成都地鐵1號線控制網復測成果分析

何佳

(成都市勘察測繪研究院，四川成都 610081)

成都地鐵1號線控制網復測成果分析

何佳?

(成都市勘察測繪研究院，四川成都 610081)

根據成都市地鐵1號線GPS網復測的外業觀測數據，選用不同的平差方法，通過較為完整的科學分析，結果表明:成都市地鐵一號線GPS平面控制網復測成果精度良好，可以作為此項工程精密導線測量的起算依據，亦可以作為其他地鐵、輕軌工程控制網建立的基礎。

地鐵；GPS；控制測量；復測

1 引 言

2001年成都地鐵一號線沿線布設了高精度的測量控制網，包括GPS平面控制網、精密導線網、二等精密水準網。首次布網后成都市地鐵施工建設因各方面原因未能順利進行。

受成都市城市軌道交通發展有限公司委托，我院于2004年12月開始對成都市地鐵一號線測量控制網進行復測。本次控制網復測的目的，是對部分遺失或破壞的控制點進行恢復，并對尚存的既有控制點精度進行校核，以保證地鐵施工的順利開展。

2 測區概況

成都地鐵一號線工程規劃設計線路呈“Γ”形，沿南北方向貫穿市區，全線長約25 km，沿線設有10余個車站。成都市地鐵一號線工程控制網測區范圍為:北緯:30°31′～30°44′，東經103°57′～104°08′。

控制網的布設按照《地下鐵道、輕軌交通工程測量規范》(以下簡稱《規范》)的相關規定進行，網形沿地鐵走向呈帶狀分布。平面控制網分兩級布設，首級為GPS控制網，二級為精密導線網。高程控制網為精密水準網。

作業量為:(1)GPS控制點:43點，4臺儀器同步觀測25時段；(2)精密導線點:20點，設25站；(3)二等水準點:47點，聯測精密導線點:24點，水準線路(單線)總長:104.6 km。

3 GPS平面控制網的布設及復測

3.1 GPS控制網的布設

全網共由43點組成，其中利用原有點39點，新布設GPS點4點，共構成25個大地四邊形和1個獨立三邊形，共觀測75條獨立基線。網中最短邊為建科院(JKY)～勘測院(KCY):328.550 m(不作為精密導線起算邊)，最長邊為回龍寺 (HLS)～GPS038: 25 861.381 m，平均邊長 2 702.896 m，控制面積約60 km2，布網略圖如圖1所示。

圖1 布網略圖

3.2 GPS控制網的觀測

全網共觀測了25個大地四邊形，即共觀測了25個時段。

為了對整網進行更好的尺度控制，對本GPS控制網的最北點回龍寺(HLS)、最西點接待寺(JDS)、最南點GPS038和中間點朱峰(ZF)進行了同步觀測。

按相關規范規定，本GPS控制測量作業均滿足表1所示的基本技術要求。

GPS控制測量作業采用技術要求 表1

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4 GPS觀測數據處理及網平差

基線向量的解算及網平差均采用Trimble Geomatics office 1.6(簡稱TGO 1.6)后處理軟件完成。

4.1 基線向量的解算

基線解算時首先進行自動處理，若處理成果不理想時，再進行必要的人工干預，如對觀測數據文件采取選擇不同衛星組、選擇不同的同步觀測時段等重新計算。基線解算完成后，進行同步環檢驗，并和前期觀測數據進行獨立環檢驗和重復觀測邊的檢驗，做到了當天的觀測數據當天處理，直到整網觀測完畢，從而確保了基線解算的正確性和可靠性。

基線解算后，發現與GPS004及HLS相連接的基線解算質量較差，平差時決定去掉GPS004、HLS兩點。

4.2 外業觀測成果檢核

分別對重復基線、同步環閉合差、獨立環閉合差進行檢核如下:

(1)復測基線檢核的統計成果如表2所示。

重復基線統計 表2

(2)同步環閉合差檢核(按三邊形進行檢核)。隨機抽取同步觀測基線進行同步環檢驗，做到了每一條基線均通過檢驗，共組成同步環100個，各坐標分量閉合差均不超過《規范》要求。同步環閉合差檢核的統計成果如表3所示。

同步環閉合差統計 表3

(3)獨立環閉合差檢核(按六邊形進行檢核)。隨機抽取獨立基線進行獨立環檢驗，做到了每一條基線均通過檢驗，共組成獨立環241個，各坐標分量閉合差均不超過《規范》要求。異步環閉合差檢核的統計成果如表4所示。

統計結果表明:作業質量符合規范要求，解算結果優良，為進行地鐵一號線GPS控制網平差計算和坐標、高程轉換提供了可靠的原始數據。

異步環閉合差統計 表4

4.3 WGS－84無約束平差及精度分析

地鐵一號線GPS復測平面控制網WGS－84空間無約束平差采用TGO 1.6后處理軟件來進行。所有基線均采用雙差固定解。平差時僅固定回龍寺(HLS)，來作為無約束平差的位置基準。

地鐵一號線GPS平面控制網WGS－84無約束平差后的精度:

平差后點位誤差最大為±4.3 mm(HLS)，最小為±1.9 mm(ZF)，平均點位誤差為±2.7 mm，相對誤差最大為1/243 184(JKY－KCY:327.239 m)，最小達到了1/8 490 952(ZF－GPS038:17 240.924 m)，平均相對誤差為1/1 375 270。TGO 1.6不能提供《地下鐵道、輕軌交通工程測量規范》、《全球定位系統城市測量技術規程》等規范要求的V△X、V△Y、V△Z值，但將 TGO 1.6提供的方位改正數、高差改正數、距離改正數轉換為V△X、V△Y、V△Z后，均大大小于規范要求的3σ(σ為標準差，即基線向量的弦長中誤差)，也小于2σ。

WGS－84邊長相對精度統計 表5

4.4 成都市坐標系統下的精度分析

首先要確定地鐵一號線GPS網轉換到成都市坐標系統下起算點的位置。

(1)起算點的確定

原控制網平差時，選取了珠峰及珠峰至回龍寺方向作為起算數據，有效保證了GPS控制網的內符合精度。由于原作為起算方位的點位回龍寺(HLS)因樹木遮擋，觀測條件較差，其基線的解算結果不理想，無法繼續作為起算數據。同時原網平差時約束條件偏少，平差后與地方系統存在微小差異。根據專家意見，本次GPS控制網平差時另外選擇了起算點。新起算點須保證點位穩定且觀測環境良好，同時保證GPS網的精度均勻及減少尺度比的誤差影響，以及與原GPS控制網吻合良好，并盡量使用地方系統中精度可靠的已知點，保證地鐵控制網與地方控制網兼容。

我院在2004年成都市規劃區內測量控制網的改造過程中，布設了C級GPS網，地鐵GPS網與該網的重合點有:珠峰(ZF)、接待寺(JDS)、姐兒堰(JEY)、勘測院(KCY)，其中ZF位于成都市市中心，為原地鐵控制網起算點，向東偏離1號線路約500 m；JDS向西南方向偏離1號線路約10 km；JEY位于1號線末端，向東南方向偏離1號線路約1 km；KCY向東北方向偏離1號線路約500 m。

通過比較兩次地鐵GPS網的同名觀測基線，以及地鐵GPS網與2004年C級GPS網的同名觀測基線，與ZF、JDS、JEY、KCY相連接的同名基線的較差均滿足《地下鐵道、輕軌交通工程測量規范》的要求，說明ZF、JDS、JEY、KCY 4點穩定可靠。根據專家組的初審意見，平差時決定采用ZF、JEY、KCY作為強制約束點，其坐標成果采用C級GPS網成果。

(2)GPS網在成都坐標系下的復測精度

GPS網在成都坐標系下的復測點位精度見表6。

GPS網在成都坐標系下復測點位中誤差 表6

其中，最大點位誤差為±6.5 mm(GPS018)，最小點位誤差為±2.5 mm(GPS041)，平均點位誤差為±4.7 mm。均小于《地下鐵道、輕軌交通工程測量規范》要求的±12 mm。

GPS網在成都坐標系下復測邊長相對中誤差如表7所示。

GPS網在成都坐標系下復測邊長相對中誤差 表7

其中，最大相對誤差為 1/151，921(JKY－KCY: 327.250 m)，最小相對誤差為 1/3 510 369(JDSGPS038:14 637.097 m)，平均相對誤差為 1/730 002。均大大小于《地下鐵道、輕軌交通工程測量規范》要求的1/90 000。

5 相關精度統計及結論

5.1 GPS控制網的檢查及精度統計

地鐵一號線GPS控制網成果的統計如表8所示。

GPS控制網精度統計表 表8

同步環相對精度及獨立環相對精度分別按表中兩公式(其中S、s為環線長度)計算后均未超限。

為了進一步驗證網的精度，地鐵一號線GPS控制網復測平差結束后，采用LeicaTC1800全站儀(標稱精度:測角1″，測距1 mm±2 ppm)實測GPS網中相鄰通視邊長，進行檢查，精度統計如表9所示。

全站儀與GPS邊長精度統計 表9

由表8、表9可知，地鐵GPS網精度良好，可以利用。

5.2 復測結論

通過各項精度指標的統計，表明成都地鐵1號線GPS平面控制網復測成果精度良好，由于原控制網點均選擇在較穩定的房頂上，經復測點位平面位置無明顯變形。

6 結 語

成都市地鐵一號線GPS平面控制網的復測，從優化設計、選點埋石、儀器選型、外業觀測、基線解算、數據檢核到平差計算均符合《全球定位系統(GPS)測量規范》、《城市測量規范》及《地下鐵道、輕軌交通工程測量規范》的要求。從GPS網的外業觀測，WGS－84空間無約束平差及成都市坐標的最小約束平差等方面，對GPS網的質量進行了全面的評價。通過較為完整的科學評價，表明所提供的成都市地鐵一號線GPS平面控制網復測成果精度良好，可以作為此項工程精密導線測量的起算依據，亦可以作為以后其他地鐵、輕軌工程控制網建立的基礎。

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Review Resurveying Results of GPS Controlling NET in No.1 Line of Chengdu Subway

He Jia
(Chengdu Institute of Survey and Investigation，Chengdu 610081，China)

Based on the repetition data of the GPS control networks in Chengdu metro line 1，and using some adjustment methods through scientific analysis，the results show that:the precision of GPS control networks in Chengdu metro line 1 is good，and can be used as a precise traversing for this project，also can be used as a foundation of other metro control networks later.

subway；GPS；controlling survey；resurveying

1672－8262(2010)03－56－03

P228

B

2010—02—19

何佳(1968—)，女，高級工程師，主要從事城市測繪技術管理工作。