特大區域城市軌道交通首級控制網建設研究

劉 敏

（1．廣州市城市規劃勘測設計研究院，廣東 廣州 510060）

軌道交通工程線路控制網作為城市軌道建設的一個重要組成部分，具有控制全局與指導生產的作用。本文以廣州城市軌道控制網建設為切入點，分析了特大區域城市首級控制網建設的難度與技術特點，從規程建設入手建設高精度空間坐標基準，從底層設計上保證了高精度與全覆蓋；在數據觀測、數據處理及其后期維護方面進行了大量的技術創新，為特大區域城市軌道首級控制網建設提供了典范。

1 建設難度與技術特點

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

1）建設周期長。廣州軌道交通建設歷史證明，特大區域城市軌道建設經過一個長期過程，新舊城市軌道網之間的銜接、兼容是城市軌道建設無法回避的技術問題。

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

3）精度要求高。軌道交通隧道貫通和線路建設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范》明確要求：最弱點點位中誤差≤±12 mm，相鄰點相對點位中誤差≤±10 mm，最弱邊相對中誤差≤1/100 000，不同線路控制網重合點坐標較差≤±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建設覆蓋全市10余條不同時期、不同階段建設的線網，存在新舊控制網的協調以及點位兼容等難題。除要求控制網本身的高精度外，還應保持精度均勻性，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）控制點選點要求高。規范設計要求每個站點有一個平面控制點，且每個控制點至少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，從而增大了外業選點的難度。

6）控制網情況復雜。軌道建設線路（已建成線路9條、在建線路13條、遠景規劃若干條）與國家高速鐵路網（武廣高鐵、貴廣高鐵、廣珠城際高鐵等）、城際軌道交通網（廣佛地鐵、穗莞城際軌道交通）銜接，要求軌道首級框架網具有良好擴展性，要實現各線路異構網的融合，為國家高速鐵路網、城際軌道交通網、城市軌道交通網建設提供空間框架支撐。

7）外業觀測難度大。廣州市軌道交通建設線路大多位于中心市區，對于精密GPS測量和精密水準測量而言，觀測環境較差、測量難度較大；此外，廣州地處珠江三角洲沖積平原，市內河流眾多，珠江等超大河流密布，跨河水準測量距離較遠，不利于水準外業觀測的實施，既對跨河水準提出更高要求，也增加了水準網優化設計的難度[2]。

2 關鍵技術

2.1 多投影帶重疊投影技術

本項目針對特大區域多個跨帶及其投影帶邊緣精度不高的特點，在原有地方坐標（廣州市平面坐標系）的基礎上，改變原有的克拉索夫斯基橢球參數，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系中央子午線進行平移，建立東投影帶坐標系，為特大區域城市軌道交通建設提供與歷史資料相兼容的，與其他線網相銜接的統一平面基準體系。

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

2.2 城市軌道首級控制網穩定性與可靠性技術

本項目在選點及其點位布設上，參照INSAR地面歷史監測數據與GZCORS淺層地殼監測成果，采用圖形優化方法，科學選點，有效保證了控制網網點的可靠性與穩定性；在點位埋設上，充分考慮保存與利用的雙重需要，采取基巖鉆孔點位的建立方法，埋設高穩定性的基巖控制點，有效保持點位穩定性；在點位穩定性監測上，與GZCORS站進行聯測檢測，實現了控制網穩定性的實時動態化監測，保證了整個控制網的可靠性[4]。

2.3 多網絡整體平差技術

本項目建立城市軌道框架網，實現了城市軌道首級控制網的全覆蓋，并保持良好的兼容性，實現了與軌道交通歷史控制網的整體平差，有效地保證城市軌道交通控制網的精度與良好擴展性。首先利用重合點及其歷史觀測數據進行總體平差，保持控制網總體兼容性與精度統一，較好解決了現有軌道與新建線路接駁精度問題，保證新建軌道控制網的可擴展性與可利用性；其次規范了數據處理策略，確定平差模型、參數設置、相關分級精度指標與觀測、復測模式，較好地解決了城市軌道框架網與分級網、施工網施測、數據處理等關鍵技術問題[5]。

2.4 快速、高效生產作業模式

本項目在施測過程中，充分利用連續運行基準站無人值守、連續觀測的優勢，如聯測了GZCORS系統橫瀝、沙頭、五山、永和以及新華等5個基準站。通過引入連續運行基準站增加了全網站點數，增強了控制網圖形強度，強化了網形聯系，大大提高了全網解算精度和成果可靠性。

本項目在實施精密水準觀測時，針對北部山區特點，采用精密三角高程、GPS跨河水準觀測（結合GZGEOID）等一系列新技術，替代一部分二等水準觀測方式，減少了傳統水準測量外業工作量。全網約370個水準點，共進行二等水準測量1 149 km（如按常規二等水準觀測，設計長度超過4 000 km），其中跨河水準測量30余處（其中約60%采用GPS跨河水準觀測）。

2.5 三維空間框架體系融合應用

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全天候觀測星歷數據與軌道交通首級控制網觀測數據進行融合，有效保證了城市首級平面網與軌道交通首級控制網的高度兼容；在城市軌道交通高程網水準整體平差時，引入GZGEOID成果作為約束因子，有效提高了城市軌道網高程精度[5,6]。

3 應用效果

本項目的研究成果成功地在廣州市城市軌道首級控制網建設中得到全面應用，實現了全市10余條不同歷史時期新舊控制網（國家鐵路、城際軌道交通網）的大規模精密銜接，也為今后廣州市軌道交通的后續規劃線路預留充分的發展空間。提交的成果已在地鐵線路及站點詳細設計、施工導線網布設、隧道精密掘進、無碴軌道鋪設以及施工及運營安全監測等各項工作中得到了廣泛應用，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用[J].地理空間信息,2013,11(1)：45-48

[2]李春華, 張獻州. GPS技術在成都市地鐵建設中的應用[J].測繪工程, 2003, 12(3)：26-28

[3]張亞勇. 二等跨河水準測量在城市軌道交通工程中的應用實例分析[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系和平面控制網的探討[J].測繪通報, 2010(9): 19-22

[5]楊光.基于CORS平臺的三維坐標在線轉換系統[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布設及數據處理方案[J].城市勘測,2009(4)：36-37