地铁建设的控制网分析及数据处理

摘要： 随着现代交通的发展，在我国各处都更加重视城市基础建设的现状下，在城市交通拥堵不堪的问题下，越来越多的城市都选择了修建地铁来缓解城市交通压力，为人们方便出行提供更好的条件。而地铁建设有其独特的特点，使得它的前期控制网布设与一般工程上的控制测量有了一定的区别，因而有必要拿出来进行讨论。本文通过一个地铁建设的实例分析，对如何根据现有资料与工程项目的技术精度要求设计控制网，如何在实地选择控制点及控制点的布设规范，控制网的观测内容及注意事项和控制网的数据分析，精度判定等方面，对工程建设的前期控制网布设进行介绍与分析。

Abstract： With the development of modern transportation in China， urban infrastructure construction attracts great importance. As urban traffic congestion is serious， more and more cities choose subway to reduce the pressure on urban traffic and provide better condition for people's travel. Subway construction has its unique features， making its control network layout different from general construction control measurement. So it is necessary to discuss this problem. Through a case analysis， this article introduces and analyzes the early stage control network layout of construction projects on how to design the control network according to the existing data and the technical precision requirements of the project， how to select the control points in the field and construction specification of control points， observation content of control network and the matters needing attention， data analysis， accuracy determination， etc.

关键词： 控制测量；地铁控制网；GPS平面控制；数据分析

Key words： control survey；subway control network；GPS plane control；data analysis

中图分类号：P228.4 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2016）01-0094-03

0 引言

控制测量作为传统测量的一个重要分支，一直都是测绘行业的主流研究对象。其有完整的数据处理体系，成果检验标准，因而随着近年来社会经济的发展，也渗透到了更多工程应用领域。在轨道交通方面，由于近年来国民经济的增长，私家车的数量急剧上升，导致城市交通拥挤。为解决这一现状，许多城市选择修建轻轨、地铁的轨道交通以缓解城市压力。但在施工前期，对控制网建设方面，目前仍留有探讨空间。如导线的定向问题，如何结合地面控制点等。本文以徐州市地铁建设项目为例，对地铁项目的前期控制网布设以及如何结合已有资料对控制网进行加密以及后期数据的处理进行研究分析，获得了一个较为可行的地铁控制网布设的方法，对这方面进行了补充及扩展。

1 研究区概况

选取徐州城市轨道交通1号线为研究主题，1号线项目位于徐州市区四环路内，地势平坦，平均海拔约37m。该地铁为一条串联东西方向的骨干线，全线地下辅设，长约24km，设站17座，其中有5座为轨道交通换乘车站。本研究主体全程贯穿城市主体经济区，沿线有7个市级CORS站和一个国家B级GPS点，可利用资源较多，控制网布设选择灵活。

地铁控制网布设分为平面控制网与高程控制网。其中平面控制网采用GPS架设框架网，再利用全站仪进行加密观测得到加密网，高程控制网采用水准联测，获取高程信息。

2 平面控制网的布设及加密

地铁平面控制网是决定工程施工平面位置是否能精确保证的基础。尤其在隧道施工时，平面控制网往往决定了对向挖掘时，是否能够保证方向一致，顺利对接等。

为了增强GPS网的强度，提高测量精度，观测网型采用边连接方式，布设成大地四边形、中点多边形或三角形图形，避免点连接方式，以免造成不必要的误差传递。GPS网平均边长2km，最短边长不小于500m。在线路起终处、隧道出入口、竖井或车站附近至少布设3个平面控制点（其中GPS点1到2个），车辆段附近至少布设3个GPS平面控制点，作为向隧道内传递坐标和方位的联系测量依据，控制点应有两个以上的通视方向，其它位置的控制点间应至少有一个以上通视方向。框架网及加密网如图1，图2。

3 高程网布设

如图3所示，根据地铁控制网的特点，在水准路线的两端，应各埋设一个岩石水准点，以减少误差传递，同时，根据首尾两已知水准点，能够对水准成果进行复核。

4 数据处理

4.1 框架网的质量控制

4.2 框架网的数据处理

GPS框架网的数据处理应当包括了数据预处理、基线解算和网平差，其中基线解算包括：

①先验坐标的获取。

先验坐标采用差分的办法获得，求得GPS观测点的先验坐标。

②重复基线检核。

③异步环检核。

根据起算坐标对成果进行平差，其结果为：平差后最弱点点位中误差为±2.9mm；最弱边边长中误差为±0.6mm；最弱边相对误差1/11508000。同时，为了检验GPS网的精度可靠性对GPS观测的一等卫星定位控制网中五条基线采用全站仪进行了测距检测，将全站仪测得的边长与一等卫星定位点间的基线长进行比较，结果见表1。

在选取GPS外符合精度检验点时，通常应注意选取：①GPS数据有效率较低，或观测时间不足等可能存在精度不足的点；②应注意抽样点应能整体覆盖控制网，以检测控制网整体成果可靠度。通过对GPS成果的检测分析，可知1，5号点精度较其他控制点低，分析原因有：

①由于建筑物和道路拐向的限制，在实际控制点布设过程中，通常会被迫布设并不合适的控制点，例如边长过小等问题。通常的解决办法为观测多余控制点。在原控制点精度不符时对多余观测点进行联测，剔除原控制点对数据成果的影响，观测符合布设要求的控制点。

②在GPS控制网观测过程中，由于经过闹市区，个别观测点由于高层建筑或广告牌等原因，产生了多路径效应。

③在GPS观测过程中，由于建筑物过密，卫星高度角受到影响，数据的有效率偏低。为了避免②、③所述情况，通常应在选点时慎重考察周围环境，若有时未能及时探明，框架网已布设成型，则应考虑通过延长观测时间或更改整体观测时段等方法控制数据质量，达到要求的GPS数据有效性以保证网整体的精度。

4.3 加密网的质量控制及精度

加密网采用全站仪观测导线点的方法以达到对框架网加密的目的。

加密网的角度闭合差，不应大于下式计算的数值。

加密网数据处理同样需要经过数据预处理，基线解算及区域网平差，其精度结果如表2。

相对测距中误差指某边的中误差与该边的距离之比。相较于中误差，相对中误差排除了观测条件不同（如测距边长不相等）等因素的干扰，能够更直观的评价数据成果的可靠性。通过分析表2，有：

①加密网采用全站仪观测导线，以达到观测的目的，因而其观测条件不受周围建筑物密度方向等的限制，数据精度较稳定。

②由于地铁控制网的特殊性，在加密观测时，有时需要地下观测，无法根据已知点联测提高网的整体精度，减少误差传递，因而在地铁控制网布设时，通常借助陀螺仪定向，对导线边的方位角进行纠正，阻断误差传递，提高观测精度。

4.4 高程网的数据处理及精度

利用高程控制网平差软件，在观测高差加入了标尺尺长改正、水准面不平行改正，以观测距离定权。平差后最大点位高程中误差为±1.7mm，最大点间高差中误差为±1.0mm。

分析表3，可知各环线间闭合差差异明显。同时2号环线观测距离最短但精度较其它两条环线最低，分析原因为：①该环线位于整条水准路线中段，距离首尾埋设的岩石水准点均有一段距离，导致起算点起就存在误差传递，其同行采用的解决办法是通过在整条顺准路线上增加岩石水准点，以控制误差。但在地铁控制网中，由于需进行地下观测，如何将高程引至水准线路中段，仍需探讨研究；②存在客观观测条件原因，2号环线整体在地下观测，照明度差，观测本身存在困难也是导致其数据质量较低的原因之一。

5 问题总结

在地铁控制网布设中，其最大的特点也是最大的难点就是需在地下进行测量工作，因而在前期准备工作中，数据的收集尤为重要。通过了解现有资料，对一直点的位置及级别进行研究，能够更加灵活和有选择的布设最合适的框架控制网，而框架网的精度又决定了加密网的数据质量，从而影响工作整体的有效性，因而在对已知点选取时，应当综合考虑多种因素，慎重选择最合适的已知点作为控制网的起算点。

在布设好控制网后，其观测中的问题就成为了现阶段的主要问题。通过对本次数据成果的分析，基本可将问题总结为：

①加密网点之间误差传递问题。由于这种误差问题已经有很成熟的数学模型能够解决，即平差模型，因而在后期数据处理过程中，选择适合的平差模型及平差软件，即可克服。

②GPS观测条件问题。这类问题通常是由于GPS控制点选取不谨慎导致。因而在控制点选取时严格按照控制点选取原则即可解决。但在实际施测过程中，往往不能找到条件适合的控制点位置，此时则应评估GPS数据有效率的损失度，在接受范围内，则可选取。或也可采用多时段观测或延长观测时间等手段，提高GPS数据有效率，从而达到预定精度。

6 结束语

在当前经济大发展的趋势下，工程建设已晋升成为了推动其发展的一个关键参与者，而提到工程建设，又不得不与工程建设联系紧密的测量方法：控制测量。控制测量通常是在工程项目前期的施工中，为后期的工程测量作铺垫，在整个项目建设的测绘工作中，起到了框架性的作用。因此，控制网的网型设计，测量办法的选择，仪器与精度的配合等，就显得尤为重要。控制网布设的好坏，控制点位置的选择，整个控制网精度的高低，直接与一个工程的建设质量挂钩。在地铁建设的控制网布设时，其特殊性就在于控制点的布设大部分位于地下，与已知点的联测困难，因而需要通过层层加密，逐步联测以达到精度，同时，也可以利用陀螺仪对导线边进行纠正，以减少误差传递。本次采用的方法从成果上看能够有效的减少误差传递，保证控制网精度，提高成果可靠性，但在这一方面，仍有探讨提升的空间，从而得到切实有效的地铁控制网布设方法。

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