合肥軌道交通1號線GPS控制網(wǎng)建立

黃北新，付先國，王林，丁銳

(合肥市測繪設(shè)計(jì)研究院，安徽合肥 230061)

合肥軌道交通1號線GPS控制網(wǎng)建立

黃北新?，付先國，王林，丁銳

(合肥市測繪設(shè)計(jì)研究院，安徽合肥 230061)

介紹了合肥軌道交通1號線GPS控制網(wǎng)的布設(shè)、觀測方法、數(shù)據(jù)處理及成果精度，并就GPS技術(shù)在城市軌道控制測量中的應(yīng)用總結(jié)了幾點(diǎn)經(jīng)驗(yàn)。

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(guī)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(qū)珠江路與徽州大道交口西側(cè)，線路沿線穿越勝利路、臨泉路、一環(huán)北路、長江中路、馬鞍山路、蕪湖路、一環(huán)南路、二環(huán)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(qū)，與規(guī)劃中的2號～7號軌道線路均有聯(lián)絡(luò)線，全程共設(shè)地下車站22座，停車場和車輛段各一個。

2 GPS控制網(wǎng)技術(shù)設(shè)計(jì)

2.1 布網(wǎng)原則

軌道交通GPS控制網(wǎng)精度相當(dāng)于《全球定位系統(tǒng)(GPS)測量規(guī)范》GB/T 18314－2009中C級網(wǎng)精度，其主要技術(shù)指標(biāo)符合表1的規(guī)定。

衛(wèi)星定位控制網(wǎng)主要技術(shù)指標(biāo) 表1

本項(xiàng)目GPS控制網(wǎng)根據(jù)《城市軌道交通工程測量規(guī)范》、《城市測量規(guī)范》以及《全球定位系統(tǒng)(GPS)測量規(guī)范》中相關(guān)技術(shù)要求布網(wǎng)。GPS控制網(wǎng)沿軌道線路呈帶狀分布，采用邊連接形式構(gòu)網(wǎng)，由多個同步大地四邊形或三角網(wǎng)組成，網(wǎng)內(nèi)重合了5個城市二等控制點(diǎn)，由非同步獨(dú)立觀測邊構(gòu)成閉合環(huán)或附合路線，每個閉合環(huán)或附合路線中的邊數(shù)不大于6條。為充分考慮合肥軌道交通的總體建設(shè)規(guī)劃、多線路分期建設(shè)情況，在1號線與其他線路交匯處，均布設(shè)了GPS控制點(diǎn)。

2.2 選點(diǎn)埋石

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

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

(2)遠(yuǎn)離無線電發(fā)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(diǎn)均埋設(shè)于承重結(jié)構(gòu)上；

(4)點(diǎn)位便于下一級四等精密導(dǎo)線點(diǎn)的布設(shè)；

(5)一般選擇在車站或者施工豎井附近；

(6)點(diǎn)位標(biāo)石便于保護(hù)。

2.3 外業(yè)觀測

本次外業(yè)觀測采用6臺GPS接收機(jī)，其中Trimble 5800一臺，TOPCON HIPER Pro一臺，Leica 12300GG一臺，TOPCON HIPER GD三臺，其平面標(biāo)稱精度均優(yōu)于5 mm＋1 ppm，所有接收機(jī)都在有效鑒定周期內(nèi)。測前對光學(xué)對點(diǎn)器、圓水準(zhǔn)器均做了檢校。按照規(guī)范要求，根據(jù)衛(wèi)星情況、布設(shè)的網(wǎng)形和接收機(jī)數(shù)量，制定作業(yè)計(jì)劃，填寫作業(yè)進(jìn)度表，觀測盡量安排在每天的最佳時段進(jìn)行。滿足衛(wèi)星數(shù)大于4，PDOP值小于6。儀器嚴(yán)格對中整平。測前測后分別量取天線高，讀數(shù)至毫米，較差不大于3 mm。觀測時按靜態(tài)相對定位模式進(jìn)行觀測，保證重復(fù)設(shè)站數(shù)≥2，每個觀測時段長度≥60 min，衛(wèi)星高度角≥15°。

全網(wǎng)共聯(lián)測5個原有城市二等控制點(diǎn)和49個新布設(shè)的GPS控制點(diǎn)。由于相鄰點(diǎn)位的相對點(diǎn)位中誤差精度要求高，所以在控制網(wǎng)觀測時，對相鄰的短邊控制網(wǎng)間保證同步觀測。控制網(wǎng)圖如圖1所示。

圖1 控制網(wǎng)示意圖

3 GPS控制網(wǎng)的數(shù)據(jù)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(biāo)差的過程。本項(xiàng)目采用Trimble隨機(jī)軟件TGO 1.63按靜態(tài)相對定位模式解算，基線解算采用衛(wèi)星廣播星歷坐標(biāo)作為基線解的起算數(shù)據(jù)。解算前對數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，對觀測質(zhì)量不好的數(shù)據(jù)進(jìn)行剔除，解算后對不理想的解算成果進(jìn)行干預(yù)，或改變衛(wèi)星高度角，或?qū)τ^測值殘差比較大的時段進(jìn)行刪除、或選取不同的參考衛(wèi)星等進(jìn)行重新解算。全網(wǎng)中最后參與平差的重復(fù)基線共計(jì)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(tǒng)計(jì)分析如表2所示。

重復(fù)基線較差統(tǒng)計(jì)表 表2

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

同步環(huán)閉合差統(tǒng)計(jì)表 表3

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

異步環(huán)閉合差統(tǒng)計(jì)表 表4

3.2 GPS控制網(wǎng)平差

GPS控制網(wǎng)平差采用原武漢測繪科技大學(xué)編制的平差軟件PowerAdj 4.0進(jìn)行整網(wǎng)平差，先進(jìn)行三維無約束平差，然后進(jìn)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(jìn)行粗差分析，以發(fā)現(xiàn)觀測量中的粗差并消除其影響；二是調(diào)整觀測量的協(xié)方差分量因子，使其與實(shí)際精度相匹配；三是對整體網(wǎng)的內(nèi)部精度進(jìn)行檢驗(yàn)和評估。可以通過基線向量3個分量的改正數(shù)的大小，最弱點(diǎn)的點(diǎn)位中誤差，最弱邊的相對精度以及驗(yàn)后單位權(quán)中誤差來衡量基線解算值質(zhì)量。三維無約束平差以二等GPS點(diǎn)17的城市現(xiàn)有WGS－84坐標(biāo)系的三維坐標(biāo)作為起算數(shù)據(jù)，在WGS－84坐標(biāo)系中進(jìn)行三維無約束平差，并提供WGS－84坐標(biāo)系的三維坐標(biāo)、基線向量改正數(shù)、點(diǎn)位和邊長的精度信息。最弱點(diǎn)WX1的三維點(diǎn)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(wǎng)中參與平差的獨(dú)立基線共計(jì)131條，所有基線向量的改正數(shù)分布情況如表5所示。

基線向量改正數(shù)統(tǒng)計(jì)表 表5

從表5可以看出所有基線向量的改正數(shù)均小于0.020 m，結(jié)合無約束平差結(jié)果的精度信息，衛(wèi)星定位控制網(wǎng)外業(yè)觀測和基線處理結(jié)果很好，整網(wǎng)具有較高的內(nèi)符合精度。

為使該GPS網(wǎng)納入到合肥市整個城市控制網(wǎng)系統(tǒng)中，并進(jìn)行長度基準(zhǔn)控制，采用高斯投影在1954北京坐標(biāo)系中進(jìn)行二維約束平差，本網(wǎng)聯(lián)測了5個城市二等GPS控制點(diǎn)，最終選取了兼容性較好的4個點(diǎn)(17，16，212，147)進(jìn)行二維約束平差，并將另一二等GPS控制點(diǎn)測繪大廈作為重合檢核點(diǎn)參與平差。約束平差后，重合檢核點(diǎn)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(diǎn)WX22的點(diǎn)位中誤差為0.65 cm。

3.3 GPS控制網(wǎng)檢核測量

為了檢核本控制網(wǎng)的可靠性，對該平面控制網(wǎng)進(jìn)行了外業(yè)檢測，采用SOKKIA NET05全站儀，其測角標(biāo)稱精度為0.5″，測距標(biāo)稱精度為0.8 mm＋1 ppm，共檢測了8條邊長，經(jīng)計(jì)算改化到控制網(wǎng)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(jié)果如表6所示。

基線檢測精度統(tǒng)計(jì)表 表6

從兩者比較結(jié)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(wǎng)的要求。

4 結(jié) 語

合肥軌道交通1號線首級GPS平面控制網(wǎng)，點(diǎn)位選擇合理，觀測成果可靠，精度滿足設(shè)計(jì)要求，能較好地滿足下一級四等精密導(dǎo)線網(wǎng)的觀測。通過本次控制網(wǎng)的施測，有如下幾點(diǎn)體會:

(1)由于輕軌的選線、建設(shè)均位于城市的繁華地段，高樓林立，既要保證GPS點(diǎn)間通視，又要考慮地面精密導(dǎo)線點(diǎn)的布設(shè)與通視；既要考慮一號線建設(shè)中的控制網(wǎng)復(fù)測，又要兼顧與其他規(guī)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(diǎn)的影響，所以選點(diǎn)工作相當(dāng)重要。

(2)選擇合理的起算點(diǎn)至關(guān)重要，起始數(shù)據(jù)對控制網(wǎng)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(diǎn)會引起GPS網(wǎng)變形，嚴(yán)重?fù)p害整網(wǎng)的精度。

[1]GB50308－2008.城市軌道交通工程測量規(guī)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(wǎng)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(wǎng)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，F(xiàn)u 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(xiàn)主要從事城市測繪技術(shù)應(yīng)用研究。