浅谈地铁轨道交通的控制测量
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摘要：近年来，城市地铁建设进入黄金时期，建设规模的扩大和技术标准的提高给测量工作提出了更高的要求，首级控制测量是地铁所有测量的基础和依据，文章根据深圳地铁三号线为例，对地铁GPS控制测量在地铁工程中的应用情况进行分析。
关键词：地铁；控制测量；布设
中图分类号： K928.78文献标识码：A
1.工程概况
深圳轨道交通二期工程（三号线），起点位于福田区福强路（益田站），终点位于龙岗区深惠公路（双龙站）。全线设横岗车辆段1座、中心公园停车场1座、主变电站2座、半地下站1座（塘坑站）、地下车站14座和高架站15座，线路总长约41.6公里，其中地下线长13.3km，高架线长25.7km，地面线（即半地下站，含过渡段）长2.6km。路经福田、罗湖、龙岗三个行政区。
图1
2.测量的任务
根据测区内有深圳市规划和国土资源委员会提供的资料分析，地铁一级GPS控制点应沿线布设约222个，全线的控制测量点设在每个车站周边，均布设有3个点，且点位间距不小于200米，根据实际情况，可在车辆段、停车场、变电站等附属设施布设一级控制点，点间距300米左右，
3.首级控制测量
3.1一级控制网的布设
为满足竣工测量的控制要求，在测量前收集了测区原有等级控制资料，经实地调查，在本测区附近有四等GPS控制点IV045、IV056、IV058、IV061、IV074、IV112、IV116、L002、L033、L042、L085、L097、IV055、IV170、L008、L020、L027、L074、L096，上述控制点在实地保存完好在测区内分布均匀，可作为本次竣工测量的首级控制的起算点。为保证轨道竣工测量的需要，本次控制测量拟在上述控制点的基础上布设本工程的首级控制网，按《卫星定位城市测量技术规范》（CJJ/73-2010）的要求布设一级GPS控制网。一级GPS控制网的主要技术要求见表1：
表1、一级GPS控制网的主要技术指标
级别 每对相邻点平均距离
d(km) 固定误差
a(mm) 比例误差
b（1×10－6） 最弱边相对中误差
一级 0.2～1 ≤10 ≤5 1/20000
3.2控制点选点、埋石
一级GPS网的点位选择及埋石严格按照《卫星定位城市测量技术规范》的要求以及本标段道路的现场实际情况进行。
选点时应符合下列要求：
（1）点位的选择应有利于其他测量手段扩展和联测。对于本次竣工测量而言，点位的选取应方便利用全站仪进行二级导线观测及数字化地形测图；
（2）点位应选在坚实稳定的地方，易于长期保存，视野开阔，便于安置仪器；
（3）点位选取应注意保证被测卫星的地平高度角应大于15°；
（4）点位应离大功率无线电发射源200米以上，并应离高压电线50米以上；
（5）避开建筑、大面积水域等反射物体；
（6）选点结束时应拍摄控制点照片并制作简易的点之记。
控制点埋设的具体方法是：在铺装地面用冲击钻钻直径约为8mm的小孔，灌水泥沙浆，将8mm×60mm螺栓镶入，刻25cm×25cm框作为控制点标志，并用水泥光面，在地砖表面用刻字机刻出点号，并用红油漆描填，具体样式如下图：
图2
为保证一级GPS网的基线长度的要求，在选取点位时道路两边的点位应相互错开，避免道路两边有对称点的情况出现，相邻点的距离在200～1000米左右，这样可保证GPS网的基线有足够的长度。
3.3一级GPS控制网观测所用的仪器
一级GPS控制网的观测用TOPCON Hiper 接收机（四台套）和Leica ATX1230接收机（五台套）进行野外数据采集， TOPCON Hiper接收机标称精度均为±(5mm+1ppm×D)、Leica ATX1230接收机标称精度均为±(5mm+2ppm×D)，D为观测基线长度，单位为km。
4.一级GPS网点的野外数据采集
4.1技术要求
一级GPS网的观测按照《卫星定位城市测量技术规范》的要求进行，其基本要求应符合表2的规定。
表2一级GPS网作业的基本技术要求
等级 观测方法 卫星
高度角 有效观测
卫星数 平均重复
设站数 观测时段长度
(分钟) 数据采集
间隔(秒) 点位几何图形强度因子（PDOP）
一级 静态 ≥15° ≥4 ≥1.6 ≥45 10～30 ＜6
4.2观测作业的要求
①GPS测量作业前,接收机在一般检视和通电检验后,还应进行GPS接收机内部噪声水平测试和接收机天线平均相位中心稳定性检验,并对基座光学对中器和卷尺进行检校。根据编制的GPS卫星可见性预报表及卫星的几何图形强度(其PDOP值不应大于6),选择最佳观测时段，制定观测作业调度表。
②作业前，观测组应严格按调度表规定的时间进行作业，保证同步观测同一卫星组，当情况有变化时，应经作业组长同意，观测组不得擅自更改计划。
③作业人员必须严格按照GPS接收机操作手册的规定进行观测作业。
④每一时段开机前后应各量一次天线高，两次量得的天线高互差应不大于3mm，取平均值作为最后结果，并及时输入测站名、观测日时段号、等信息。
⑤观测员在作业期间不得擅自离开测站，并应防止仪器受震动和被移动，防止人为和其它物体靠近天线，遮挡卫星信号。
⑥接收机在观测过程中不应在接收机近旁使用对讲机；雷雨过境时应关机停测，并取下天线，以防雷击。
⑦当接收机开始记录数据后，应随时注意卫星信号和信息存储情况。当接受或存储出现异常时，应随时进行调整，必要时应及时通知其它接收机以调整观测计划。
⑧在现场应按规定作业顺序填写观测手簿，不得事后补记。经检查所有规定作业项目全部完成，且记录完整无误后方可迁站。
⑨每日观测结束后，应及时将数据转存到计算机上，确保观测数据不丢失，同时应进行当天的基线计算。
5.GPS网的数据处理
5.1数据处理软件包的选用
基线解算、同步环、异步环闭合差检验、网的三维无约束平差、平面约束平差采用随机配置的软件包进行平差计算。
5.2基线向量网的平差计算
（1）基线向量组网
整网观测结束及基线解算工作结束后，可通过软件进行组网。当用M台接收机进行同步观测时，应从计算出的M（M－1）/2条GPS观测边中选取M－1条边参加GPS网平差计算。选取的原则是：
——独立的基线；
——网形构成非同步闭合环，不应存在自由基线；
——必须不含明显的系统误差；
——组成的闭合环基线数和异步环长度应尽量小；
（2）GPS基线向量组网的无约束平差
组网工作结束后，应在WGS-84地心坐标系下，以一个点的地心系三维坐标作为起算依据，进行无约束平差,以检验空间向量网的内符合精度,再次检验组网基线是否存在粗差基线。
在无约束平差中，基线向量的改正数绝对值应满足下式要求：
式中：、、—基线分量的改正数绝对值。
（3）深圳市独立坐标系下的约束平差
对通过无约束平差后的观测值进行二维约束平差,平差中，对已知点坐标、已知距离和已知方位进行强制约束。
在约束平差中，基线向量的改正数与剔除粗差后的无约束平差结果的同一基线相应改正数的较差应符合：
式中：d、d、d—同一基线约束平差基线分量的改正数与约束平差基线分量的改正数的较差。
（4）成果资料整理
GPS网的观测及平差计算完成以后，应对成果进行整理并提交验收，验收的资料应包括观测记录的存储介质及其备份，成果的内容与数量必须齐全、完整无损，各项注记、整饰应符合要求。
6.小结
深圳地铁项目测绘成果按工序实行“两检一审”的检查制度。第一级检查由作业组实施，是过程检查，即作业组的作业人员对所完成的测量成果和各项记录进行认真的自检、互检，第二级检查由质检科进行，是最终检查，有质检人员在作业组过程检查的基础上进行，包括内业全面检查及外业对照检查和设站检查。由审核科审核人员根据质量体系的要求和流程对质检科提交的最终成果进行审核，对审核中发现的问题要求作业组进行修改、更正，成果通过审核后，最后才能出件、存档。
参考文献
[1]《城市测量规范》（CJJ/T8-2011）；
[2] 《卫星定位城市测量技术规范》（CJJ/73-2010）