軌道交通燕房線衛星定位控制網的實施

潘舒放 鐘永松

(1.北京市地質工程勘察院，北京 100048;2.北京水規院京華工程管理有限公司，北京 100101)

軌道交通燕房線衛星定位控制網的實施

潘舒放1鐘永松2

(1.北京市地質工程勘察院，北京 100048;2.北京水規院京華工程管理有限公司，北京 100101)

衛星定位控制網是軌道交通工程測量的首級平面控制網，其測量成果是保證軌道交通工程順利建設的基礎。本文從衛星定位控制網設計、外業觀測、基線向量解算、衛星定位控制網平差、精度分析等方面介紹了北京軌道交通燕房線衛星定位控制網的實施，并根據實際作業情況對控制網布設和觀測提出相應的建議。

軌道交通 衛星定位控制網 基線解算 網平差 精度指標

1 引言

北京軌道交通燕房線連接房山燕化地區和房山主城區，在蘇莊站與地鐵房山線實現換乘。燕房線工程包括主線和房山線西延伸段兩部分，遠期規劃了通往周口店的支線部分。線路沿燕房路-京周路-大件路-長虹西路走行。線路總長約16.6km(燕房線主線長14.4km，房山線西延伸段長2.2km)，全線共設8座高架車站和閻村北停車場。

軌道交通燕房線主要沿現有道路敷設，兩側有大量輸電、電信、通訊等市政工程線纜及相關大功率信號源。其中西段位于房山老城區繁華地段，沿燕房路路中走行，線路兩側多為住宅小區、臨街商鋪，測區建筑物密集，道路相對狹窄；中段沿京周路南側敷設，交通繁忙，車流量巨大；東段穿越大紫草塢村及西六環，涉及大量拆遷。總體來說測區布網跨度及難度較大，對衛星定位控制網的布設和外業觀測造成了一定困難。

軌道交通工程平面控制網分兩個等級布設，一等為衛星定位控制網，二等為精密導線網[1,2]。其中精密導線網為分段附合導線、閉合導線或結點導線網的形式，以衛星定位控制點為起算依據[3，4]，因此衛星定位控制網測量是整個軌道交通工程平面控制的基礎。

2 測量坐標系統及起算控制點

北京軌道交通燕房線衛星定位控制網測量的坐標系統采用北京地方坐標系。起算控制點選取線路周邊4個北京市C級GPS控制點和1個B級GPS控制點作為起算依據，所有起算點的精度和穩定性均滿足測量要求。

3 衛星定位控制網設計

3.1 布點原則

充分利用測區衛星遙感影像圖，結合現場踏勘的實際情況，將衛星定位控制點選在有利于長期保存、施測方便和高架橋梁施工影響范圍以外穩定的地方，具體選點原則如下：

(1)控制點選擇在視野開闊的地方，充分考慮周圍樹木、建筑物，避開多路徑效應影響。

(2)盡量遠離無線電發射裝置和高壓輸電線，避免磁場對信號的干擾。

(3)點位便于精密導線點的布設。

(4)考慮與既有地鐵房山線衛星定位控制網的銜接。

布網時，首先確定作為精密導線網分段附合導線控制邊的衛星定位控制點，由于控制點間要求通視，長度根據實際情況最短控制在700m左右[5]，其余控制點根據上述原則確定點位。考慮燕房線遠期規劃支線建設的需要，在支線與主線銜接處(饒樂府站附近)預留2個控制點。由于受城市道路建設影響，線路東段與房山線銜接部分附近只有1個保存完好的控制點(FSG02)，因此在控制網設計時重合了該點，將其納入到燕房線衛星定位控制網中。

3.2 控制點埋設及管理

軌道交通工程施工周期一般較長，為保證控制點堅固、穩定，所有衛星定位控制點均采用地面鉆孔埋設標石的方式。同時為了方便使用和資料管理，對控制點統一按序編號，編號字頭冠以大寫英文字母“YFG**”, 其中英文字母YF表示軌道交通燕房線工程，G表示GPS。

3.3 布網情況

軌道交通燕房線衛星定位控制網采用邊連式構網，由33個控制點組成，其中包含5個起算點(房山區政府、坨里北、良鄉、車廠村南、石樓北)、27個新布設待測點(YFG01-YFG27)和1個既有地鐵房山線衛星定位控制點(FSG02)。控制網中最短邊長601m，最長邊長18858m。衛星定位控制點點位布設如圖1所示。

3.4 技術指標

根據《城市軌道交通工程測量規范》(GB 50308-2008)，衛星定位控制網按C級要求進行，主要技術指標如表1所示。

表1 衛星定位控制網主要技術指標

4 外業觀測

衛星定位控制網的觀測采用載波相位靜態相對定位模式，采用9臺Leica GPS雙頻接收機進行外業測量作業，其中包括4臺Leica GS15型GPS雙頻接收機(標稱精度精度不低于3mm±0.5ppm)，5臺Leica 1230型GPS雙頻接收機(標稱精度不低于5mm±1ppm)，所有儀器均經過有關機構檢定并在有效期內。

外業觀測按制定的觀測計劃進行，共觀測6個時段，具體觀測時段如表2所示。觀測前對全部接收機及天線設備進行全面檢查，并根據編制的衛星可見性預報表及衛星星歷，選擇最佳觀測時段。將GPS接收機設備分別安置在網中多邊形的各個端點上，對基線邊同步觀測4顆及4顆以上的衛星。儀器嚴格對中整平，對中誤差小于2mm。每時段觀測前后分別量取天線高，讀數至毫米，較差小于3mm，取兩次讀數平均值作為作為最后結果。觀測時段長度大于90分鐘，衛星高度角≥15°，幾何圖形強度因子(PDOP)≤6，重復設站數≥2[1,6]。每日觀測結束后及時將存儲介質上的觀測數據下載，確保觀測數據不丟失。

表2 觀測時段表

5 基線解算

基線解算是對2臺及以上接收機同步觀測值進行獨立基線向量的平差計算。外業觀測數據經檢驗后采用LEICA GPS接收機隨機數據處理軟件LGO V7.0進行基線解算，采用衛星廣播星歷坐標值作為基線解的起算數據；小于8kn的短基線采用雙差相位觀測值和雙差固定解，8-30km長基線擇優選擇雙差固定解和雙差浮點解；涉及周跳較多或數據質量欠佳的時段，對其衛星進行刪除或用分段處理的技術進行結算。全網共50個觀測文件，觀測33個控制點，形成184條基線，15條重復基線，182個同步環和176個異步環。按照規范要求，外業觀測全部數據基線解算后，進行同步環、異步環閉合差及重復基線較差檢核，各項檢核統計情況如下：

5.1 同步環閉合差

所有同步環各坐標分量及全長閉合差均滿足限差要求。同步環中X方向最大坐標分量閉合差Wx=3.2mm，限差4.1mm，Y方向最大坐標分量閉合差Wy=3.5mm，限差4.9mm，Z方向最大坐標分量閉合差Wz=2.9mm，限差4.9mm，最大全長閉合差W=4.7mm，限差7.0mm，最小全長閉合差W=0.2mm，限差3.3mm；最大相對精度為0.50ppm，最小相對精度為0.02ppm。

5.2 異步環閉合差

獨立基線共構成的所有異步環各坐標分量及全長閉合差均滿足限差要求。異步環中X方向最大坐標分量閉合差Wx=14.1mm，限差29mm，Y方向最大坐標分量閉合差Wy=21mm，限差29mm，Z方向最大坐標分量閉合差Wz=9.5mm，限差27.2mm，最大全長閉合差為W=25.8mm，限差為50.3mm，最小全長閉合差為W=2.6mm，限差為47.4mm；最大相對精度為3.45ppm，最小相對精度為0.26ppm。

5.3 重復基線較差

所有重復基線較差均滿足限要求。重復基線中最大基線長度較差dn=6.9mm，限差為16.0mm，最小基線長度較差dn=0.2mm，限差為14.9mm。

6 網平差

數據網平差分三維無約束平差和二維約束平差兩個步驟進行，參與平差的基線為184條，平差點數為33個。把基線向量作為基本觀測值，根據各基線向量的協方差陣定權后進行平差，計算出各控制點的坐標。

6.1 三維無約束平差

把全部獨立基線構成閉合圖形，以三維基線向量以及相應方差、協方差陣作為觀測信息，以車廠村南(CCCN)的WGS-84坐標系的三維坐標作為起算數據，在WGS-84坐標系中進行三維無約束平差，得到衛星定位控制點在WGS-84坐標系下的三維坐標，坐標差觀測值的總改正數，基線邊長以及點位和邊長的精度信息。

三維無約束平差后控制網中坐標差觀測值總改正數等各項精度指標均滿足要求，其中最弱邊(CCCN-SLB，邊長9505.753m)X方向中誤差17.4mm，Y方向中誤差19.5mm，Z方向中誤差14.0mm,中誤差29.6mm，相對誤差1∶320743；最弱點(SLB)點位中誤差29.6mm，X方向中誤差13.1mm，Y方向中誤差11.1mm，Z方向中誤差24.1mm。

6.2 二維約束平差

在北京地方坐標系中進行約束平差和精度評定。平差中放棄已知點高程信息，全網聯測了5個城市控制點，經過數據兼容性檢核，石樓北與其他4個控制點兼容性較差，最終選擇房山區政府、坨里北、良鄉、車廠村南4個控制點作為固定點，石樓北作為檢核點，以此進行約束平差計算。

二維約束平差后控制網各項精度指標均滿足規范要求，其中最弱邊(YFG26-FSG02，邊長2540.019m)中誤差9.3mm，其X方向中誤差7.3mm，Y方向中誤差5.8mm，相對誤差1∶272148；最弱點(YFG04)點位中誤差8.7mm，其X方向中誤差6.9mm，Y方向中誤差5.2mm，滿足規范要求12mm；最大相鄰點點位相對中誤差6.2mm；與既有地鐵房山線重合點(FSG02)坐標較差為12m；與原有城市控制點(SLB)坐標較差29mm。

在后處理過程中，除了使用LECIA LGO進行平差處理外，還使用第三方軟件HDS2003數據處理軟件進行計算和比較，計算結果均滿足規范要求。約束平差中，采用了多種約束方法，不同組合進行多次平差，得出最優結果。

7 總結

軌道交通燕房線衛星定位控制網嚴格按照經審批的技術方案實施，選點、埋石、外業觀測、數據處理等作業過程均符合規范要求；測量成果可靠，各項精度指標滿足相關規范要求和精密導線網測量的需要。

結合本次衛星定位控制網的實施，對軌道交通工程控制網測量有如下體會：1、衛星定位控制網測量雖然沒有控制點間的通視要求，但根據軌道交通工程測量的特點，點位布設時應充分考慮與既有線的重合及規劃線路的銜接，因此應充分利用遙感影像進行選點，尤其是線路沿城鎮街區、車流量大的道路敷設和選點難度大的地方；2、特別注意作為導線起算邊的控制點間距離，有利于提高基線解算精度；同時，基線解算如能采用精密星歷也有利于提高整個控制網的精度；3、不同的投影方式產生不同的變形量，因此二維平差時選擇合適的投影至關重要，尤其注意投影帶的選擇，務必選擇當地坐標系統所采用的投影帶；4、進行約束平差時應采用多種約束方法，對平差成果進行檢核。

[1] 秦長利.GB50308-2008.城市軌道交通工程測量規范 [S]. 北京：中國建筑工業出版社,2008.

[2] 秦長利.城市軌道交通工程測量 [M]. 北京：中國建筑工業出版社,2008.

[3] 曹華生.淺談GPS和精密導線在軌道交通控制測量中的應用 [J]. 北京測繪,2014,(6):44-47.

[4] 王曉芳,唐青松.成都地鐵三號線控制網的布設 [J]. 城市勘測,2014,(3):103-106.

[5] 史秀保,袁崢.寧波軌道交通1號線一期工程GPS控制網建立及精度分析 [J]. 城市勘測,2009,(5):82-84.

[6] 彭定波.軌道交通11號線北段二期GPS控制網的研究 [J]. 城市道橋與防洪,2009,(8):200-206.

The Implementation of GPS Control Network for Rail Transit Yan-Fang Line

PAN Shu-fang1;ZHONG Yong-song2

(1.Beijing Institute of Geological & Prospecting Engineering,Beijing 100048,China;2.PDI JingHua Engineering Management Co.,Ltd,Beijing 100101,China)

GPS control network is the primary level planar control network of rail transit engineering surveying,and it’s result is the base of rail transit construction.This paper introduce the implementation of GPS control network for Beijing rail transit YanFang Line from GPS control network design、field surveying、baseline vector calulating、control network adjustment and precision analysis，and give some suggestions on control network design and field surveying according to the actual survey situation.

rail transit; GPS control network; baseline calulating; network adjustment; precision index

2016-03-19

P228.1

B

1007-3000(2016)06-4