耿長良

(北京城建勘測設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司，北京100101)

Google Earth在城市軌道交通工程控制網(wǎng)布設(shè)中的應(yīng)用

耿長良

(北京城建勘測設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司，北京100101)

控制網(wǎng)是城市軌道交通所有測量工作的基礎(chǔ)，其點(diǎn)位布設(shè)的合理與否直接影響施工進(jìn)度。以Google Earth為平臺，介紹其基本特性及在城市軌道交通控制網(wǎng)布設(shè)中的應(yīng)用，對其他軌道交通線路控制網(wǎng)布設(shè)具有一定的指導(dǎo)意義。

Google Earth;城市軌道交通;控制網(wǎng);布設(shè)

一、引 言

城市軌道交通工程控制網(wǎng)包括平面控制網(wǎng)和高程控制網(wǎng)兩部分，是為軌道交通工程布設(shè)的專用控制網(wǎng)，具有精度高、點(diǎn)位密度大、使用頻繁等特點(diǎn)，是城市軌道交通工程所有測量的基礎(chǔ)和依據(jù)，是城市軌道交通工程全線線路與結(jié)構(gòu)貫通的保障。常規(guī)的控制網(wǎng)布設(shè)多是采用1∶500帶狀地形圖結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際踏勘進(jìn)行點(diǎn)位選取，由于受到地形圖圖寬限制，多數(shù)點(diǎn)位選取要靠外業(yè)來完成，外業(yè)工作量大，對于點(diǎn)位分布、網(wǎng)形強(qiáng)度等都有較大的影響。本文以Google Earth軟件為基礎(chǔ)，介紹其主要功能以及在城市軌道交通工程控制網(wǎng)布設(shè)中的應(yīng)用。

二、城市軌道交通控制網(wǎng)的特點(diǎn)

城市軌道交通工程各條線路為帶狀結(jié)構(gòu)，對控制網(wǎng)整體精度要求較高，必須建立專用平面和高程控制網(wǎng)，且與城市原有坐標(biāo)系保持一致，其基本特點(diǎn)如下:

1)線路穿越城市繁華地段，控制網(wǎng)布設(shè)時(shí)網(wǎng)形、通視、點(diǎn)位分布等受現(xiàn)場條件影響較大。

2)為滿足施工需要，平面控制網(wǎng)通常分兩級布設(shè)，即一等衛(wèi)星定位控制網(wǎng)和二等精密導(dǎo)線網(wǎng)。衛(wèi)星定位控制網(wǎng)點(diǎn)數(shù)較少，起到的是整體骨架的作用，也是后續(xù)測量的基礎(chǔ)。精密導(dǎo)線網(wǎng)邊長較短，依附于一級衛(wèi)星定位控制網(wǎng)下，可直接為地面施工測量、聯(lián)系測量、竣工測量等服務(wù)。

3)控制網(wǎng)相鄰點(diǎn)相對精度要求高。例如《城市軌道交通工程測量規(guī)范》(GB 50308—2008)要求衛(wèi)星控制網(wǎng)相鄰點(diǎn)的相對點(diǎn)位中誤差在±10 mm以內(nèi)，精密導(dǎo)線相鄰點(diǎn)的相對點(diǎn)位中誤差在±8 mm以內(nèi)。

4)控制網(wǎng)于工程開始前布設(shè)完成，貫穿工程建設(shè)始終，是隧道貫通的基礎(chǔ)，還是安裝測量控制網(wǎng)、變形監(jiān)測網(wǎng)的基礎(chǔ)?？蔀楣こ淘O(shè)計(jì)提供大比例尺地形圖測繪、施工放樣、軌道鋪設(shè)、斷面測量、建設(shè)期間變形監(jiān)測以及運(yùn)營后的結(jié)構(gòu)變形監(jiān)測服務(wù)。

三、Google Earth軟件簡介

Google Earth軟件是美國 Google公司收購Keyhole公司后，于2005年6月推出的全球地理信息系統(tǒng)搜索軟件。它是一款虛擬地球儀軟件，把衛(wèi)星影像、航空像片和GIS布置在一個地球的三維模型上。用戶可以通過客戶端軟件，免費(fèi)瀏覽全球各地的高清晰度衛(wèi)星圖片。

Google Earth不僅僅是衛(wèi)星影像瀏覽軟件，更是一個衛(wèi)星影像和地圖相關(guān)資訊溝通、交流的互動平臺。該平臺的互動性表現(xiàn)在圖層功能和地標(biāo)功能兩個方面。圖層功能與AutoCAD軟件中的圖層管理功能相似，可以把相關(guān)信息分類按圖層管理，根據(jù)需要進(jìn)行顯示和關(guān)閉，以保持界面的清晰整潔。地標(biāo)可以簡單地理解為影像地址的標(biāo)簽，它可以在瀏覽的時(shí)候隨時(shí)隨地地插入標(biāo)簽記錄，以便對該處進(jìn)行注解、提醒，更可以將地標(biāo)保存、輸出為單獨(dú)的文件，供所有使用者交流。

Google公司推出Google Earth的同時(shí)，開放了Google Earth的API支持(第三方網(wǎng)站通過API編程的方式調(diào)用Google地圖數(shù)據(jù)庫中的信息，使得地圖數(shù)據(jù)可以在不同類型的應(yīng)用中使用)，這使得所有的人都能夠通過API進(jìn)行二次開發(fā)，從而在Google Earth上實(shí)現(xiàn)更多精彩的創(chuàng)意。其主要應(yīng)用有地理教學(xué)、交通管理、水利工程管理、林火管理、電力通信管理、房地產(chǎn)、建筑工程設(shè)計(jì)、GIS建設(shè)、GPS導(dǎo)航以及工程測繪。

四、Google Earth在城市軌道交通控制網(wǎng)布設(shè)中的應(yīng)用

1.查看線路沿線基本概況

為解決出行問題，城市軌道交通工程多穿越居住區(qū)及主要商業(yè)區(qū)，沿城市主要道路布設(shè)，沿線交通繁忙，高樓林立。而這些因素恰好對控制網(wǎng)布設(shè)起制約作用，如何將點(diǎn)位選得既不在施工影響范圍內(nèi)又能保證施工需要，同時(shí)還要與其他點(diǎn)位保持通視，而單靠現(xiàn)場作業(yè)，不僅浪費(fèi)時(shí)間，而且效果也不明顯。利用Google Earth提供清晰的衛(wèi)星影像圖及愛好者上傳的實(shí)地像片，可以對沿線道路、橋梁、建筑、河流、交通等情況進(jìn)行查看，特別是車站附近的情況進(jìn)行詳細(xì)了解。

2.繪制線路走向及車站位置

根據(jù)踏勘結(jié)果及設(shè)計(jì)提供的線路資料，結(jié)合Google Earth的添加地標(biāo)和添加路徑功能，將線路走向及各車站位置對應(yīng)標(biāo)注在Google Earth影像圖上，亦可將線路沿線及車位附近的典型地貌和建筑標(biāo)注在圖上。車站、線路、地形地貌分層管理，既方便查看線路走向和沿線情況，同時(shí)在進(jìn)行控制網(wǎng)布點(diǎn)時(shí)，可以關(guān)閉相應(yīng)圖層，提高圖面的可視性。在Google Earth上繪制的線路及車站示意圖如圖1所示。

3.布設(shè)軌道交通控制網(wǎng)

城市軌道交通控制網(wǎng)測量包括地面平面控制網(wǎng)測量和地面高程控制網(wǎng)測量兩部分，主要包括首級GPS控制網(wǎng)、精密導(dǎo)線網(wǎng)和城市軌道交通工程二等水準(zhǔn)網(wǎng)3部分。在Google Earth上布網(wǎng)時(shí)，分別建立不同的圖層，避免單個圖層信息過多，否則圖面會比較零亂。

(1)GPS控制網(wǎng)布設(shè)

《城市軌道交通工程測量規(guī)范》(GB 50308— 2008)要求GPS控制點(diǎn)平均邊長不大于2 km，而城市高樓林立、道路擁堵，為保證通視情況良好，一般GPS控制點(diǎn)都選在線路兩側(cè)較高的建筑物上。Google Earth的衛(wèi)星影像圖可以大致判定樓層高度，結(jié)合車站站位，在車站附近的高層建筑上初步選取點(diǎn)位。利用Google Earth進(jìn)行GPS控制點(diǎn)的布設(shè)，可以保證各點(diǎn)間距適當(dāng)，同時(shí)避開點(diǎn)間高樓對視線的遮擋，同時(shí)更能較容易地避開大面積水域、高壓線塔等。結(jié)合現(xiàn)場實(shí)地踏勘，做到網(wǎng)形強(qiáng)度高、經(jīng)濟(jì)合理、安全適用，便于測量和復(fù)測(如圖2所示)。

圖1 北京地鐵8號線三期線路及車位示意圖

圖2 利用Google Earth布設(shè)的北京地鐵14號線GPS控制網(wǎng)

(2)精密導(dǎo)線控制網(wǎng)布設(shè)

精密導(dǎo)線一般沿城市軌道交通線路方向主要道路布設(shè)，根據(jù)導(dǎo)線點(diǎn)與GPS點(diǎn)的空間分布，通常布設(shè)成多條附合導(dǎo)線、閉合導(dǎo)線或多個結(jié)點(diǎn)的導(dǎo)線網(wǎng)。精密導(dǎo)線點(diǎn)是城市軌道交通工程測量使用頻率最高的控制點(diǎn)，其點(diǎn)位選取一定要保證易于觀測，便于施工使用，易于保存。

利用Google Earth清晰的影像圖，可以沿線路走向，選擇利于導(dǎo)線布設(shè)的道路。特別是在遇到河流、橋梁、鐵路、道路中斷或者T字型路口時(shí)，可以結(jié)合現(xiàn)場情況，從空中視角選擇最佳導(dǎo)線布設(shè)方式(如圖3所示)。Google Earth提供的標(biāo)尺顯示功能，可以丈量各點(diǎn)之間的距離，避免相鄰點(diǎn)之間邊長比過大。同時(shí)結(jié)合布設(shè)的GPS點(diǎn)，可以選擇導(dǎo)線與GPS控制點(diǎn)的聯(lián)接形式，保證附合導(dǎo)線邊數(shù)少于12條，導(dǎo)線點(diǎn)與GPS點(diǎn)的連接角小于30°。

圖3 北京地鐵10號線二期宋家莊站導(dǎo)線布設(shè)圖

(3)軌道交通二等水準(zhǔn)網(wǎng)布設(shè)

城市軌道交通工程二等水準(zhǔn)網(wǎng)主要為施工服務(wù)，一般按照工程線路布設(shè)成附合、閉合路線。其網(wǎng)形主要取決于工程線路的形狀，一般在車站、豎井及車輛段附近布設(shè)水準(zhǔn)點(diǎn)，點(diǎn)數(shù)不少于2個。利用Google Earth進(jìn)行水準(zhǔn)網(wǎng)布設(shè)時(shí)可以參照繪制的線路走向及車站位置，在施工影響的變形區(qū)域以外的地面或者比較穩(wěn)固建構(gòu)筑物上設(shè)立水準(zhǔn)點(diǎn)。將沿線擬作為起算依據(jù)的國家等級水準(zhǔn)點(diǎn)的位置標(biāo)示在Google Earth上，結(jié)合所選的水準(zhǔn)點(diǎn)位，從空中視角，選擇易于觀測且路線最短的水準(zhǔn)控制網(wǎng)觀測線路(見圖4)。

圖4 利用Google Earth布設(shè)的北京西郊線水準(zhǔn)網(wǎng)

4.制作匯報(bào)資料

城市軌道交通工程控制網(wǎng)是整個軌道交通施工測量的基礎(chǔ)，在布網(wǎng)時(shí)要考慮眾多因素，往往要經(jīng)過多輪內(nèi)部方案論證，同時(shí)還要進(jìn)行外部方案及報(bào)告評審。在Google Earth上布設(shè)控制網(wǎng)，既可以從空間角度俯視全網(wǎng)，以全局的視角去評判網(wǎng)形的合理性，同時(shí)也可以降低視點(diǎn)高度，從細(xì)節(jié)上分析具體點(diǎn)位的布設(shè)，將點(diǎn)位細(xì)化到某一建筑的某一角。Google Earth具有圖片輸出和視頻錄制等功能，可以將布設(shè)的網(wǎng)圖輸出，插入到Word、PowerPoint等匯報(bào)文件中，做到圖文并茂，增強(qiáng)觀看者對內(nèi)容的理解。用戶可以根據(jù)需要對Google Earth中設(shè)計(jì)線路進(jìn)行漫游瀏覽并錄制視頻文件，這樣匯報(bào)時(shí)，觀察窗會自動“飛”到每一個地標(biāo)位置，停留一段時(shí)間，再“飛”向下一個地點(diǎn)，就像駕駛直升機(jī)逐個瀏覽這些地點(diǎn)一樣。

五、結(jié)束語

Google Earth應(yīng)用在城市軌道交通工程控制網(wǎng)布設(shè)中，較傳統(tǒng)的帶狀地形圖和電子地圖有較明顯的優(yōu)勢。Google Earth具有一個感性而直觀的參照系，可以瀏覽三維地形地物，查看歷史影像，查詢點(diǎn)位坐標(biāo)(經(jīng)緯度及海拔)、點(diǎn)間距離，這些均在控制網(wǎng)布設(shè)中應(yīng)用廣泛。

出于安全、政治等因素考慮，Google Earth的衛(wèi)星圖像一般會有3個月以上的延遲期，這樣在選點(diǎn)時(shí)可能會出現(xiàn)圖上地貌與現(xiàn)場不符，影響點(diǎn)位的布設(shè)。但隨著Google Earth功能的不斷完善，其在工程測量方面的應(yīng)用會越來越寬廣。

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Application of Google Earth for Control Network Layout in Urban Mass Transit Engineering

GENG Changliang

0494-0911(2011)07-0054-03

TB22

B

2010-09-01

耿長良(1979—)，男，北京人，工程師，主要從事地鐵工程測量、大型精密工程測量方法的研究及應(yīng)用。