長沙市城市快速軌道交通控制網的建立

劉鵬程，戴建清，匡志威

(長沙市勘測設計研究院，湖南長沙 410007)

長沙市城市快速軌道交通控制網的建立

劉鵬程?，戴建清，匡志威

(長沙市勘測設計研究院，湖南長沙 410007)

介紹了長沙市城市快速軌道交通線網(2050)框架網及2號線一期控制網的建立，通過對控制網的精度分析，表明該控制網完全滿足規范要求，同時針對城市復雜環境下控制網的建立進行了經驗總結。

城市快速軌道交通；地鐵；框架網；GPS；精密導線；精密水準

1 前 言

根據長沙城市軌道交通2050遠景規劃，長沙地鐵由1號線及其支線1A線，2號線及其2A、2B，3號線和4號線共6條線組成，總約180 km，設站82座，其中換乘站14座；設車輛綜合基地2處，車輛段2處，停車場6處。2009年首期開工建設的2號線一期工程為地下線，線路全長22.262 km，設站19座。為了滿足長沙地鐵建設的需要，根據《城市軌道交通工程測量規范》等相關技術要求，結合長沙市的實情，長沙市城市快速軌道交通控制網平面分三級布設為:2050框架網、C級GPS控制網、精密導線控制網；高程布設二等水準網。

2 2050框架網測量

2.1 網形設計

圖1 2050框架網布設圖(紅色點為CZTCORS參考站)

為了保證長沙城市軌道交通2050遠景規劃各條線路、同一線路不同時期的銜接，不同線路C級GPS控制點起算點的一致性，以6個CZTCORS參考站為起算數據，在其覆蓋的區域內新布設16個B級GPS點，構成2050框架網，同時為了保證2050框架網成果的可靠性與準確性，每五年利用CZTCORS系統對其進行聯測，確保線路起算成果一致。圖1為2050框架網布設圖。

2.2 外業觀測

觀測儀器采用4臺套美國產阿司泰克公司Z－X雙頻機、10臺套法國產泰雷茲公司Z－MAX雙頻機、2臺Trimble 5700 GPS雙頻機、2臺Trimble R8，按GPS B級網的精度要求進行靜態同步聯合觀測，共觀測84條獨立基線，GPS基線向量總數為882。

2.3 數據處理

基線向量采用精密星歷，使用美國麻省理工學院的GAMIT/GLOBK軟件進行解算，基線解算精度如表1所示。

基線精度統計表 表1

平差計算采用武漢大學測繪學院的CosaGPS V5.1軟件進行處理，分兩步進行，先進行三維無約束平差，然后在長沙獨立坐標系下進行二維約束平差；其重復基線、坐標差分量、環閉合差均滿足要求，最大環閉合差為0.17 mm，最弱點為PJC1，點位誤差為0.12 cm，平均點位中誤差為:0.06 cm，最弱邊為HLX1—PJC1，邊長精度為1/12083000，平均邊長精度為:1/76301043均符合設計要求。

3 2號線一期C級GPS控制網測量

3.1 網形設計

2號線一期工程C級GPS控制網沿地鐵走向布設，每隔1 km～2 km左右布設一組點位，共布設C級GPS點28點，其中基巖點7個(與水準點共點位)，普通地面點3個，樓頂點18個，基巖點采用鉆探方式埋設，樓頂點埋設強制對中鋼標(三角鋼架、圓形鋼柱)；同時與3個2050框架網點和1個參考站為已知點構成C級GPS控制網，如圖2所示，圖中黑色點號點為已知點，灰色點號為C級GPS點。

圖2 2號線一期工程C級GPS控制網布設圖

3.2 外業測量

外業觀測采用了4臺美國產阿司泰克公司Z－X雙頻機、2臺法國產泰雷茲公司Z－MAX雙頻機，按GPS C級網精度進行靜態同步觀測，同一天各個測站位置不動，分上、下午連續測量兩個時段，以連續網的方式聯接成網，共觀測102條獨立基線，GPS基線向量總數為340。

3.3 數據處理

基線向量采用Ashtech Solutions 2.6軟件進行解算，采用廣播星歷和雙差固定解，平差計算采用武漢大學測繪學院CosaGPS V5.1軟件進行處理，分兩步進行，先進行三維無約束平差，然后在長沙獨立坐標系下進行二維約束平差，其重復基線、坐標差分量、環閉合差均滿足要求，最大環閉合差為3.41 ppm，最弱點為光達站－1，點位誤差為0.18 cm，平均點位中誤差為:0.13 cm，最弱邊為XXJD－HHZY，邊長精度為1/1 346 000，平均邊長精度為:1/4 097 326，均符合設計要求。

4 2號線一期精密導線控制網測量

4.1 網形設計

為了滿足地鐵施工測量的需要，減少貫通誤差，在C級GPS控制網上加密四等精密導線，精密導線網基本上沿地鐵線路走向布設，局部地方采取主、副導線埋設，共埋設精密導線點106點，圖3為精密導線網圖。

圖3 精密導線網圖

4.2 外業測量

2號線一期工程精密導線網外業觀測采用索佳自動化3D精密全站儀NET05(0.5 s)及配套的氣溫表和氣壓表，儀器自動觀測記錄，可減少人為誤差和勞動強度，提高觀測精度，設站采用三聯腳架法，水平角采用方向觀測法觀測4測回，精密導線網共有閉合環8個，最大角度閉合差為－6.00″，附合導線14條，最大角度閉合差為6.74″。

4.3 數據處理

原始數據經方向觀測值改正、高程歸化、投影改化等多項改正后，再進行平差計算，平差軟件采用南方平差易，進行嚴密平差，精度統計情況如表2所示，均優于設計要求。

精度統計表 表2

5 高程控制網測量

5.1 網形設計

2號線一期工程水準點布設采取每一個車站埋設一個基巖點、二個墻水準點為原則，共埋設60個水準點，其中25個基巖點、35個墻水準點，基巖點為鋼管式基巖標，采用鉆探方式，墻水準點采用不銹鋼螺桿，采用植筋膠將其固定，以國家一等水準點為已知點，并與沿線的精密導線網點串聯，構成水準網。

5.2 外業觀測

水準線路觀測采用SOKKIΛS 0.5自動安平數字水準儀及與之配套的因瓦條碼水準尺，按國家二等水準測量精度要求進行作業，采用單線路，分上、下午往返觀測，電子記簿，自動檢核，共組成閉合水準9個，附合水準6條，觀測測段155個，水準線路長185.4 km，跨河水準一處。

湘江跨河水準采取GPS測量方法進行測繪，分別在湘江兩岸、橘子洲布設GPS普通地面點，如圖4所示，外業觀測按C級GPS精度要求進行測量，GPS天線高采用二等水準聯測法，精確求取，基線向量采用GAMIT軟件進行解算，平差計算采用武漢大學測繪學院的CosaGPS V5.1軟件進行處理，在WGS－84坐標系中固定一點進行三維無約束平差，求得各點的大地高程及各跨河段的高差。

圖4 湘江跨河水準布設圖

5.3 平差計算

外業所測高差經正常水準面不平行改正后，再進行平差計算，平差計算采用南方平差易，平差后得出每個待定點的高程及每千米全中誤差，每千米全中誤差為0.98，最弱點高程中誤差為±2.61 mm，均符合設計要求。

6 結論與分析

從上文可知，該控制網的精度符合規范要求，可以滿足軌道交通建設的需要，同時通過項目的實施和實際操作，發現在城市復雜的環境中進行高精度軌道交通控制網的測繪，要滿足其測量精度，應在施測方案、點位的埋設、觀測方法以及儀器設備的選型上進行周密的策劃、論證，現總結分析如下:

(1)起算數據應采用統一的、高精度的控制點。城市軌道交通線網一般由幾條或十幾條線路組成，線路施工周期較長，施工精度要求高，為了保證各條線路、同一線路不同時期的銜接，如果城市沒有統一的、高精度的、滿足軌道交通建設的二等平面控制網，應優先考慮建立覆蓋線網范圍、統一的二等框架基準平面控制網，這也是能有效提高項目控制網精度最為有力的措施和方法。

(2)C級GPS點點位間距應合理，通視點距離以1 500 m為宜，若小于1 000 m，點位的相對精度很難滿足，且用于精密導線網測量時，方向誤差很容易超出規范要求，若大于2 000 m，則對通視條件要求高；點組之間的距離以2 000 m為宜，距離大于2 500 m，在布設精密導線網時，點數和導線長度很容易超出規范要求；精密導線網點點位間距一般以350 m為宜，特殊地段不應短于175 m。

(3)C級GPS點點位盡量埋設在樓頂上，且采用強制對中標志，減少儀器對中誤差和重復擺站的較差，提高測量精度，同時對點位的保護較好，但要與業主進行良好的溝通；精密導線網點一般沿線路埋設在線路兩側的地面上，車站附近的精密導線網點盡量垂直于線路埋設；由于軌道交通建設的周期較長，精度要求高，為防止在地質條件較差的地段，水準點點位發生沉降，每一個車站應布設一個基巖水準點和1個～2個墻水準點。

(4)在城市復雜的環境中，若采用常規全站儀進行四等精密導線網測量，對點位的通視條件要求很高，且觀測人員的注意力應保持高度集中，施測難度較大；若采用全自動測量儀器，自動照準、自動觀測、自動記錄、自動計算限差，則可大大降低勞動強度，提高勞動效率，縮短工期，提高測量精度。因此在設備的選型上應優選考慮采用全自動測量儀器，但也要考慮儀器的成本和今后的可利用率。

(5)C級GPS外業測量采用重復觀測法，由于C級GPS測量的觀測時段數大于2，即要求在每一個點位上，進行兩次GPS測量，在交通擁堵的城市中進行移站測量，可能需花費大量的工作時間，不利于工作的開展，因此應考慮同一天對同一點進行兩次觀測，即重復觀測法。采用全自動測量儀器進行水平角度與距離觀測時，一般應在滿足規范的前提下，設置儀器自動多測1個～2個測回，可避免因某一測回超限而需重新設站觀測的麻煩，這樣既提高了測量精度，又提高了勞動效率。

[1] 孔祥元，郭際明，劉宗泉.大地測量學基礎[M].武漢:武漢大學出版社，2005

[2] 孔祥元，梅是義.控制測量學[M].武漢:武漢大學出版社，2005

[3] 黃勁松，李征航.GPS測量與數據處理[M].武漢:武漢大學出版社，2005.3

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[8] Documentation for the GAMIT GPS Analysis Software，Release10.31 2006

[9] http://sopac.ucsd.edu/processing/gamit/

Construction of Rapid Rail Transit Control Network of ChangSha Urban

Liu PengCheng，Dai JianQing，Kuang ZhiWei
(Changsha Geotechnical Engineering and Surveying Institute，Changsha 410007，China)

The paper introduces that the ChangSha urban rapid rail transit net framework and control network of two Line one issue of project are constructed.Through the analysis of Control Network’s accuracy，it shows that the control network meets the requirements of Specifications completely.The lesson is summarized from the established of control network of urban complex environment.

urban rapid rail transit；subway；net framework；GPS；Precision wire；precise leveling

1672－8262(2010)03－91－03

P221

A

2010—10—19

劉鵬程(1975—)，男，高級工程師，主要從事城市GPS測量、CORS建設與管理等方面的工作與研究。