重慶市軌道交通整體控制網(wǎng)建設(shè)研究

陳華剛 ，郭彩立，岳仁賓

(重慶市勘測院，重慶 400020)

1 引 言

近年來，軌道交通已經(jīng)逐漸成為城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的重要組成部分，對緩解城市日益嚴峻的交通壓力具有不可替代的作用。重慶市軌道交通規(guī)劃線網(wǎng)(2014年～2020年)總里程約400 km。現(xiàn)有城市GPS控制點由于施測年代久遠，點位破壞嚴重，點位密度不夠。同時限于當(dāng)時的測量手段，控制網(wǎng)自身精度不高，且各區(qū)域精度不均勻，無法滿足大規(guī)模軌道交通建設(shè)的要求。

《城市軌道交通工程測量規(guī)范》中特別提到:“城市近期規(guī)劃與建設(shè)的城市軌道交通線路較多構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)且原城市控制網(wǎng)不能滿足建設(shè)需要時，宜建立一個覆蓋全部線路的整體控制網(wǎng)”。

基于以上原因，并考慮到軌道交通建設(shè)的長遠發(fā)展以及后期的安全、健康運營，重慶市開展了軌道交通整體控制網(wǎng)建設(shè)及相關(guān)研究工作。

2 項目實施

2.1 布網(wǎng)方案

根據(jù)重慶市軌道交通規(guī)劃線路的分布情況，確定整體控制網(wǎng)布網(wǎng)方案。控制網(wǎng)由73 個GPS 控制點組成，其中聯(lián)測CORS 連續(xù)運行參考站點8 點，聯(lián)測已有城市控制點9 點，聯(lián)測已有軌道交通線路控制點8 點，新布設(shè)48 點，如圖1所示。

2.2 數(shù)據(jù)采集

圖1 重慶市軌道交通整體控制網(wǎng)圖

全網(wǎng)采用15 臺Trimble 雙頻GPS 接收機按靜態(tài)相對定位作業(yè)模式組網(wǎng)觀測，同步觀測時間大于240 min，觀測時段在UTC 時間0 h～24 h之間選取;觀測有效衛(wèi)星數(shù)不少于6 顆，衛(wèi)星高度角大于15°，衛(wèi)星分布幾何精度因子PDOP 不大于6，采樣間隔為10 s，各點平均重復(fù)設(shè)站數(shù)大于2 次，天線高的量取、外業(yè)觀測手簿的記錄等按規(guī)范要求執(zhí)行。

觀測數(shù)據(jù)采用TEQC 軟件進行了檢查，各時段觀測數(shù)據(jù)的觀測衛(wèi)星總數(shù)、數(shù)據(jù)可利用率、L1、L2 頻率的多路徑效應(yīng)影響MP1、MP2 均滿足規(guī)范要求。

2.3 數(shù)據(jù)處理

(1)基線解算

基線處理采用美國麻省理工學(xué)院和Scripps 研究所共同研制的GAMIT(Ver 10.4)軟件，先驗坐標采用差分辦法獲得，基線解算采用IGS 精密星歷。

在GAMIT 軟件基線解算過程中一項主要工作就是對觀測數(shù)據(jù)進行編輯，包括正確修正觀測數(shù)據(jù)中周跳和刪除大殘差觀測值。數(shù)據(jù)編輯一般采用AUTCLN模塊自動進行，對于質(zhì)量較差的數(shù)據(jù)則采用CVIEW 進行人工數(shù)據(jù)編輯，數(shù)據(jù)編輯工作完成后，生成干凈的觀測數(shù)據(jù)文件(X－文件)，用于基線解算。

在完成上述工作后，從干凈的X－文件開始，生成觀測方程并進行基線解算，得出每個時段的解。

(2)基線質(zhì)量檢驗

nrms 表示單時段解算出的基線值偏離其加權(quán)值的程度，是從歷元的模糊度解算中得出的殘差。對于GAMIT 軟件基線解的同步環(huán)檢驗，可以把基線解的nrms 值作為同步環(huán)質(zhì)量好壞的一個指標，一般要求nrms 值小于0.5，不大于1.0。

軌道交通規(guī)劃線路整體控制網(wǎng)基線解算nrms 值統(tǒng)計如表1所示。

表1 控制網(wǎng)同步環(huán)nrms 統(tǒng)計表

由上表可以看出，各同步環(huán)的nrms 值均在0.3 以內(nèi)，說明基線解算時周跳剔除效果很好。

(3)平差計算

選取滿足規(guī)范要求的獨立基線185 條，構(gòu)成獨立異步環(huán)104 個。平差計算采用武漢大學(xué)COSAGPS(V6.0)軟件，平差時采用從各同步觀測網(wǎng)中提取的獨立基線向量及其全協(xié)方差矩陣作為觀測量。

為了保證整體控制網(wǎng)與其他工程建設(shè)的需要，同時保持軌道交通整體控制網(wǎng)的穩(wěn)定性及軌道交通建設(shè)平面控制網(wǎng)的一致性，采用“巴南”、“合川”、“東泉”等8 個重慶GPS 綜合服務(wù)系統(tǒng)連續(xù)運行參考站為起算點進行平差計算。

GPS 網(wǎng)在重慶市獨立坐標系進行二維約束平差后，最弱點點位中誤差為10.2 mm;相鄰點點間中誤差最大為8.8 mm;最弱邊邊長相對精度是1/228 010，均優(yōu)于規(guī)范要求。

2.4 成果檢核

(1)全站儀實測邊長檢核

采用Leica TM30(標稱精度:測角0.5″，測距0.6+1 ppm)智能全站儀對整體控制網(wǎng)進行邊長抽樣檢測，結(jié)果如表2所示。

表2 整體控制網(wǎng)基線邊檢測統(tǒng)計表

由上表可見，抽樣檢測的4 條邊均滿足規(guī)范要求，在GPS 數(shù)據(jù)平差時將其作為固定邊進行聯(lián)合平差。

(2)與現(xiàn)有城市控制點比較

為了保證整體控制網(wǎng)與現(xiàn)有城市平面控制網(wǎng)的一致性，在布網(wǎng)時利用了部分原城市平面控制點，將平差結(jié)果與原成果進行比較，如表3所示。

表3 與原城市平面控制點成果比較表

由上表可以看出，重合點較差與現(xiàn)有城市獨立坐標系重合點較差均小于50 mm，滿足《城市軌道交通工程測量規(guī)范》要求。

(3)與已有軌道交通線路控制點比較

項目實施過程中，與已有軌道交通1、2、3、6 號線路控制網(wǎng)中8 個控制點進行了聯(lián)測，將本次平差結(jié)果與原成果進行比較，其點位較差最大為17.4 mm，滿足《城市軌道交通工程測量規(guī)范》中對于軌道交通不同時期之間的較差要求(25 mm)，保證軌道交通整體控制網(wǎng)與已有軌道交通各條線路控制網(wǎng)之間的兼容。

3 技術(shù)特色

(1)覆蓋范圍廣。由于要覆蓋整個軌道交通規(guī)劃線路，整體控制網(wǎng)覆蓋面積約6 000 km2，保證了各條線路控制網(wǎng)之間的無縫銜接，使軌道交通與重慶市城市坐標系統(tǒng)一致，與大型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)坐標系統(tǒng)一致，從而滿足大型工程設(shè)計規(guī)劃應(yīng)用。

(2)精度要求高。根據(jù)《城市軌道交通工程測量規(guī)范》要求，軌道交通線路控制網(wǎng)最弱點位中誤差限差為12 mm，相鄰點位中誤差限差為10 mm，最弱邊相對中誤差為1/100 000，給數(shù)據(jù)處理提出了更高的要求。項目實施過程中采用高精度解算軟件和嚴密的數(shù)據(jù)處理方案，保證了控制網(wǎng)的精度滿足并優(yōu)于規(guī)范的要求。

(3)兼容性高。軌道交通建設(shè)是一個長期的過程，經(jīng)常采用分線路、分期建設(shè)模式，涉及不同時期、不同線路之間的精確銜接。通過聯(lián)測已有軌道交通控制點，確保了控制網(wǎng)的兼容性。

(4)引入城市CORS。項目充分利用連續(xù)運行參考站無人值守的優(yōu)勢，將參考站數(shù)據(jù)加入軌道交通整體控制網(wǎng)中進行處理，大大增加了控制網(wǎng)站點數(shù)和觀測量、減少了不必要的設(shè)站、有效保證控制網(wǎng)的網(wǎng)形;另外，城市CORS 還可以用于維持軌道交通控制網(wǎng)的坐標基準，便于后續(xù)控制網(wǎng)的擴展、加密和更新。

(5)檢核數(shù)據(jù)豐富。項目采用多種檢核手段對項目成果進行了驗證，從而確保了項目成果的可靠性和適用性。

4 結(jié)論及建議

基于本項目建立的重慶市軌道交通整體控制網(wǎng)，已經(jīng)建立了多條軌道交通線路施工控制網(wǎng)，滿足了工程建設(shè)需要，驗證了項目成果的可靠性和準確性。

由于城市軌道交通建設(shè)是一個長期、復(fù)雜的過程，應(yīng)定期對控制網(wǎng)進行檢測，保證控制網(wǎng)的穩(wěn)定性、可靠性和現(xiàn)勢性，這個過程涉及的關(guān)鍵技術(shù)還需要開展進一步的研究。

［1］劉敏．特大區(qū)域城市軌道交通首級控制網(wǎng)建設(shè)研究［J］．地理空間信息，2013，29(4):8～10．

［2］GB 50308－2008．城市軌道交通工程測量規(guī)范［S］．

［3］黃義勇，李珊，梁守宏．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):56～58．

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［5］劉鵬程，戴建清，匡志威．長沙市城市快速軌道交通控制網(wǎng)的建立［J］．城市勘測，2011(3):91～93．