合肥軌道交通1號線GPS控制網建立

黃北新，付先國，王林，丁銳

(合肥市測繪設計研究院，安徽合肥 230061)

合肥軌道交通1號線GPS控制網建立

黃北新?，付先國，王林，丁銳

(合肥市測繪設計研究院，安徽合肥 230061)

介紹了合肥軌道交通1號線GPS控制網的布設、觀測方法、數據處理及成果精度，并就GPS技術在城市軌道控制測量中的應用總結了幾點經驗。

GPS；軌道交通；控制測量；精度分析

1 工程概況

合肥市軌道交通1號線是合肥市城市綜合交通規劃的重要一筆，線路呈南北走向，全長約29 km。線路北起合肥火車站，南至濱湖新區珠江路與徽州大道交口西側，線路沿線穿越勝利路、臨泉路、一環北路、長江中路、馬鞍山路、蕪湖路、一環南路、二環南路、312國道、錦繡大道、紫云路、方興大道、廬州大道等繁華街區，與規劃中的2號～7號軌道線路均有聯絡線，全程共設地下車站22座，停車場和車輛段各一個。

2 GPS控制網技術設計

2.1 布網原則

軌道交通GPS控制網精度相當于《全球定位系統(GPS)測量規范》GB/T 18314－2009中C級網精度，其主要技術指標符合表1的規定。

衛星定位控制網主要技術指標 表1

本項目GPS控制網根據《城市軌道交通工程測量規范》、《城市測量規范》以及《全球定位系統(GPS)測量規范》中相關技術要求布網。GPS控制網沿軌道線路呈帶狀分布，采用邊連接形式構網，由多個同步大地四邊形或三角網組成，網內重合了5個城市二等控制點，由非同步獨立觀測邊構成閉合環或附合路線，每個閉合環或附合路線中的邊數不大于6條。為充分考慮合肥軌道交通的總體建設規劃、多線路分期建設情況，在1號線與其他線路交匯處，均布設了GPS控制點。

2.2 選點埋石

為便于施工，控制點均沿軌道線路走向布設，大部分控制點選在建筑物樓頂，共選控制點49個，具體選埋時還滿足下列要求:

(1)控制點上視野開闊，避開多路徑效應影響，點位四周高度角15°以上應無遮擋；

(2)遠離無線電發射裝置和高壓輸電線，其間距平均分布不小于200 m；

(3)建筑物樓頂上的點均埋設于承重結構上；

(4)點位便于下一級四等精密導線點的布設；

(5)一般選擇在車站或者施工豎井附近；

(6)點位標石便于保護。

2.3 外業觀測

本次外業觀測采用6臺GPS接收機，其中Trimble 5800一臺，TOPCON HIPER Pro一臺，Leica 12300GG一臺，TOPCON HIPER GD三臺，其平面標稱精度均優于5 mm＋1 ppm，所有接收機都在有效鑒定周期內。測前對光學對點器、圓水準器均做了檢校。按照規范要求，根據衛星情況、布設的網形和接收機數量，制定作業計劃，填寫作業進度表，觀測盡量安排在每天的最佳時段進行。滿足衛星數大于4，PDOP值小于6。儀器嚴格對中整平。測前測后分別量取天線高，讀數至毫米，較差不大于3 mm。觀測時按靜態相對定位模式進行觀測，保證重復設站數≥2，每個觀測時段長度≥60 min，衛星高度角≥15°。

全網共聯測5個原有城市二等控制點和49個新布設的GPS控制點。由于相鄰點位的相對點位中誤差精度要求高，所以在控制網觀測時，對相鄰的短邊控制網間保證同步觀測。控制網圖如圖1所示。

圖1 控制網示意圖

3 GPS控制網的數據處理

3.1 基線向量的解算

基線向量解算是利用2個或多個測站的GPS同步載波相位觀測值確定測站之間坐標差的過程。本項目采用Trimble隨機軟件TGO 1.63按靜態相對定位模式解算，基線解算采用衛星廣播星歷坐標作為基線解的起算數據。解算前對數據進行預處理，對觀測質量不好的數據進行剔除，解算后對不理想的解算成果進行干預，或改變衛星高度角，或對觀測值殘差比較大的時段進行刪除、或選取不同的參考衛星等進行重新解算。全網中最后參與平差的重復基線共計12條，最大基線較差為 2.6 cm(限差為 2.9 cm)，最大相對差2.908 ppm，其基線較差統計分析如表2所示。

重復基線較差統計表 表2

全網中由參與平差的基線組成的同步環共有22個，其中坐標分量閉合差最大為 0.38 cm(限差0.40 cm)，同步環全長閉合差最大為 0.6 cm(限差0.7 cm)，同步環全長閉合差統計分析如表3(由于控制網平均邊長為 1 km，邊長較短，故未統計相對閉合差)。

同步環閉合差統計表 表3

全網中由參與平差的基線組成的異步環共有57個，其中坐標分量閉合差最大為 2.83 cm(限差14.6 cm)，異步環全長閉合差最大為 3.9 cm(限差25.2 cm)，異步環全長閉合差統計分析如表4(由于整個控制網平均邊長較短，故未統計相對閉合差)。

異步環閉合差統計表 表4

3.2 GPS控制網平差

GPS控制網平差采用原武漢測繪科技大學編制的平差軟件PowerAdj 4.0進行整網平差，先進行三維無約束平差，然后進行二維約束平差。

三維無約束平差的目的主要有3個方面:一是進行粗差分析，以發現觀測量中的粗差并消除其影響；二是調整觀測量的協方差分量因子，使其與實際精度相匹配；三是對整體網的內部精度進行檢驗和評估。可以通過基線向量3個分量的改正數的大小，最弱點的點位中誤差，最弱邊的相對精度以及驗后單位權中誤差來衡量基線解算值質量。三維無約束平差以二等GPS點17的城市現有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，并提供WGS－84坐標系的三維坐標、基線向量改正數、點位和邊長的精度信息。最弱點WX1的三維點位誤差為 1.51 cm，最弱邊 WX1—WX2的邊長588.168 m，邊長相對中誤差為 1/101 812。整網中參與平差的獨立基線共計131條，所有基線向量的改正數分布情況如表5所示。

基線向量改正數統計表 表5

從表5可以看出所有基線向量的改正數均小于0.020 m，結合無約束平差結果的精度信息，衛星定位控制網外業觀測和基線處理結果很好，整網具有較高的內符合精度。

為使該GPS網納入到合肥市整個城市控制網系統中，并進行長度基準控制，采用高斯投影在1954北京坐標系中進行二維約束平差，本網聯測了5個城市二等GPS控制點，最終選取了兼容性較好的4個點(17，16，212，147)進行二維約束平差，并將另一二等GPS控制點測繪大廈作為重合檢核點參與平差。約束平差后，重合檢核點測繪大廈與原城市二等成果比較較差為 4.8 cm，滿足表 1的要求。平差后最弱邊WX1—WX5的邊長為509.024 m，其邊長相對誤差為1/126 192，平均邊長相對誤差為 1/439 437，最弱點WX22的點位中誤差為0.65 cm。

3.3 GPS控制網檢核測量

為了檢核本控制網的可靠性，對該平面控制網進行了外業檢測，采用SOKKIA NET05全站儀，其測角標稱精度為0.5″，測距標稱精度為0.8 mm＋1 ppm，共檢測了8條邊長，經計算改化到控制網二維約束平差所在的BJ－54參考橢球的高斯投影面上，檢測結果如表6所示。

基線檢測精度統計表 表6

從兩者比較結果可以看出，GPS觀測邊精度良好，能夠滿足高精度施工控制網的要求。

4 結 語

合肥軌道交通1號線首級GPS平面控制網，點位選擇合理，觀測成果可靠，精度滿足設計要求，能較好地滿足下一級四等精密導線網的觀測。通過本次控制網的施測，有如下幾點體會:

(1)由于輕軌的選線、建設均位于城市的繁華地段，高樓林立，既要保證GPS點間通視，又要考慮地面精密導線點的布設與通視；既要考慮一號線建設中的控制網復測，又要兼顧與其他規劃線路的銜接；既要滿足GPS信號接收的要求，又要考慮地鐵施工對控制點的影響，所以選點工作相當重要。

(2)選擇合理的起算點至關重要，起始數據對控制網成果精度有非常大的影響，約束平差時兼容性不好的起算點會引起GPS網變形，嚴重損害整網的精度。

[1]GB50308－2008.城市軌道交通工程測量規范[S].

[2]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(4)

[3]王國祥.深圳軌道交通3號線GPS控制網建立與精度分析[J].四川測繪，2006(12)

The Establishment of Line NO.1 HEFEI Rail Transit Project GPS Control Network

Huang BeiXin，Fu XianGuo，Wang Lin，Ding Rui
(HeFei Surveying and Mapping Institute，Hefei 230061，China)

The paper introduces the GPS control network′layout，survey，data processing and accuracy analysis of Line NO.1 HEFEI Rail Transit Project.And summarizes a little of experience about using GPS technology in the urban metro Control Survey.

GPS；Rail Transit；Control Survey；Accuracy Analysis

1672－8262(2010)04－97－03

P228

B

2009—12—08

黃北新(1964—)，男，高級工程師，注冊測繪師，現主要從事城市測繪技術應用研究。