現(xiàn)代有軌電車基準框架的設計和建立

蔣勝華，張曉章，鄭峴，王磊

(武漢市測繪研究院，湖北 武漢 430022)

現(xiàn)代有軌電車基準框架的設計和建立

蔣勝華*，張曉章，鄭峴，王磊

(武漢市測繪研究院，湖北 武漢 430022)

結(jié)合有軌電車工程實例，探索出一條現(xiàn)代的城市有軌電車基準框架建立的方法；討論了綜合運用靜態(tài)GPS技術(shù)、連續(xù)運行衛(wèi)星定位服務系統(tǒng)、水準測量等多種測量模式時所出現(xiàn)的相關(guān)問題；并對多種測量模式在現(xiàn)代有軌電車基準框架建設中的應用研究以及如何提高測量精度和可靠性等方面作了一些探討。

有軌電車；基準框架；GPS控制網(wǎng)；數(shù)據(jù)處理

1 引 言

現(xiàn)代有軌電車是一種新型綠色的公共交通方式，具有安全、環(huán)保、運營成本低、舒適性好、交通效率高等優(yōu)點，既彌補了軌道交通覆蓋率低的缺陷，又改善了常規(guī)公交運量不足的弱點，對城市格局、多模式多層次的公共交通系統(tǒng)以及產(chǎn)業(yè)發(fā)展起到關(guān)鍵的推動作用，具有重要的戰(zhàn)略意義[1]。而在現(xiàn)代有軌電車的建設中，為了提供必要的圖件和資料用于制定合理的施工方案，保證有軌電車建設項目后續(xù)工作的順利進行，現(xiàn)代有軌電車基準框架的設計和建立就顯得至關(guān)重要。

在GPS技術(shù)廣泛應用之前，線狀工程普遍采用全站儀導線測量的方式建立能夠覆蓋測區(qū)范圍的工程控制網(wǎng)框架，并在此基礎框架下完成工程所有的測繪和測設工作[2，3]。由于目前衛(wèi)星導航技術(shù)得到突飛猛進發(fā)展，衛(wèi)星定軌精度的提高、各種誤差模型的精化、模糊度固定求解算法的改善以及高精度數(shù)據(jù)事后處理軟件的發(fā)展，都極大地推動了GPS技術(shù)在工程測量領(lǐng)域的應用[4]。本文以某城區(qū)有軌電車工程為例，詳細介紹了如何綜合運用靜態(tài)GPS技術(shù)、連續(xù)運行衛(wèi)星定位服務系統(tǒng)、水準測量等多種測量模式實現(xiàn)現(xiàn)代有軌電車基準框架的設計和建立，并對GPS數(shù)據(jù)處理過程以及如何提高測量精度的工程測量方案進行探討。

2 有軌電車基準框架規(guī)范要求

建立符合城市坐標系的有軌電車測量基準框架是所有測量工作的基礎，直接影響到項目建設后續(xù)工作的順利進行。按照GB50308-2008《城市軌道交通工程測量規(guī)范》、CJJT73-2010《衛(wèi)星定位城市測量技術(shù)規(guī)范》和CJJ/T 8-2011《城市測量規(guī)范》等相關(guān)規(guī)范的要求，有軌電車工程需首先布設首級衛(wèi)星定位控制網(wǎng)[5]。其難點在于首級控制網(wǎng)需要滿足D級衛(wèi)星定位控制網(wǎng)和二等水準網(wǎng)的要求，精度指標如表1和表2所示。由于現(xiàn)代有軌電車工程具有長寬比例大、測區(qū)帶狀分布、路線主要經(jīng)過城區(qū)等特性，使得控制網(wǎng)的建立也存在一些特殊性[6]。另外在實際工作中，由于靜態(tài)GPS技術(shù)、連續(xù)運行衛(wèi)星定位服務系統(tǒng)、全站儀測量、水準測量等新老測量模式的綜合利用，能否保證各測量模式均在一個測繪基準中使得控制點間的系統(tǒng)誤差盡可能小，便成為影響工程質(zhì)量好壞的關(guān)鍵。

D級GPS控制網(wǎng)的精度標準 表1

其中，基線精度按式(1)計算：

(1)

式中，σ表示標準差，即基線向量的弦長中誤差(mm)，a表示與接收設備有關(guān)的固定誤差(mm)，b表示比例誤差系數(shù)(1×10-6)，d表示相鄰點間的距離(km)。

水準網(wǎng)的精度標準 表2

其中：L表示水準路線長度，單位為km。

3 有軌電車基準框架的設計

控制網(wǎng)選點時應均勻布設在整個測區(qū)，有利于控制整個區(qū)域，方便地形圖測量，盡量使控制網(wǎng)網(wǎng)點與國家各級控制網(wǎng)點重合，充分利用原有控制點的標石；控制網(wǎng)點之間應保持2個方向通視，點位的基礎應堅實穩(wěn)定，易于長期保存，視野開闊，并遠離大功率無線電發(fā)射源[7，8]。

在武漢某城區(qū)有軌電車工程中，嚴格遵循從高級到低級布設控制網(wǎng)的原則，利用高等級控制點作為起算點進行施測[7，9]。平面控制網(wǎng)采用分級布設的方法，首級控制網(wǎng)采用靜態(tài)GPS方式布設，并以三級RTK點加密；高程控制網(wǎng)采用直接水準的方式布設。測區(qū)周邊B級GPS點2個，C級GPS點3個均為二等水準點，作為本工程控制起算依據(jù)，如表3所示。

測區(qū)基本控制點匯總 表3

本工程共布設D級GPS點27個(含三等水準點25個)，三級GPS RTK點73個，控制網(wǎng)點的統(tǒng)計情況如表4所示。

控制網(wǎng)點情況統(tǒng)計 表4

4 有軌電車基準框架的建立

4.1 D級靜態(tài)GPS控制測量

為完成該城區(qū)有軌電車工程控制網(wǎng)的外業(yè)測量，數(shù)據(jù)采集所用的觀測設備全部進行了鑒定并在出測之前均進行了對中器、水準氣泡的檢校，其中所用的GPS接收機均為南方S82-V系列雙頻接收機。

在靜態(tài)GPS控制測量中，采用GPS網(wǎng)連式的方式進行同步觀測，外業(yè)觀測每個時段長度增加50%。分一期和二期布設控制網(wǎng)，實施數(shù)據(jù)采集工作，雖然保障了工期，但也帶來了兩期成果間的系統(tǒng)誤差。為克服該項誤差，保障有軌電車的順利合攏，對兩期控制點進行了重復觀測，利用多種測量模式，增加多余觀測值。

本文采用南方GPSPro Ver4.0軟件來對兩期控制網(wǎng)外業(yè)數(shù)據(jù)進行處理，得到基線向量的雙差固定解以及測站坐標[10，11]。一期控制網(wǎng)得到有效基線91條，基線向量構(gòu)成閉合環(huán)共計921個，其中同步閉合環(huán)224個，異步閉合環(huán)697個；二期控制網(wǎng)得到有效基線114條，基線向量構(gòu)成閉合環(huán)共計 1 728個，其中同步閉合環(huán)633個，異步閉合環(huán) 1 095個。

在軌道工程中，控制網(wǎng)的內(nèi)符合精度尤為重要，為分析本工程GPS網(wǎng)的內(nèi)符合精度，將基線相對精度分布情況進行統(tǒng)計，其統(tǒng)計結(jié)果如表5所示。其中，兩期控制網(wǎng)最弱邊分別為GD01～GD02、GD16～GD18，最弱邊相對中誤差分別為1/125238、1/122617，滿足設計要求。

在通過基線檢驗的基礎上，選取有效基線組成三維GPS向量網(wǎng)，進行WGS-84橢球基準下的三維無約束平差。嚴格平差后，各點位的中誤差如圖1所示：

從圖1可以看出，最小點位中誤差為 1.78 mm(GD06)，最大點位中誤差為 7.95 mm(GD24)，所有點位的中誤差均優(yōu)于設計要求的 12 mm。

圖1 GPS控制測量點位中誤差

4.2 三級RTK控制測量

在三級點的加密中充分利用了城區(qū)的連續(xù)運行衛(wèi)星定位服務系統(tǒng)(WHCORS)。利用基于WHCORS的網(wǎng)絡RTK測量技術(shù)，結(jié)合似大地水準面格網(wǎng)數(shù)值模型，實現(xiàn)了平面及高程的厘米級實時定位，取代了常規(guī)低等級控制測量，省去測量標志保護與維護的費用；此外在碎部點采集中也得到了充分利用，很大程度取代了常規(guī)的全站儀采集數(shù)據(jù)，降低測繪勞動強度和成本，大大提高了作業(yè)效率。

三級點的加密共布設控制點73個，施測前和施測后對高級控制點各檢核一次，平面檢測誤差不小于 5 cm，滿足規(guī)范要求。施測時，采用三腳架，嚴格進行了對中整平，PDOP值均控制在4.0以內(nèi)，每次觀測 3 min，分三個時段對同一點進行數(shù)據(jù)采集，其三次施測平面較差小于 ±2 cm，高程較差小于 ±3 cm，最后取其平均值作為RTK施測的控制成果。質(zhì)量統(tǒng)計如表6所示。

在采用RTK測量時為加強檢核，三級點與相鄰高等級控制點進行了聯(lián)測，共進行了40個定邊定角檢查，精度均符合設計要求，其中定角檢查最大差值為23″，定邊檢查最大差值為 0.021 m。

RTK三級控制測量質(zhì)量 表6

4.3 二等水準控制測量

水準測量利用數(shù)字水準儀(萊卡 DNA03 349033)及銦鋼尺(50804 50809)進行施測，采用中絲讀數(shù)法進行往返觀測，兩條線路分別起閉于二等水準點，共計三等水準點25個。水準測量外業(yè)觀測中，嚴格按照設計書的要求進行，具體精度如表7所示。

水準測量精度 表7

以上結(jié)果表明，此次測量成果完全達到設計書的要求，即達到《國家一、二等水準測量規(guī)范》的限差要求，也即優(yōu)于《城市軌道交通工程測量規(guī)范》的二等水準要求，完全滿足項目的施工等各項要求。

5 結(jié) 語

現(xiàn)代有軌電車的建設，既彌補了軌道交通覆蓋率低的缺陷，又改善了常規(guī)公交運量不足的弱點。建立一套符合城市坐標系的有軌電車測量基準框架對后續(xù)現(xiàn)代化有軌電車建設意義重大。

本文結(jié)合某城區(qū)現(xiàn)代有軌電車建設工程實例，探索出一條符合規(guī)范的城市有軌電車基準框架建立的方法。以D級靜態(tài)GPS控制網(wǎng)作為基準框架的首級控制網(wǎng)，高程控制網(wǎng)采用二等水準的方式布設，并充分利用城區(qū)CORS網(wǎng)絡RTK測量技術(shù)，結(jié)合似大地水準面格網(wǎng)數(shù)值模型，實現(xiàn)平面及高程的厘米級實時定位，取代了常規(guī)低等級控制測量，為后續(xù)有軌電車建設工作提供了寶貴的經(jīng)驗。

為保證基準框架的內(nèi)符合精度滿足要求，除增加觀測時段長度、增加重復設站次數(shù)等措施外，靜態(tài)GPS、CORS、水準測量等多種測量模式的綜合運用能夠相互印證數(shù)據(jù)的準確性，保障了成果的可靠性。

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Design and Establishment of Modern Tram Reference Framework

Jiang Shenghua，Zhang Xiaozhang，Zheng Xian，Wang Lei

(Wuhan Geomatic Institute，Wuhan 430022，China)

Combining a tram engineering instance，an establishment method of modern tram reference framework is explored in line with norms，and the issue is discussed when using multi-mode measurement techniques，including static GPS，CORS，leveling surveying，etc. This paper also makes some discussion on the application of multi-mode measurement techniques in city tram building and how to improve the measurement accuracy and reliability.

tram；reference framework；GPS control network；data processing

1672-8262(2017)03-94-03

P228，P258

B

2016—07—29

蔣勝華(1984—)，男，高級工程師，注冊測繪師，主要從事城市勘測技術(shù)管理工作。