青島膠東國(guó)際機(jī)場(chǎng)控制網(wǎng)的建立及其精度分析

孟慶年，張洪德，王智，胡玉祥，尹相寶

(青島市勘察測(cè)繪研究院，山東 青島 266032)

1 引 言

膠東國(guó)際機(jī)場(chǎng)位于青島膠州市膠東街道，運(yùn)行等級(jí)為最高等級(jí)4F級(jí)，可起降A(chǔ)380等目前世界上最大的商用客機(jī)。膠東國(guó)際機(jī)場(chǎng)預(yù)計(jì)共建造獨(dú)立跑道4條，航站樓面積約 1.05 km2，整個(gè)機(jī)場(chǎng)占地區(qū)域約20多平方千米。為了提高膠東國(guó)際機(jī)場(chǎng)的輻射能力，膠東國(guó)際機(jī)場(chǎng)將與青島軌道交通8號(hào)線、14號(hào)線等多條地鐵線路相連接。機(jī)場(chǎng)區(qū)域的部分區(qū)域土質(zhì)較差，并且建設(shè)時(shí)間跨度較長(zhǎng)，這也為機(jī)場(chǎng)控制點(diǎn)的布設(shè)提出了較高要求，在布設(shè)的過程中要兼顧點(diǎn)位的均勻分布以及點(diǎn)位的穩(wěn)定性[1]。平面控制網(wǎng)采用GNSS靜態(tài)觀測(cè)，通過與青島連續(xù)運(yùn)行基準(zhǔn)站(QDCORS)進(jìn)行聯(lián)測(cè)，得到與城市坐標(biāo)系相符合的坐標(biāo)成果，這也極大地方便了相關(guān)的規(guī)劃和施工工作[2]。高程控制網(wǎng)采用二等水準(zhǔn)，與周邊的高等級(jí)水準(zhǔn)點(diǎn)進(jìn)行聯(lián)測(cè)。對(duì)于小型的工程，可以直接布設(shè)控制網(wǎng)，但由于機(jī)場(chǎng)面積較大，所以采用分級(jí)布網(wǎng)(首級(jí)控制網(wǎng)和加密控制網(wǎng))。加密控制網(wǎng)以首級(jí)控制網(wǎng)作為起算，所以在進(jìn)行加密控制網(wǎng)測(cè)量之前要對(duì)首級(jí)控制網(wǎng)按時(shí)進(jìn)行復(fù)測(cè)。

2 首級(jí)控制網(wǎng)的建立

由于膠東國(guó)際機(jī)場(chǎng)的占地面積很大，綜合考慮施工進(jìn)度，采用分級(jí)布網(wǎng)方式(首級(jí)控制網(wǎng)和加密控制網(wǎng))。首級(jí)控制網(wǎng)布設(shè)應(yīng)覆蓋整個(gè)機(jī)場(chǎng)的建設(shè)區(qū)域，既需要滿足后續(xù)施工的要求，同時(shí)還需要兼顧相關(guān)的軌道交通線路等工程，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況制定相應(yīng)的觀測(cè)計(jì)劃[3～5]。首級(jí)平面控制網(wǎng)采用GNSS靜態(tài)觀測(cè)的方式，使用6臺(tái)Trimble 5700雙頻接收，與4個(gè)QDCORS站、3個(gè)已知高等級(jí)控制點(diǎn)進(jìn)行聯(lián)測(cè)。首級(jí)高程控制網(wǎng)采用二等水準(zhǔn)的觀測(cè)方式，使用高精度水準(zhǔn)儀與附近3個(gè)高等級(jí)水準(zhǔn)點(diǎn)進(jìn)行聯(lián)測(cè)(控制網(wǎng)示意圖如圖1所示)。

圖1 膠東國(guó)際機(jī)場(chǎng)首級(jí)控制網(wǎng)觀測(cè)示意圖

2.1 首級(jí)平面控制網(wǎng)的建立

首級(jí)控制網(wǎng)新選埋6個(gè)點(diǎn)，按照三等GNSS衛(wèi)星定位測(cè)量控制網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行觀測(cè)，具體觀測(cè)技術(shù)參數(shù)如表1所示。

三、四等GNSS衛(wèi)星定位控制網(wǎng)測(cè)量作業(yè)技術(shù)參數(shù) 表1

首級(jí)控制網(wǎng)的平面以QDCORS的4個(gè)站作為起算，為了檢核控制網(wǎng)的精度，同時(shí)聯(lián)測(cè)3個(gè)已知的高等級(jí)控制點(diǎn)，具體流程如圖2所示：

膠東國(guó)際機(jī)場(chǎng)首級(jí)平面控制網(wǎng)外業(yè)共觀測(cè)4個(gè)時(shí)段，每個(gè)時(shí)段觀測(cè)4個(gè)小時(shí)，平均設(shè)站數(shù)2.7。對(duì)基線進(jìn)行處理得到180條合格基線，計(jì)算得到整個(gè)控制網(wǎng)的測(cè)量中誤差為 16.3 mm(限差 25.25 mm)[6，7]。對(duì)基線數(shù)據(jù)進(jìn)行三維無約束平差和二維約束平差，得到最弱邊的數(shù)據(jù)如表2、表3所示。

三維無約束平差最弱邊及其精度 表2

二維約束平差最弱邊及其精度 表3

由各項(xiàng)指標(biāo)可以得到膠東國(guó)際機(jī)場(chǎng)首級(jí)控制網(wǎng)的測(cè)量質(zhì)量較好，各項(xiàng)指標(biāo)滿足規(guī)范要求[8]，同時(shí)為了增加檢核，加測(cè)了3個(gè)已知點(diǎn)，得到對(duì)比結(jié)果如表4所示。

控制點(diǎn)坐標(biāo)較差表 表4

通過上述精度分析表明，膠東國(guó)際機(jī)場(chǎng)首級(jí)平面控制網(wǎng)各項(xiàng)精度指標(biāo)均達(dá)到規(guī)范要求，可以作為后續(xù)加密控制測(cè)量和機(jī)場(chǎng)工程測(cè)量的平面基準(zhǔn)。

2.2 首級(jí)高程控制網(wǎng)的建立

首級(jí)控制網(wǎng)的高程以新檢核的3個(gè)高等級(jí)水準(zhǔn)點(diǎn)作為起算，嚴(yán)格按照二等水準(zhǔn)進(jìn)行觀測(cè)，共生成3條附和線路(統(tǒng)計(jì)如表5所示)，計(jì)算得到每千米的高差中數(shù)偶然中誤差 0.77 mm(限差 1 mm)，各項(xiàng)指標(biāo)滿足規(guī)范要求[9]，平差結(jié)果可以作為后續(xù)加密控制測(cè)量和機(jī)場(chǎng)工程測(cè)量的高程基準(zhǔn)。

水準(zhǔn)線路閉合差統(tǒng)計(jì)表 表5

3 加密控制網(wǎng)的建立

3.1 首級(jí)控制網(wǎng)復(fù)測(cè)

由于膠東國(guó)際機(jī)場(chǎng)建造時(shí)間跨度較長(zhǎng)，首級(jí)控制網(wǎng)和加密控制網(wǎng)布設(shè)時(shí)間間隔較長(zhǎng)，所以期間應(yīng)該對(duì)首級(jí)控制網(wǎng)進(jìn)行復(fù)測(cè)，得到對(duì)比結(jié)果如表6所示：

根據(jù)復(fù)測(cè)結(jié)果與首次測(cè)量結(jié)果對(duì)比，可以得到首級(jí)控制網(wǎng)點(diǎn)點(diǎn)位穩(wěn)定，首次測(cè)量成果可以作為加密控制網(wǎng)的基準(zhǔn)。

3.2 加密平面控制網(wǎng)的建立

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工條件，加密控制網(wǎng)分兩批布設(shè)，共選埋新點(diǎn)59個(gè)(其中第一批10個(gè)、第二批49個(gè))，加密控制點(diǎn)均勻地分布在機(jī)場(chǎng)區(qū)域。加密平面控制網(wǎng)采用GNSS靜態(tài)觀測(cè)的方式，按照四等GNSS衛(wèi)星定位測(cè)量控制網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行觀測(cè)，具體觀測(cè)技術(shù)參數(shù)如表1所示。使用6臺(tái)Trimble 5700雙頻接收，與6個(gè)首級(jí)控制網(wǎng)點(diǎn)進(jìn)行聯(lián)測(cè)。控制網(wǎng)示意圖如圖3所示。

圖3 膠東國(guó)際機(jī)場(chǎng)加密控制網(wǎng)平面觀測(cè)示意圖

膠東國(guó)際機(jī)場(chǎng)加密平面控制網(wǎng)外業(yè)共觀測(cè)27個(gè)時(shí)段，每個(gè)時(shí)段觀測(cè)1個(gè)小時(shí)，平均設(shè)站數(shù)2.6。對(duì)基線進(jìn)行處理得到381條合格基線，計(jì)算得到整個(gè)控制網(wǎng)的測(cè)量中誤差為 4.85 mm(限差 5.31 mm)。對(duì)基線數(shù)據(jù)進(jìn)行三維無約束平差和二維約束平差，得到最弱邊的數(shù)據(jù)如表7、表8所示。

三維無約束平差最弱邊及其精度 表7

二維約束平差最弱邊及其精度 表8

由各項(xiàng)指標(biāo)可以得到膠東國(guó)際機(jī)場(chǎng)加密控制網(wǎng)的測(cè)量質(zhì)量較好，各項(xiàng)指標(biāo)滿足規(guī)范要求，同時(shí)為了檢核，以首級(jí)控制網(wǎng)其中的4個(gè)點(diǎn)作為起算，另外2個(gè)點(diǎn)作為檢核點(diǎn)，得到對(duì)比結(jié)果如表9所示。

控制點(diǎn)坐標(biāo)較差表 表9

通過上述精度分析表明，膠東國(guó)際機(jī)場(chǎng)加密平面控制網(wǎng)各項(xiàng)精度指標(biāo)均達(dá)到規(guī)范要求，可作為機(jī)場(chǎng)工程測(cè)量的平面基準(zhǔn)。

3.3 加密高程控制網(wǎng)的建立

加密控制網(wǎng)的高程以首級(jí)高程控制網(wǎng)中的4個(gè)點(diǎn)作為起算，嚴(yán)格按照二等水準(zhǔn)進(jìn)行觀測(cè)(如圖4所示)，共生成6條附和線路(統(tǒng)計(jì)如表10所示)，計(jì)算得到每千米的高差全中誤差 1.17 mm(限差 2 mm)，每千米的高差中數(shù)偶然中誤差 0.77 mm(限差 1 mm)，各項(xiàng)指標(biāo)滿足規(guī)范要求，平差結(jié)果可以作為機(jī)場(chǎng)工程測(cè)量的高程基準(zhǔn)。

圖4 膠東國(guó)際機(jī)場(chǎng)加密控制網(wǎng)高程觀測(cè)示意圖

水準(zhǔn)線路閉合差統(tǒng)計(jì)表 表10

續(xù)表10

4 總 結(jié)

膠東國(guó)際機(jī)場(chǎng)的占地面積較大，建設(shè)時(shí)間跨度較長(zhǎng)，另外機(jī)場(chǎng)的部分區(qū)域土質(zhì)較差，這些因素都對(duì)控制網(wǎng)的布設(shè)提出了較高要求。膠東國(guó)際機(jī)場(chǎng)的控制網(wǎng)采用分級(jí)布網(wǎng)的方式進(jìn)行，在首級(jí)控制網(wǎng)布設(shè)完成和加密控制網(wǎng)開始之前，應(yīng)對(duì)首級(jí)控制網(wǎng)及時(shí)地進(jìn)行復(fù)測(cè)。根據(jù)計(jì)算的結(jié)果，膠東國(guó)際機(jī)場(chǎng)控制網(wǎng)的精度較高，各項(xiàng)指標(biāo)符合規(guī)范要求。膠東國(guó)際機(jī)場(chǎng)控制網(wǎng)已經(jīng)投入使用，為機(jī)場(chǎng)的順利建設(shè)提供了穩(wěn)定可靠的測(cè)量基準(zhǔn)。同時(shí)機(jī)場(chǎng)布設(shè)的控制點(diǎn)在青島軌道交通8號(hào)線、14號(hào)線等工程的控制網(wǎng)以及其他測(cè)量工作當(dāng)中發(fā)揮了很大的作用。膠東國(guó)際機(jī)場(chǎng)作為國(guó)內(nèi)乃至世界范圍內(nèi)的較大型機(jī)場(chǎng)，膠東國(guó)際機(jī)場(chǎng)的控制網(wǎng)布設(shè)過程和方法具有較高的參考價(jià)值。