何佳

(成都市勘察測繪研究院，四川成都 610081)

成都地鐵1號線控制網(wǎng)復(fù)測成果分析

何佳?

(成都市勘察測繪研究院，四川成都 610081)

根據(jù)成都市地鐵1號線GPS網(wǎng)復(fù)測的外業(yè)觀測數(shù)據(jù)，選用不同的平差方法，通過較為完整的科學(xué)分析，結(jié)果表明:成都市地鐵一號線GPS平面控制網(wǎng)復(fù)測成果精度良好，可以作為此項(xiàng)工程精密導(dǎo)線測量的起算依據(jù)，亦可以作為其他地鐵、輕軌工程控制網(wǎng)建立的基礎(chǔ)。

地鐵；GPS；控制測量；復(fù)測

1 引 言

2001年成都地鐵一號線沿線布設(shè)了高精度的測量控制網(wǎng)，包括GPS平面控制網(wǎng)、精密導(dǎo)線網(wǎng)、二等精密水準(zhǔn)網(wǎng)。首次布網(wǎng)后成都市地鐵施工建設(shè)因各方面原因未能順利進(jìn)行。

受成都市城市軌道交通發(fā)展有限公司委托，我院于2004年12月開始對成都市地鐵一號線測量控制網(wǎng)進(jìn)行復(fù)測。本次控制網(wǎng)復(fù)測的目的，是對部分遺失或破壞的控制點(diǎn)進(jìn)行恢復(fù)，并對尚存的既有控制點(diǎn)精度進(jìn)行校核，以保證地鐵施工的順利開展。

2 測區(qū)概況

成都地鐵一號線工程規(guī)劃設(shè)計線路呈“?！毙?，沿南北方向貫穿市區(qū)，全線長約25 km，沿線設(shè)有10余個車站。成都市地鐵一號線工程控制網(wǎng)測區(qū)范圍為:北緯:30°31′～30°44′，東經(jīng)103°57′～104°08′。

控制網(wǎng)的布設(shè)按照《地下鐵道、輕軌交通工程測量規(guī)范》(以下簡稱《規(guī)范》)的相關(guān)規(guī)定進(jìn)行，網(wǎng)形沿地鐵走向呈帶狀分布。平面控制網(wǎng)分兩級布設(shè)，首級為GPS控制網(wǎng)，二級為精密導(dǎo)線網(wǎng)。高程控制網(wǎng)為精密水準(zhǔn)網(wǎng)。

作業(yè)量為:(1)GPS控制點(diǎn):43點(diǎn)，4臺儀器同步觀測25時段；(2)精密導(dǎo)線點(diǎn):20點(diǎn)，設(shè)25站；(3)二等水準(zhǔn)點(diǎn):47點(diǎn)，聯(lián)測精密導(dǎo)線點(diǎn):24點(diǎn)，水準(zhǔn)線路(單線)總長:104.6 km。

3 GPS平面控制網(wǎng)的布設(shè)及復(fù)測

3.1 GPS控制網(wǎng)的布設(shè)

全網(wǎng)共由43點(diǎn)組成，其中利用原有點(diǎn)39點(diǎn)，新布設(shè)GPS點(diǎn)4點(diǎn)，共構(gòu)成25個大地四邊形和1個獨(dú)立三邊形，共觀測75條獨(dú)立基線。網(wǎng)中最短邊為建科院(JKY)～勘測院(KCY):328.550 m(不作為精密導(dǎo)線起算邊)，最長邊為回龍寺 (HLS)～GPS038: 25 861.381 m，平均邊長 2 702.896 m，控制面積約60 km2，布網(wǎng)略圖如圖1所示。

圖1 布網(wǎng)略圖

3.2 GPS控制網(wǎng)的觀測

全網(wǎng)共觀測了25個大地四邊形，即共觀測了25個時段。

為了對整網(wǎng)進(jìn)行更好的尺度控制，對本GPS控制網(wǎng)的最北點(diǎn)回龍寺(HLS)、最西點(diǎn)接待寺(JDS)、最南點(diǎn)GPS038和中間點(diǎn)朱峰(ZF)進(jìn)行了同步觀測。

按相關(guān)規(guī)范規(guī)定，本GPS控制測量作業(yè)均滿足表1所示的基本技術(shù)要求。

GPS控制測量作業(yè)采用技術(shù)要求 表1

?

4 GPS觀測數(shù)據(jù)處理及網(wǎng)平差

基線向量的解算及網(wǎng)平差均采用Trimble Geomatics office 1.6(簡稱TGO 1.6)后處理軟件完成。

4.1 基線向量的解算

基線解算時首先進(jìn)行自動處理，若處理成果不理想時，再進(jìn)行必要的人工干預(yù)，如對觀測數(shù)據(jù)文件采取選擇不同衛(wèi)星組、選擇不同的同步觀測時段等重新計算?；€解算完成后，進(jìn)行同步環(huán)檢驗(yàn)，并和前期觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行獨(dú)立環(huán)檢驗(yàn)和重復(fù)觀測邊的檢驗(yàn)，做到了當(dāng)天的觀測數(shù)據(jù)當(dāng)天處理，直到整網(wǎng)觀測完畢，從而確保了基線解算的正確性和可靠性。

基線解算后，發(fā)現(xiàn)與GPS004及HLS相連接的基線解算質(zhì)量較差，平差時決定去掉GPS004、HLS兩點(diǎn)。

4.2 外業(yè)觀測成果檢核

分別對重復(fù)基線、同步環(huán)閉合差、獨(dú)立環(huán)閉合差進(jìn)行檢核如下:

(1)復(fù)測基線檢核的統(tǒng)計成果如表2所示。

重復(fù)基線統(tǒng)計 表2

(2)同步環(huán)閉合差檢核(按三邊形進(jìn)行檢核)。隨機(jī)抽取同步觀測基線進(jìn)行同步環(huán)檢驗(yàn)，做到了每一條基線均通過檢驗(yàn)，共組成同步環(huán)100個，各坐標(biāo)分量閉合差均不超過《規(guī)范》要求。同步環(huán)閉合差檢核的統(tǒng)計成果如表3所示。

同步環(huán)閉合差統(tǒng)計 表3

(3)獨(dú)立環(huán)閉合差檢核(按六邊形進(jìn)行檢核)。隨機(jī)抽取獨(dú)立基線進(jìn)行獨(dú)立環(huán)檢驗(yàn)，做到了每一條基線均通過檢驗(yàn)，共組成獨(dú)立環(huán)241個，各坐標(biāo)分量閉合差均不超過《規(guī)范》要求。異步環(huán)閉合差檢核的統(tǒng)計成果如表4所示。

統(tǒng)計結(jié)果表明:作業(yè)質(zhì)量符合規(guī)范要求，解算結(jié)果優(yōu)良，為進(jìn)行地鐵一號線GPS控制網(wǎng)平差計算和坐標(biāo)、高程轉(zhuǎn)換提供了可靠的原始數(shù)據(jù)。

異步環(huán)閉合差統(tǒng)計 表4

4.3 WGS－84無約束平差及精度分析

地鐵一號線GPS復(fù)測平面控制網(wǎng)WGS－84空間無約束平差采用TGO 1.6后處理軟件來進(jìn)行。所有基線均采用雙差固定解。平差時僅固定回龍寺(HLS)，來作為無約束平差的位置基準(zhǔn)。

地鐵一號線GPS平面控制網(wǎng)WGS－84無約束平差后的精度:

平差后點(diǎn)位誤差最大為±4.3 mm(HLS)，最小為±1.9 mm(ZF)，平均點(diǎn)位誤差為±2.7 mm，相對誤差最大為1/243 184(JKY－KCY:327.239 m)，最小達(dá)到了1/8 490 952(ZF－GPS038:17 240.924 m)，平均相對誤差為1/1 375 270。TGO 1.6不能提供《地下鐵道、輕軌交通工程測量規(guī)范》、《全球定位系統(tǒng)城市測量技術(shù)規(guī)程》等規(guī)范要求的V△X、V△Y、V△Z值，但將 TGO 1.6提供的方位改正數(shù)、高差改正數(shù)、距離改正數(shù)轉(zhuǎn)換為V△X、V△Y、V△Z后，均大大小于規(guī)范要求的3σ(σ為標(biāo)準(zhǔn)差，即基線向量的弦長中誤差)，也小于2σ。

WGS－84邊長相對精度統(tǒng)計 表5

4.4 成都市坐標(biāo)系統(tǒng)下的精度分析

首先要確定地鐵一號線GPS網(wǎng)轉(zhuǎn)換到成都市坐標(biāo)系統(tǒng)下起算點(diǎn)的位置。

(1)起算點(diǎn)的確定

原控制網(wǎng)平差時，選取了珠峰及珠峰至回龍寺方向作為起算數(shù)據(jù)，有效保證了GPS控制網(wǎng)的內(nèi)符合精度。由于原作為起算方位的點(diǎn)位回龍寺(HLS)因樹木遮擋，觀測條件較差，其基線的解算結(jié)果不理想，無法繼續(xù)作為起算數(shù)據(jù)。同時原網(wǎng)平差時約束條件偏少，平差后與地方系統(tǒng)存在微小差異。根據(jù)專家意見，本次GPS控制網(wǎng)平差時另外選擇了起算點(diǎn)。新起算點(diǎn)須保證點(diǎn)位穩(wěn)定且觀測環(huán)境良好，同時保證GPS網(wǎng)的精度均勻及減少尺度比的誤差影響，以及與原GPS控制網(wǎng)吻合良好，并盡量使用地方系統(tǒng)中精度可靠的已知點(diǎn)，保證地鐵控制網(wǎng)與地方控制網(wǎng)兼容。

我院在2004年成都市規(guī)劃區(qū)內(nèi)測量控制網(wǎng)的改造過程中，布設(shè)了C級GPS網(wǎng)，地鐵GPS網(wǎng)與該網(wǎng)的重合點(diǎn)有:珠峰(ZF)、接待寺(JDS)、姐兒堰(JEY)、勘測院(KCY)，其中ZF位于成都市市中心，為原地鐵控制網(wǎng)起算點(diǎn)，向東偏離1號線路約500 m；JDS向西南方向偏離1號線路約10 km；JEY位于1號線末端，向東南方向偏離1號線路約1 km；KCY向東北方向偏離1號線路約500 m。

通過比較兩次地鐵GPS網(wǎng)的同名觀測基線，以及地鐵GPS網(wǎng)與2004年C級GPS網(wǎng)的同名觀測基線，與ZF、JDS、JEY、KCY相連接的同名基線的較差均滿足《地下鐵道、輕軌交通工程測量規(guī)范》的要求，說明ZF、JDS、JEY、KCY 4點(diǎn)穩(wěn)定可靠。根據(jù)專家組的初審意見，平差時決定采用ZF、JEY、KCY作為強(qiáng)制約束點(diǎn)，其坐標(biāo)成果采用C級GPS網(wǎng)成果。

(2)GPS網(wǎng)在成都坐標(biāo)系下的復(fù)測精度

GPS網(wǎng)在成都坐標(biāo)系下的復(fù)測點(diǎn)位精度見表6。

GPS網(wǎng)在成都坐標(biāo)系下復(fù)測點(diǎn)位中誤差 表6

其中，最大點(diǎn)位誤差為±6.5 mm(GPS018)，最小點(diǎn)位誤差為±2.5 mm(GPS041)，平均點(diǎn)位誤差為±4.7 mm。均小于《地下鐵道、輕軌交通工程測量規(guī)范》要求的±12 mm。

GPS網(wǎng)在成都坐標(biāo)系下復(fù)測邊長相對中誤差如表7所示。

GPS網(wǎng)在成都坐標(biāo)系下復(fù)測邊長相對中誤差 表7

其中，最大相對誤差為 1/151，921(JKY－KCY: 327.250 m)，最小相對誤差為 1/3 510 369(JDSGPS038:14 637.097 m)，平均相對誤差為 1/730 002。均大大小于《地下鐵道、輕軌交通工程測量規(guī)范》要求的1/90 000。

5 相關(guān)精度統(tǒng)計及結(jié)論

5.1 GPS控制網(wǎng)的檢查及精度統(tǒng)計

地鐵一號線GPS控制網(wǎng)成果的統(tǒng)計如表8所示。

GPS控制網(wǎng)精度統(tǒng)計表 表8

同步環(huán)相對精度及獨(dú)立環(huán)相對精度分別按表中兩公式(其中S、s為環(huán)線長度)計算后均未超限。

為了進(jìn)一步驗(yàn)證網(wǎng)的精度，地鐵一號線GPS控制網(wǎng)復(fù)測平差結(jié)束后，采用LeicaTC1800全站儀(標(biāo)稱精度:測角1″，測距1 mm±2 ppm)實(shí)測GPS網(wǎng)中相鄰?fù)ㄒ曔呴L，進(jìn)行檢查，精度統(tǒng)計如表9所示。

全站儀與GPS邊長精度統(tǒng)計 表9

由表8、表9可知，地鐵GPS網(wǎng)精度良好，可以利用。

5.2 復(fù)測結(jié)論

通過各項(xiàng)精度指標(biāo)的統(tǒng)計，表明成都地鐵1號線GPS平面控制網(wǎng)復(fù)測成果精度良好，由于原控制網(wǎng)點(diǎn)均選擇在較穩(wěn)定的房頂上，經(jīng)復(fù)測點(diǎn)位平面位置無明顯變形。

6 結(jié) 語

成都市地鐵一號線GPS平面控制網(wǎng)的復(fù)測，從優(yōu)化設(shè)計、選點(diǎn)埋石、儀器選型、外業(yè)觀測、基線解算、數(shù)據(jù)檢核到平差計算均符合《全球定位系統(tǒng)(GPS)測量規(guī)范》、《城市測量規(guī)范》及《地下鐵道、輕軌交通工程測量規(guī)范》的要求。從GPS網(wǎng)的外業(yè)觀測，WGS－84空間無約束平差及成都市坐標(biāo)的最小約束平差等方面，對GPS網(wǎng)的質(zhì)量進(jìn)行了全面的評價。通過較為完整的科學(xué)評價，表明所提供的成都市地鐵一號線GPS平面控制網(wǎng)復(fù)測成果精度良好，可以作為此項(xiàng)工程精密導(dǎo)線測量的起算依據(jù)，亦可以作為以后其他地鐵、輕軌工程控制網(wǎng)建立的基礎(chǔ)。

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Review Resurveying Results of GPS Controlling NET in No.1 Line of Chengdu Subway

He Jia
(Chengdu Institute of Survey and Investigation，Chengdu 610081，China)

Based on the repetition data of the GPS control networks in Chengdu metro line 1，and using some adjustment methods through scientific analysis，the results show that:the precision of GPS control networks in Chengdu metro line 1 is good，and can be used as a precise traversing for this project，also can be used as a foundation of other metro control networks later.

subway；GPS；controlling survey；resurveying

1672－8262(2010)03－56－03

P228

B

2010—02—19

何佳(1968—)，女，高級工程師，主要從事城市測繪技術(shù)管理工作。