轨道交通线路控制测量技术研究

摘 要:本文以武汉某轨道交通工程测量为背景,探讨了线路控制测量的技术思路,分析了gps观测流程,内业解算流程和评定思路。

关键词:GPS 轨道交通 控制测量 精度

中图分类号:TB22 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2012)06(b)-0004-02

随着社会的高速发展,测绘技术也得到了广泛的应用,尤其是GPS测绘技术,己经用于轨道工程建设的方方面面。从首级控制到轨道线路的施工放样,GPS技术都发挥着重要的作用。在轨道交通工程中首先引入GPS的是控制测量。

1 GPS网布设原则与施测流程

GPS控制网布网设计,必须依甲方要求按GPS测量规范实施。其设计的一般原则有以下几点。

(1)图形闭合。即GPS控制网网一般应有足够的独立观测边构成闭合图形,以增强图形自身强度和增加平差检核条件,以提高观测质量,即必须有足够的闭合环。(2)有必要的一定数量的点位重合,以方便由已知点推算待测点。GPS网站点应与原有地面已知控制网点有足够的重合,并力求重合点在整个控制网中均匀分布,以便可靠地确定GPS网与地面网之间的转换参数。网点还应与一定的水准点重合,或在网中布设一定密度的水准点,以便为大地水准面的计算和研究提供资料和参考。(3)视野开阔。GPS网点一般应设在视野开阔和容易到达的地方,一般确保测站点仰角15°以上区域周围无明显的遮挡物。若需用此点按常规方法联测或扩展控制网时,应注意满足网点之间通视的通视条件（图1）。

2 工程概况与GPS点的布设实施

某轨道交通工程是贯穿武昌中南至东北城区的重要通道。该线路工程全长16.3km。本工程基础平面控制采用GPS测量,按照《城市轨道交通工程测量规范》(GB 50308-2008)中卫星定位控制网测量标准实施。以城市C级卫星定位控制点C213、C219、C214、C145、C260、C134、C143、C135、C124、C218等10点,作为平面控制网起算依据。

轨道交通平面控制网由两个等级组成,一等为卫星定位控制网,二等为精密导线网,并分级布设。本次工程设计GPS网的精度为一等,结合本工程的具体情况,沿线路走向布设GPS点, GPS网采用边连式,组成网中的基线有一定数量的多余观测,以增强成果的可靠,取C213、C219、C214、C145、C260、C134、C143、C135、C124、C218等10点作为GPS控制网的起算点,以取得了可靠的坐标转换参数。

根据线路情况,GPS首级网拟采用带状大地四边形锁的形式来布设,保证点对点之间能够相互通视,点位选设时避免了各种电磁波对GPS卫星信号的干扰、以及因施工的影响而产生点位的变动。共计测设GPS控制点20点。确保控制点均选择在施工红线之外且满足通视要求,并保持控制点的相对稳定。控制点分布均匀,相邻边长之比小于0.5。

(1)GPS坐标系统及起算依据。

GPS测量采用坐标系为武汉城市坐标系(参考1954北京坐标系转换)。

1954年北京坐标系为北京54椭球。

(2)GPS控制网的主要技术指标。

3 GPS观测

3.1 使用仪器

使用Trimble R6双频GPS接收机10台套,进行GPS网野外数据采集。

3.2 观测方式

为了提高GPS观测的精度与可靠性,GPS点间应构成一定数量的由GPS独立基线构成的非同步闭合环,使GPS网有足够的多余观测。考虑到杭工程桥控制网的精度要求与用途,计划平均每点设站率N≥3,尽量增加多余观测基线,使得每条基线得到充分检核,提高整网的可靠性。

4 GPS内业解算

4.1 数据后处理

卫星定位控制网基线解算采用卫星广播星历坐标值作为基线解的起算数据,利用商用软件TGO进行。数据预处理基线全部采用双差固定解作为最终结果,其结果中基线长度中误差输出值不应超过2σ。全部外业观测数据均应经同步环、独立环及复测基线检核。

式中:σ为标准差,即基线向量的弦长中误差(mm);a为固定误差(mm);b为比例误差系数(1×10-6);d为相邻点间的距离(km)。

4.2 网平差

网平差计算采用C0SA4.0版GPS数据处理软件进行。将检核后的全部独立基线构成闭合图形,以一个城市C级GPS控制点的现有WGS-84坐标系的三维坐标作为起算数据,进行全网WGS-84系的三维无约束平差。基线向量改正数的绝对值应满足:

≤;≤;≤

在城市坐标系中进行约束平差及精度评定,并应输出坐标、基线向量改正数、基线边长、方位角以及相关的中误差、相对点位中误差的精度信息,转换参数及其精度信息等。基线向量的改正数与同名基线无约束平差相应改正数的较差应满足:

≤;≤;≤

进行约束平差后,当卫星定位控制点与城市控制点和不同线路的重合点的坐标较差大于表1规定时,应对约束控制点和控制方位角进行筛选,重新进行不同组合的约束平差。

5 GPS精度评定

5.1 基线解算

经数据预处理,控制网共获得有效基线331条,基线向量解类型均为双差固定解。

5.2 环闭合差统计

5.3 复测基线

GPS控制网共有复测基线33条,复测基线相对较差均较小,说明基线观测质量可靠、数据处理合理,结果可靠、不含明显粗差,内部符合精度较高。

5.4 三维基线向量无约束平差

在通过基线检验的基础上,选取151条基线组成三维GPS向量网,进行WGS-84椭球基准下的三维无约束平差。

以上平差结果表明,本次GPS控制网具有较高的内部符合精度,观测值不含有明显粗差,基线向量解所确定的协方差阵相互间的比例关系合理,可以作进一步的数据处理。

5.5 二维约束平差

在三维无约束平差基础上,以2006年测设的城市C级控制点6点(C219、C213、C145、C148、C130、DH(WHCORS基准站)、KC(WHCORS基准站))作固定点,对全网进行高斯投影变换,进行了二维基线向量网的约束平差。其主要技术指标。

5.6 与前期工程控制网的对接

为了与轨道交通前期工程的衔接，本次布设的卫星定位控制网重合了前期工程卫星定位控制点2点（GS17、GS18-1）。为了便于优化选择，保证坐标系的一致，我们分别采用了7种约束平差方案。平差结果与原城市控制点较差。

通过数据，我们最终选择与原控制点互差最小的方案1作为最终平差结果。

符合精度良好，证明本次GPS控制网与前期工程控制网成果兼容一致，具有良好的可靠性。

参考文献

[1] 中华人民共和国建设部，(GB50308-2008).城市轨道交通工程测量规范[S].中国建筑工业出版社，北京，2008.

[2] 中华人民共和国建设部，(CJJ8-99).城市测量规范[S].中国建筑工业出版社，北京，1999.