衛星定位技術在城市軌道交通工程地面平面控制網建設中的應用

王益民

（深圳市市政設計研究院有限公司，廣東深圳518029）

1 引言

隨著空間技術的發展，以衛星為基礎的全球導航定位系統，即衛星定位技術成為最新的空間定位技術，具有全球性、全天候、高效率、多功能、高精度的特點，該技術的應用導致傳統的測量控制網布設方法、作業手段和內外作業程序發生了根本性的變革，為城市軌道交通工程測量提供了一種嶄新的技術手段和方法。

2 城市軌道交通工程地面平面控制網的特點

城市軌道交通工程主要沿城市道路建設，是由若干帶狀工程構成的網狀結構，根據新版GB/T 50308—2017《城市軌道交通工程測量規范》的規定，其地面平面控制網分3個等級建設，一等為服務全市軌道交通規劃、建設的全市軌道交通衛星定位控制網；二等為服務于各條具體線路建設、運營的衛星定位控制網，在一等網的基礎上進行布設；三等為服務于各條具體線路建設、運營的精密導線網，在二等網的基礎上加密布設[1]。

某公司承擔的軌道交通工程的測量控制網建設完成于2018年之前，執行的是舊版GB 50308—2008《城市軌道交通工程測量規范》，其衛星定位控制網的測量技術要求為：（1）平均邊長2km；（2）最弱點點位中誤差±12mm；（3）最弱邊邊長相對中誤差1/100 000；（4）相鄰點的相對點位中誤差±10mm；（5）與現有城市控制點的坐標較差≤50mm；（6）不同線路控制網重合點坐標較差≤25mm。

深圳市城市軌道交通工程建設的平面基準是深圳獨立坐標系。建設初期，既有等級城市控制網已建成，且點位保存基本完好，因此，地面平面控制網的建設方式是利用既有城市二等（B級）GPS控制網進行起算，按照一條線路新建一個二等（首級）衛星定位控制網和一個精密導線網的方式進行布設。目前，深圳市城市軌道交通已建設至四期工程，既有城市控制網破壞程度日益嚴重，地面平面控制網的建設難度也有所增加[2]。

3 實際案例

自2009年以來，筆者作為項目負責人，先后承擔了5條軌道交通工程的衛星定位控制網建設，其中正線2條，延長線3條。衛星定位控制網基本沿軌道交通線路呈帶狀獨立布設，采用同步圖形擴展形式構網，由多個同步大地四邊形或單三角網組成。約每隔2km布設一對GPS點，新布設的GPS點多布設在樓頂上，且均有一個以上通視方向。GPS點兼顧了施工控制的需要，在車站或重點工程施工地段附近均布設了控制點，且便于保存和施測。

衛星定位控制網基線解算采用Leica隨機處理軟件LEICA Geo Office Combined，采用衛星廣播星歷，平差軟件采用武漢大學測繪學院研制的GPS數據處理平差軟件COSA GPS（Ver5.20）。基線長度計算公式固定誤差a取10mm，比例誤差系數b取0.000 2，二維約束平差在深圳獨立坐標系下進行。

3.1 軌道交通11號線工程

軌道交通11號線工程屬于軌道交通三期工程，全長51.2km，是深圳市目前最長的軌道交通線路，設計時速120km，全線共設車站18座，平均站間距2.8km。

本工程衛星定位控制網建設于2010年，全網利用了6個城市二等GPS控制點，重合其他軌道交通線路GPS控制點5個，以上11點均為二維平差約束點。全網共54個點，27個觀測時段，合格基線210條，如圖1所示。二維約束平差后網中最弱點點位中誤差±9.9mm，最弱邊邊長相對中誤差1/165 000，相鄰點的最大相對點位中誤差±9.1mm。

圖1 11號線工程衛星定位控制網圖

3.2 軌道交通5號線二期工程

軌道交通鐵5號線二期工程起點位于2號線赤灣站，終點位于5號線前海灣站。線路總長約7.65km，沿線共設置有7座車站。

本工程衛星定位控制網建設于2014年，全網利用城市二等GPS控制點4個，重合其他軌道交通線路GPS控制點6個，因部分重合點坐標檢核較差接近限差，所以，二維約束平差已知點僅采用4個城市二等GPS控制點。全網24個點，18個觀測時段，合格基線89條。二維約束平差后網中最弱點點位中誤差為±12.0mm，最弱邊邊長相對中誤差為1/184 000，相鄰點的最大相對點位中誤差為±9.7mm。

3.3 軌道交通6號線二期工程

軌道交通6號線二期工程全長11.7km，全線共設車站7座，均為換乘站。

本工程衛星定位控制網建設于2015年，全網利用了3個城市二等GPS控制點，重合其他軌道交通線路GPS控制點12個，以上15點均為二維平差約束點。全網共27個點，19個觀測時段，合格基線163條，如圖2所示。

圖2 6號線二期工程衛星定位控制網圖

二維約束平差后網中最弱點點位中誤差為±4.7mm，最弱邊邊長相對中誤差為1/143 000，相鄰點的最大相對點位中誤差為±5.6mm。

3.4 軌道交通9號線二期支線工程

軌道交通9號線二期支線工程起于海上世界站，終至南油站，全長約4.4km，共設車站4座，其中換乘站3座，平均站間距約1.00km。

本工程衛星定位控制網建設于2016年，全網利用了3個城市二等GPS控制點，重合其他軌道交通線路GPS控制點3個。因起算點分布不理想，故采用長邊網（平均邊長6km，觀測時長120min，10個點）和短邊網（平均邊長2km，11個點）的二級布網方式，如圖3所示。全網共21個點，10個觀測時段，合格基線88條。二維約束平差長邊網中最弱點點位中誤差為±5.5mm，最弱邊邊長相對中誤差為1/1 219 000。短邊網中最弱點點位中誤差為±6.1mm，最弱邊邊長相對中誤差為1/200 000。

圖3 9號線二期工程衛星定位控制網圖

3.5 軌道交通12號線工程

軌道交通12號線工程屬于軌道交通四期工程，線路起自左炮臺站，終至海上田園東站，線路全長約40.54km，共設站33座，其中換乘站18座，平均站間距約1.24km。

本工程衛星定位控制網建設于2017年，全網利用了3個城市二等GPS控制點，重合其他軌道交通線路GPS控制點25個，觀測時段數31個。因起算點分布不理想，故采用長邊網（平均邊長14km，觀測時長120min，9個點）和短邊網（平均邊長2min，47個點）的二級布網方式。全網共56個點，31個觀測時段，基線數237條，如圖4所示。二維約束平差長邊網中最弱點點位中誤差為±10.1mm，最弱邊邊長相對中誤差為1/925 000，相鄰點的最大相對點位中誤差為9.8mm。短邊網中最弱點點位中誤差為±10.3mm，最弱邊邊長相對中誤差為1/117 000，相鄰點的最大相對點位中誤差為9.8mm。

圖4 12號線工程衛星定位控制網圖

4 結語

利用衛星定位技術在軌道交通工程中建設地面平面控制網，經過多條線路的生產實踐，充分體現了布網靈活、效率高、精度可靠等特點，有力支持了軌道交通工程的建設。