(wǎng)技術(shù)設(shè)計的依據(jù)。3首級ＧＰＳ控制網(wǎng)3.1布網(wǎng)方案

平面控制網(wǎng)采用成都市坐標(biāo)系統(tǒng)，投影面采用城市平均高程面，選擇原城市坐標(biāo)系統(tǒng)也便于地鐵成果與已有的城市勘測資料銜接。根據(jù)甲方要求，并結(jié)合本工程具體情況，地鐵一號線首級ＧＰＳ控制網(wǎng)在每個地鐵車站附近布設(shè)了至少1個ＧＰＳ點，每個ＧＰＳ點至少有2個通視方向，地鐵線路交叉地段至少布設(shè)一對ＧＰＳ點。同時，在測區(qū)范圍內(nèi)及周邊區(qū)域選擇了9個滿足ＧＰＳ觀測條件的原城市高等級控制點，作為起算數(shù)據(jù)選擇的依據(jù)或作為重合點。全網(wǎng)共由51點組成，其中新選點42個，共觀測93條基線。網(wǎng)中最短邊長:327ｍ(不作為精密導(dǎo)線起算邊)，最長邊長:25617ｍ，平均邊長2285ｍ?？刂凭W(wǎng)圖見圖1。3.2觀測及基線數(shù)據(jù)處理

ＧＰＳ測量選用4臺Ｔｒｉｍｂｌｅ5700雙頻接收機進(jìn)行觀測，同步觀測時間不小于60分鐘，對控制網(wǎng)中的長邊基線大地四邊形觀測時間為360分鐘。基線解算完成后經(jīng)同步環(huán)、異步環(huán)的檢驗，成果精度優(yōu)良。檢驗結(jié)果見表1。3.3平差計算3.3.1ＷＧＳ—84坐標(biāo)系中的無約束平差

在ＷＧＳ—84坐標(biāo)系中的無約束平差后，其相對精度最弱值為1/220871(327.241ｍ)，最強值達(dá)到了1/4446382(25617.985ｍ)，無約束平差的精度統(tǒng)計見表2。3.3.2成都坐標(biāo)系中的約束平差

根據(jù)《規(guī)范》要求，地鐵控制網(wǎng)應(yīng)按獨立網(wǎng)的原則進(jìn)行布設(shè)，ＧＰＳ控制網(wǎng)與原控制點坐標(biāo)較差<50ｍｍ。本控制網(wǎng)中聯(lián)測的9個原城市高等級控制點，由于布網(wǎng)時間不同、觀測手段限制等歷史原因，其精度不可能全部達(dá)到地鐵規(guī)范要求。因此約束平差時，需要對聯(lián)測的已知點進(jìn)行精度檢驗和篩選，使作為約束條件的已知點既能最大限度保證地鐵控制網(wǎng)與原城市坐標(biāo)系統(tǒng)的兼容，又不會破壞ＧＰＳ網(wǎng)本身的精度。通過數(shù)據(jù)分析并結(jié)合建設(shè)單位專家組意見，決定固定一個基準(zhǔn)點和一個基準(zhǔn)方位作為約束條件進(jìn)行平差。其中點位中誤差最大為±9.75ｍｍ;最小為±2.08ｍｍ;平均值為±5.68ｍｍ，均小于《規(guī)范》要求的±12ｍｍ。

其中，相對中誤差最弱為1/221007(327.267ｍ);最強為1/6093959(25620.028ｍ)，平均為1/1255285，均小于《規(guī)范》要求的1/90000。

由于使用起算數(shù)據(jù)較少，而需要兼顧的因素又較多，故已知點篩選過程嚴(yán)格而繁瑣，對平差后的基線又用全站儀進(jìn)行了反復(fù)檢核，以確保成果的正確。4精密導(dǎo)線網(wǎng)

精密導(dǎo)線網(wǎng)沿地鐵一號線走向布設(shè)，導(dǎo)線點起閉于首級ＧＰＳ控制點，采用附合導(dǎo)線或多結(jié)點導(dǎo)線網(wǎng)。為了便于定測和施工測量，精密導(dǎo)線點盡量設(shè)在地面，每個車站附近至少有3個精密導(dǎo)線點。精密導(dǎo)線網(wǎng)共由92點組成，網(wǎng)中新選導(dǎo)線點72點，最短邊138.689ｍ，最長邊527.115ｍ，平均邊長304.982ｍ。使用Ⅰ級全站儀ＬｅｉｃａＴＣ1800按照四等導(dǎo)線技術(shù)要求進(jìn)行觀測，嚴(yán)密平差后精度統(tǒng)計見表5。實際工作中，曾發(fā)生過導(dǎo)線超限的情況，經(jīng)用另一套Ｌｅｉｃａ1800對超限線路所有測站水平角進(jìn)行重測，其觀測較差最大值為±1.0″，證明水平角觀測不存在粗差。經(jīng)過分析我們認(rèn)為，地鐵《規(guī)范》中的精密導(dǎo)線總長度約3～5ｋｍ、平均邊長350ｍ，遠(yuǎn)小于傳統(tǒng)四等導(dǎo)線長度10ｋｍ、平均邊長1.5ｋｍ的規(guī)格，長度的縮短使達(dá)到同樣相對精度的難度增大;本工程由于現(xiàn)場條件限制邊長則更短，一些地段相鄰邊長相差較大，且在鬧市區(qū)觀測條件極為困難，容易引起誤差超限。后又在該線路上另埋設(shè)兩個臨時點以增加圖形強度，重新觀測平差后，測角中誤差降低為2.29″，最終滿足了《規(guī)范》的要求。就本工程而言，《規(guī)范》規(guī)定的精度指標(biāo)顯得比較苛刻，經(jīng)推算將測角中誤差放寬至2.9″、測距相對中誤差放寬至1/50000，即能滿足導(dǎo)線相鄰點相對中誤差±8ｍｍ、地面控制測量橫向中誤差±25ｍｍ的要求。5精密水準(zhǔn)網(wǎng)5.1布網(wǎng)方案

精密水準(zhǔn)網(wǎng)采用成都市原有高程系統(tǒng)。每個車站及車輛段布設(shè)了2個以上水準(zhǔn)點，共埋設(shè)24個深埋標(biāo)石和22個墻標(biāo)，另將沿線可利用的14個城市二等水準(zhǔn)點和所有的地面精密導(dǎo)線點均納入水準(zhǔn)觀測線路。為了提高圖形強度，確保相鄰車站高程的相對精度，設(shè)計了較多的閉合環(huán)線，共計形成水準(zhǔn)環(huán)17個，線路長度約110ｋｍ。5.2觀測及平差計算

精密水準(zhǔn)網(wǎng)的觀測使用ＤＳ05級儀器ＺｅｉｓｓＮｉ004，按二等水準(zhǔn)測量技術(shù)要求進(jìn)行，經(jīng)檢核各項觀測精度指標(biāo)均優(yōu)于地鐵《規(guī)范》要求。為了保證整個水準(zhǔn)網(wǎng)精度不受起始數(shù)據(jù)誤差影響，本網(wǎng)按獨立網(wǎng)進(jìn)行平差計算，沿線已有的二等水準(zhǔn)點高程值作為本次成果的檢測值。嚴(yán)密平差后精度統(tǒng)計見表6。6控制網(wǎng)的復(fù)測

2001年控制網(wǎng)布設(shè)完成后，通過了專家的評審驗收，并向建設(shè)單位提交了成果。2004年，地鐵一號線工程開始局部啟動，為保證施工順利進(jìn)行，我院按照原布網(wǎng)的精度要求對該控制網(wǎng)進(jìn)行了復(fù)測。由于距首次布網(wǎng)已近3年，期間成都市諸多市政建設(shè)項目大規(guī)模實施，不可避免地對沿線原控制點造成一定程度的影響，其中地面埋石點破壞較多。在復(fù)測中，對控制網(wǎng)中局部被破壞的點位進(jìn)行了重新補埋，對尚存的控制點進(jìn)行了校核。復(fù)測的網(wǎng)形和線路及施測過程與2001年基本相同，復(fù)測后新成果與原成果較差統(tǒng)計見表7。通過復(fù)測成果與原成果的比較，證明原成果精度是可靠的。由于ＧＰＳ控制點大多布設(shè)于不易破壞的房頂，雖歷經(jīng)3年，平面控制網(wǎng)未發(fā)生明顯變形。埋設(shè)于地面的精密水準(zhǔn)點由于各種因素影響，高程有正常的微小沉降。最后以復(fù)測的新成果提交建設(shè)單位作為施工控制依據(jù)。7經(jīng)驗及體會

(1)地鐵控制網(wǎng)是針對特殊工程的專用獨立控制網(wǎng)，精度要求高于同等級的城市控制網(wǎng)。布點時應(yīng)認(rèn)真了解建設(shè)單位需求，須綜合考慮線路走向、站點分布、控制點密度、長期保存性等因素，精心設(shè)計。

(2)地鐵首級ＧＰＳ網(wǎng)的規(guī)格，大致相當(dāng)于傳統(tǒng)控制網(wǎng)中的四等網(wǎng)，但精度指標(biāo)卻高于傳統(tǒng)的三等網(wǎng)。盡管精度指標(biāo)提高了一個等級，采用ＧＰＳ觀測還是比較容易滿足要求的。約束平差時應(yīng)注意慎重選擇起算數(shù)據(jù)，既要防止ＧＰＳ網(wǎng)變形，又應(yīng)保證與原系統(tǒng)兼容。

(3)地鐵精密導(dǎo)線精度指標(biāo)大致相當(dāng)于傳統(tǒng)四等導(dǎo)線的要求，但邊長卻遠(yuǎn)小于后者。地鐵線路大多經(jīng)過繁華鬧市區(qū)，選點限制條件多，觀測條件也較差，要取得符合《規(guī)范》要求的精度是不