楊 光

（廣州市城市規(guī)劃勘測設(shè)計研究院，廣東廣州 510060）

廣州市軌道交通首級精密控制網(wǎng)測量

楊 光

（廣州市城市規(guī)劃勘測設(shè)計研究院，廣東廣州 510060）

根據(jù)廣州市軌道交通2015年建設(shè)線路的布局要求以及技術(shù)難點，研究項目技術(shù)路線的制定以及GPS平面控制網(wǎng)和二等水準(zhǔn)控制網(wǎng)的建設(shè)實施。項目充分利用一系列新技術(shù)手段，解決新舊控制網(wǎng)的整合協(xié)調(diào)以及精度一致性等技術(shù)難題，建設(shè)統(tǒng)一覆蓋原有線路和新規(guī)劃線路的精密控制網(wǎng)。

軌道交通；首級控制網(wǎng)；CORS；水準(zhǔn)面

廣州作為華南地區(qū)最大的中心城市，軌道交通從1992年就開始建設(shè)，前期控制網(wǎng)多是單獨為特定地鐵線路建設(shè)而專門布設(shè)的局部帶狀網(wǎng)。為滿足舉辦2010年第16屆廣州亞運會的迫切需要，2008年廣州市地鐵總公司制定了全新的軌道交通2015年線網(wǎng)規(guī)劃。新增的4號線南延段、6號線東延段、地鐵7、8、9、10、11、13號線（含支線）等一系列新線路與原有的地鐵1、2、3、4號線相結(jié)合，全面覆蓋了廣州市中心區(qū)域，并進一步向外圍擴展，致使目前已有的地鐵控制網(wǎng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足新的建設(shè)要求。

本項目的實施目標(biāo)是為廣州市軌道交通2015年規(guī)劃線網(wǎng)的全部十余條建設(shè)線路建立起一個統(tǒng)一覆蓋原有線路和新規(guī)劃線路的、具有高精度和良好兼容性的首級平面和高程控制網(wǎng)。同時，平面和高程控制網(wǎng)還需要為今后的廣州市軌道交通后續(xù)規(guī)劃預(yù)留充分的發(fā)展空間。

1 項目內(nèi)容與技術(shù)難點

1.1 實施內(nèi)容

首級平面和高程控制網(wǎng)的精度與可靠性是地鐵施工精度的質(zhì)量基礎(chǔ)［1］。本項目作為省、市的一項重點工程，意義重大，其具體實施內(nèi)容包括：

1）2010年建設(shè)線路控制網(wǎng)維護。對2010年已建成各線網(wǎng)進行點位普查，控制網(wǎng)維護、更新和擴展，形成統(tǒng)一的首級三等GPS平面控制網(wǎng)及二等水準(zhǔn)高程控制網(wǎng)；

2）2015年新增建設(shè)線路控制網(wǎng)建設(shè)。針對2010年尚未建成各線網(wǎng)以及2015年新增各條線路建設(shè)首級三等GPS平面控制網(wǎng)及二等水準(zhǔn)高程控制網(wǎng)。

1.2 技術(shù)難點

本項目存在著新舊控制網(wǎng)的整合協(xié)調(diào)以及全網(wǎng)保持精度一致性等技術(shù)難題，實施難度較大，原因為：

1）控制面積廣。本項目要為整個軌道交通線路以及地鐵遠(yuǎn)景規(guī)劃線路提供首級控制，范圍涉及廣州市10個區(qū)，控制面積達3 000 km2；

2）精度要求高。地鐵隧道貫通和精密施工對控制測量精度要求較高。如《城市軌道交通工程測量規(guī)范》要求：最弱點點位中誤差≤±12 mm、相鄰點的相對點位中誤差≤±10 mm、最弱邊相對中誤差≤1／10萬、不同線路控制網(wǎng)重合點坐標(biāo)較差≤±25 mm等；

3）新舊線路銜接難度大。控制網(wǎng)建設(shè)覆蓋了全市10余條不同時期、不同階段建設(shè)的地鐵線網(wǎng)，存在著新舊控制網(wǎng)的協(xié)調(diào)以及點位兼容等難題。必須以極高的精度均勻性滿足地鐵隧道貫通和各線路之間的連接要求；

4）控制點選點要求高。控制網(wǎng)設(shè)計要求每個站點有一個平面控制點，并且每個控制點至少2個通視方向，同時要求在地鐵線路交叉地方盡量利用原地鐵控制點，增大了外業(yè)選點的難度，且線網(wǎng)多位于廣州中心城區(qū)繁華路段，高樓林立、行人車輛密集、電磁干擾嚴(yán)重，觀測環(huán)境較差。

2 項目技術(shù)路線與實施

2.1 總體技術(shù)路線

針對本項目的技術(shù)要求與技術(shù)難點，項目認(rèn)真統(tǒng)籌規(guī)劃、精心進行技術(shù)設(shè)計，結(jié)合專家評審意見，合理確定項目技術(shù)路線，并分解落實了各項具體工作?？刂凭W(wǎng)的建設(shè)采取“分級布設(shè)、整體平差”的技術(shù)路線予以實施，并需要為今后的廣州市軌道交通的后續(xù)規(guī)劃預(yù)留充分的發(fā)展空間。其實施體系如圖1所示。

圖1 項目技術(shù)設(shè)計與實施體系

廣州市軌道交通首級精密控制網(wǎng)共建設(shè)GPS框架點39個（全為新建）、三等GPS點148個（其中舊網(wǎng)點85個、新線網(wǎng)點63個）；布設(shè)并測量二等水準(zhǔn)網(wǎng)全長1149.22 km（其中舊網(wǎng)水準(zhǔn)線路616.22 km、新線網(wǎng)水準(zhǔn)線路533 km）。

2.2 GPS平面控制網(wǎng)建設(shè)

廣州市軌道交通2015年建設(shè)線路GPS平面網(wǎng)首先布設(shè)由39個網(wǎng)點組成的軌道交通框架網(wǎng)，框架網(wǎng)全面覆蓋廣州市軌道交通現(xiàn)有線路以及遠(yuǎn)景規(guī)劃線路，按二等網(wǎng)精度進行施測，采用IGS精密星歷進行解算?？蚣芫W(wǎng)不但是全網(wǎng)的骨架點，而且可以為今后軌道交通繼續(xù)擴展提供可靠的首級控制。

依托軌道交通框架網(wǎng)，整個軌道交通線路在統(tǒng)一起算下進行三等GPS控制網(wǎng)施測，確保廣州市軌道交通2015年規(guī)劃線網(wǎng)中原有線路、在建線路和新增線路等不同時期的全部十余條軌道交通線路之間能夠很好地銜接?？刂凭W(wǎng)同時還聯(lián)測了穗莞深城際地鐵，并顧及投影變形進行了廣州東西投影帶的分帶平差。

圖2即為廣州軌道交通2015年規(guī)劃線網(wǎng)建設(shè)線路GPS框架網(wǎng)及三等網(wǎng)總圖。其中紅色部分為二等GPS框架網(wǎng)，黑色部分為三等GPS控制網(wǎng)；圖中陰影處為軌道交通2010年線網(wǎng)原有的舊網(wǎng)覆蓋部分。

圖2 廣州軌道交通線網(wǎng)GPS框架網(wǎng)及三等網(wǎng)總圖

2.3 二等水準(zhǔn)控制網(wǎng)建設(shè)

軌道交通2015年建設(shè)線路二等水準(zhǔn)控制網(wǎng)同樣將原有控制網(wǎng)的維護、更新與2015年新增線路控制網(wǎng)進行了整合實施、全面構(gòu)網(wǎng)、統(tǒng)一平差，建立廣州市各條地鐵線路統(tǒng)一的高精度高程控制系統(tǒng)。項目施測二等水準(zhǔn)網(wǎng)全長1 149.22 km（全網(wǎng)共379個水準(zhǔn)點、組成28個閉合環(huán)），跨河水準(zhǔn)測量33處。

每條地鐵線路基本是一條水準(zhǔn)線路的走向，利用廣州市二等水準(zhǔn)點和現(xiàn)有的地鐵水準(zhǔn)點將每條水準(zhǔn)線路串聯(lián)起來，構(gòu)成水準(zhǔn)網(wǎng)。新增設(shè)的水準(zhǔn)路線的起、終點均與廣州市二等高程基準(zhǔn)網(wǎng)的水準(zhǔn)點或原網(wǎng)的水準(zhǔn)點聯(lián)接成環(huán)。

廣州地處珠江三角洲沖積平原，河網(wǎng)密集，項目水準(zhǔn)控制網(wǎng)跨越廣州市多條江河，共進行跨河水準(zhǔn)測量33處。其中，河寬在100～300 m有20處，300～500 m有12處，1 000～1 500 m有1處。

跨河水準(zhǔn)測量嚴(yán)格按設(shè)計要求選定與布設(shè)場地，使儀器及標(biāo)尺點構(gòu)成平行四邊形。作業(yè)方法、視線距水面高度、時間段數(shù)、測回數(shù)、組數(shù)及儀器檢查等按設(shè)計要求執(zhí)行，保證觀測質(zhì)量?？绾铀疁?zhǔn)觀測每測回高差中誤差最大2.37 mm、最小為0.05 mm；高差中數(shù)中誤差最大為1.83 mm、最小為0.09 mm，精度較高，滿足國家規(guī)范和技術(shù)設(shè)計書要求。

3 項目技術(shù)特色與新技術(shù)應(yīng)用

3.1 GZCORS和大地水準(zhǔn)面等新技術(shù)手段應(yīng)用

廣州市連續(xù)運行衛(wèi)星定位城市測量綜合服務(wù)系統(tǒng)（簡稱：GZCORS）［2］由我院于2007年建成并通過驗收。本項目在二等GPS框架網(wǎng)的建設(shè)中精密聯(lián)測了GZCORS系統(tǒng)橫瀝、沙頭、五山、永和以及新華等5個基準(zhǔn)站。充分利用連續(xù)運行基準(zhǔn)站無人值守、連續(xù)觀測的優(yōu)勢，增加了全網(wǎng)站點數(shù)和有效觀測數(shù)據(jù)、強化了網(wǎng)形聯(lián)系，很好地提高了全網(wǎng)解算精度和成果可靠性。

為利于點位保存和應(yīng)用，廣州市軌道交通建設(shè)要求所有的GPS平面控制點布設(shè)于樓頂。地鐵精密導(dǎo)線加密測量中需要提供上述點位的概略高程，但卻難以直接進行水準(zhǔn)聯(lián)測。我院于2006年建設(shè)完成的廣州市似大地水準(zhǔn)面達到了優(yōu)于±1 cm的精度并通過專家驗收［3］，為本項目的順利實施打下了良好基礎(chǔ)。項目通過對二等GPS框架網(wǎng)導(dǎo)入的GZCORS精密三維地心坐標(biāo)，在WGS－84坐標(biāo)系下進行三維約束平差，進而利用廣州市大地水準(zhǔn)面直接得到了全網(wǎng)網(wǎng)點精確的廣州高程。該新技術(shù)手段的應(yīng)用，極大提高了項目實施效率，滿足了地鐵施工的迫切需要。

3.2 新舊控制網(wǎng)的大規(guī)模精密銜接

廣州市軌道交通2015年線網(wǎng)涉及全市10余條不同時期、不同階段建設(shè)或規(guī)劃地鐵，其跨度大、線路關(guān)聯(lián)廣、換乘站點多，中心城區(qū)規(guī)劃達到每500 m范圍即擁有一個地鐵站點。為此，項目在平面和高程控制網(wǎng)建設(shè)中，精心進行控制網(wǎng)設(shè)計，并與各現(xiàn)有線路控制點進行了高密度聯(lián)測和優(yōu)化計算。

考慮到地鐵總公司提出的廣州市軌道交通線網(wǎng)今后向東、向北擴展的需要，二等水準(zhǔn)網(wǎng)聯(lián)測了控制網(wǎng)東北側(cè)的廣州市二等水準(zhǔn)點Ⅱ812作為起算，并在各線路換乘站聯(lián)測了原有地鐵水準(zhǔn)控制點7個；GPS平面控制網(wǎng)與穗莞深城際地鐵的跨市域組網(wǎng)聯(lián)測，為廣州市軌道交通2015年線網(wǎng)今后的進一步擴展做好了技術(shù)準(zhǔn)備。

3.2.1 GPS成果與歷史控制網(wǎng)重合點坐標(biāo)檢核

整網(wǎng)平差結(jié)果達到了較高的精度水平，均能滿足相鄰點的相對點位中誤差≤±10mm、歷史不同線路控制網(wǎng)重合點坐標(biāo)較差≤±25mm的嚴(yán)格要求，確保了廣州地鐵隧道盾構(gòu)的高精度掘進貫通以及各線路的精密銜接。坐標(biāo)較差統(tǒng)計結(jié)果見表1。

表1 整網(wǎng)平差結(jié)果與歷史控制網(wǎng)原點坐標(biāo)成果的比較統(tǒng)計cm

3.2.2 水準(zhǔn)成果與歷史控制網(wǎng)重合點檢核

考慮到廣州市軌道交通線路已規(guī)劃遠(yuǎn)期與穗莞深城際地鐵進行跨市域組網(wǎng)，本項目在二等水準(zhǔn)首級控制網(wǎng)建設(shè)中聯(lián)測了穗莞深相關(guān)控制點，比較結(jié)果完全滿足設(shè)計要求，為廣州市軌道交通線路今后的跨市域擴展、連接打下堅實基礎(chǔ)，如表2所示。

表2 整網(wǎng)平差結(jié)果與穗莞深城際地鐵高程成果的比較統(tǒng)計

廣州市軌道交通2015年規(guī)劃線網(wǎng)建設(shè)線路二等水準(zhǔn)施工控制網(wǎng)在換乘站附近聯(lián)測了7個原有控制點，高程成果比較如表3所示。

表3 整網(wǎng)平差結(jié)果與舊網(wǎng)原點高程成果的比較統(tǒng)計

3.2.3 基巖鉆探埋設(shè)水準(zhǔn)點

廣州地處珠江三角洲沖積平原，河網(wǎng)密集，地下巖溶發(fā)育、溶洞較多。多數(shù)地區(qū)，尤其是廣州市南部番禺、南沙地區(qū)因地質(zhì)條件原因，地表沉陷嚴(yán)重。普通方式布設(shè)的水準(zhǔn)控制點易隨之出現(xiàn)不同程度沉降。

本項目所建設(shè)的高精度二等水準(zhǔn)控制網(wǎng)點均采用鉆探基巖方式埋設(shè)，鉆探到巖層微風(fēng)化層0.5 m、鉆孔直徑105 mm，放入直徑與鉆孔相同的金屬套管直至巖層，將銅質(zhì)標(biāo)志焊在金屬套管的蓋上，埋設(shè)時將此蓋套在金屬管上，并現(xiàn)場澆灌混凝土。

牢固、易永久保存的精密水準(zhǔn)點既為地鐵建設(shè)及沿線的建（構(gòu)）筑物的施工建設(shè)提供了可靠的基準(zhǔn)點，也為今后地鐵運營期間的安全監(jiān)測以及地表沉降監(jiān)測等提供較好的基礎(chǔ)資料。如圖3所示。

圖3 精密水準(zhǔn)控制點基巖埋設(shè)示意圖（單位：mm）

3.2.4 采用其它外部手段進行高精度檢核

本項目意義重大、不容閃失，利用其他技術(shù)手段對測量成果進行檢核是十分必要的。由于常規(guī)的全站儀已很難滿足檢測精度要求，本項目采用目前國內(nèi)外較為先進的測量機器人（LEICA TCA2003，一測回方向標(biāo)準(zhǔn)差0.5″、測距精度1 mm＋1 ppm）對控制網(wǎng)進行了抽樣檢查，如表4所示。

表4 控制網(wǎng)邊長檢測表

GPS與測量機器人的綜合應(yīng)用，有效實現(xiàn)了各種先進儀器設(shè)備的取長補短，取得了良好的效果。在地鐵總公司的直接監(jiān)督下，項目共隨機抽檢了7條基線邊和4個方位夾角，均滿足邊長相對精度1／10萬、角度限差±5″的要求。通過檢查確保了控制網(wǎng)成果和地鐵施工萬無一失，如表5所示。

表5 控制網(wǎng)角度檢測表

4 結(jié)束語

通過精心設(shè)計和技術(shù)實施，本項目建立起了統(tǒng)一覆蓋原有線路和新規(guī)劃線路的、具有高精度和良好兼容性的首級平面和高程控制網(wǎng)，解決了新舊控制網(wǎng)的整合協(xié)調(diào)以及精度一致性等技術(shù)難題，實現(xiàn)了全市10余條不同時期新舊控制網(wǎng)的大規(guī)模精密銜接，也為今后的廣州市軌道交通的后續(xù)規(guī)劃預(yù)留充分的發(fā)展空間。

本項目的成功完成，為我國城市軌道交通大跨度、高精度、多線路體系下的首級精密控制測量提供了有益的探索性經(jīng)驗，對于加快我國較大區(qū)域范圍內(nèi)的地鐵建設(shè)和發(fā)展具有積極的示范效應(yīng)。

［1］李春華，張獻州，羅賢茂，等.GPS技術(shù)在成都市地鐵建設(shè)中的應(yīng)用［J］.測繪工程，2003，12（3）：26－28.

［2］楊光.基于CORS平臺的三維坐標(biāo)在線轉(zhuǎn)換系統(tǒng)［J］.測繪通報，2008（11）：10－13.

［3］楊光，林鴻，歐海平，等.廣州市亞厘米級高精度似大地水準(zhǔn)面的確定［J］.測繪通報，2007（1）：24－32.

［4］姜雁飛，唐紅軍.利用GPS建立城市軌道交通專用坐標(biāo)系和平面控制網(wǎng)的探討［J］.測繪通報，2010（9）：19－22.

［5］張亞勇.二等跨河水準(zhǔn)測量在城市軌道交通工程中的應(yīng)用實例分析［J］.鐵道勘察，2008（3）：29－34.

High precision first－grade control network survey for Guangzhou rail transit

YANG Guang
（Guangzhou Urban Planning ＆Design Survey Research Institute，Guangzhou 510060，China）

In accordance with the requirements of 2015 Guangzhou rail transit layout and the technical difficulties，the paper demonstrates the technology roadmap of the project，and the implementation of GPS plan network as well as the leveling control network.Application of series of new technical means solved the problems such as integration of old and new control network coordination and the consistency of accuracy.Unified precise control networks which can cover all the transit lines were successfully established.

rail transit；first－grade control network；CORS；GEOID

P221

A

1006－7949（2012）04－0082－04

2011－07－16

廣東省科技計劃資助項目（2008B030303065）

楊 光（1976－），男，高級工程師，博士.

[責(zé)任編輯:張德福］