軌道交通線路控制測量技術研究

左佳 曹歐

摘 要:本文以武漢某軌道交通工程測量為背景,探討了線路控制測量的技術思路,分析了gps觀測流程,內業解算流程和評定思路。

關鍵詞:GPS軌道交通控制測量精度

中圖分類號:TB22 文獻標識碼:A 文章編號:1672-3791(2012)06(b)-0004-02

隨著社會的高速發展,測繪技術也得到了廣泛的應用,尤其是GPS測繪技術,己經用于軌道工程建設的方方面面。從首級控制到軌道線路的施工放樣,GPS技術都發揮著重要的作用。在軌道交通工程中首先引入GPS的是控制測量。

1GPS網布設原則與施測流程

GPS控制網布網設計,必須依甲方要求按GPS測量規范實施。其設計的一般原則有以下幾點。

(1)圖形閉合。即GPS控制網網一般應有足夠的獨立觀測邊構成閉合圖形,以增強圖形自身強度和增加平差檢核條件,以提高觀測質量,即必須有足夠的閉合環。(2)有必要的一定數量的點位重合,以方便由已知點推算待測點。GPS網站點應與原有地面已知控制網點有足夠的重合,并力求重合點在整個控制網中均勻分布,以便可靠地確定GPS網與地面網之間的轉換參數。網點還應與一定的水準點重合,或在網中布設一定密度的水準點,以便為大地水準面的計算和研究提供資料和參考。(3)視野開闊。GPS網點一般應設在視野開闊和容易到達的地方,一般確保測站點仰角15°以上區域周圍無明顯的遮擋物。若需用此點按常規方法聯測或擴展控制網時,應注意滿足網點之間通視的通視條件（圖1）。

2工程概況與GPS點的布設實施

某軌道交通工程是貫穿武昌中南至東北城區的重要通道。該線路工程全長16.3km。本工程基礎平面控制采用GPS測量,按照《城市軌道交通工程測量規范》(GB 50308-2008)中衛星定位控制網測量標準實施。以城市C級衛星定位控制點C213、C219、C214、C145、C260、C134、C143、C135、C124、C218等10點,作為平面控制網起算依據。

軌道交通平面控制網由兩個等級組成,一等為衛星定位控制網,二等為精密導線網,并分級布設。本次工程設計GPS網的精度為一等,結合本工程的具體情況,沿線路走向布設GPS點, GPS網采用邊連式,組成網中的基線有一定數量的多余觀測,以增強成果的可靠,取C213、C219、C214、C145、C260、C134、C143、C135、C124、C218等10點作為GPS控制網的起算點,以取得了可靠的坐標轉換參數。

根據線路情況,GPS首級網擬采用帶狀大地四邊形鎖的形式來布設,保證點對點之間能夠相互通視,點位選設時避免了各種電磁波對GPS衛星信號的干擾、以及因施工的影響而產生點位的變動。共計測設GPS控制點20點。確保控制點均選擇在施工紅線之外且滿足通視要求,并保持控制點的相對穩定。控制點分布均勻,相鄰邊長之比小于0.5。

(1)GPS坐標系統及起算依據。

GPS測量采用坐標系為武漢城市坐標系(參考1954北京坐標系轉換)。

1954年北京坐標系為北京54橢球。

(2)GPS控制網的主要技術指標。

3GPS觀測

3.1 使用儀器

使用Trimble R6雙頻GPS接收機10臺套,進行GPS網野外數據采集。

3.2 觀測方式

為了提高GPS觀測的精度與可靠性,GPS點間應構成一定數量的由GPS獨立基線構成的非同步閉合環,使GPS網有足夠的多余觀測。考慮到杭工程橋控制網的精度要求與用途,計劃平均每點設站率N≥3,盡量增加多余觀測基線,使得每條基線得到充分檢核,提高整網的可靠性。

4GPS內業解算

4.1 數據后處理

衛星定位控制網基線解算采用衛星廣播星歷坐標值作為基線解的起算數據,利用商用軟件TGO進行。數據預處理基線全部采用雙差固定解作為最終結果,其結果中基線長度中誤差輸出值不應超過2σ。全部外業觀測數據均應經同步環、獨立環及復測基線檢核。

式中:σ為標準差,即基線向量的弦長中誤差(mm);a為固定誤差(mm);b為比例誤差系數(1×10-6);d為相鄰點間的距離(km)。

4.2 網平差

網平差計算采用C0SA4.0版GPS數據處理軟件進行。將檢核后的全部獨立基線構成閉合圖形,以一個城市C級GPS控制點的現有WGS-84坐標系的三維坐標作為起算數據,進行全網WGS-84系的三維無約束平差。基線向量改正數的絕對值應滿足:

≤;≤;≤

在城市坐標系中進行約束平差及精度評定,并應輸出坐標、基線向量改正數、基線邊長、方位角以及相關的中誤差、相對點位中誤差的精度信息,轉換參數及其精度信息等。基線向量的改正數與同名基線無約束平差相應改正數的較差應滿足:

≤;≤;≤

進行約束平差后,當衛星定位控制點與城市控制點和不同線路的重合點的坐標較差大于表1規定時,應對約束控制點和控制方位角進行篩選,重新進行不同組合的約束平差。

5GPS精度評定

5.1 基線解算

經數據預處理,控制網共獲得有效基線331條,基線向量解類型均為雙差固定解。

5.2 環閉合差統計

5.3 復測基線

GPS控制網共有復測基線33條,復測基線相對較差均較小,說明基線觀測質量可靠、數據處理合理,結果可靠、不含明顯粗差,內部符合精度較高。

5.4 三維基線向量無約束平差

在通過基線檢驗的基礎上,選取151條基線組成三維GPS向量網,進行WGS-84橢球基準下的三維無約束平差。

以上平差結果表明,本次GPS控制網具有較高的內部符合精度,觀測值不含有明顯粗差,基線向量解所確定的協方差陣相互間的比例關系合理,可以作進一步的數據處理。

5.5 二維約束平差

在三維無約束平差基礎上,以2006年測設的城市C級控制點6點(C219、C213、C145、C148、C130、DH(WHCORS基準站)、KC(WHCORS基準站))作固定點,對全網進行高斯投影變換,進行了二維基線向量網的約束平差。其主要技術指標。

5.6 與前期工程控制網的對接

為了與軌道交通前期工程的銜接，本次布設的衛星定位控制網重合了前期工程衛星定位控制點2點（GS17、GS18-1）。為了便于優化選擇，保證坐標系的一致，我們分別采用了7種約束平差方案。平差結果與原城市控制點較差。

通過數據，我們最終選擇與原控制點互差最小的方案1作為最終平差結果。

符合精度良好，證明本次GPS控制網與前期工程控制網成果兼容一致，具有良好的可靠性。

參考文獻

[1] 中華人民共和國建設部，(GB50308-2008).城市軌道交通工程測量規范[S].中國建筑工業出版社，北京，2008.

[2] 中華人民共和國建設部，(CJJ8-99).城市測量規范[S].中國建筑工業出版社，北京，1999.