徐淑云

摘要：本文結(jié)合大連市地鐵施工控制網(wǎng)地布設(shè)說明利用GPS技術(shù)，建立施工控制網(wǎng)的方法，從方案比選、坐標(biāo)系和投影面選擇、測量過程中的質(zhì)量控制措施、控制網(wǎng)的復(fù)測與維護等方面進行探討。

關(guān)鍵詞：地鐵；控制網(wǎng)；GPS；坐標(biāo)系

一、前言

GPS技術(shù)具有全天候、精度均勻等優(yōu)點，且選點埋石比常規(guī)方法更具靈活性，在工程控制測量中已經(jīng)廣泛采用。

地鐵施工控制網(wǎng)建立的主要目的是為地鐵各部位的施工放樣以及地鐵施工完成后的運營監(jiān)測提供基準(zhǔn)，因此地鐵施工控制網(wǎng)的質(zhì)量將直接影響到工程的總體質(zhì)量。主要的問題，在目前的技術(shù)條件下采用何種建網(wǎng)方法才能更經(jīng)濟、有效地建立地鐵施工控制網(wǎng)；建網(wǎng)方式選定后，還需要考慮存在哪些因素，對控制網(wǎng)精度產(chǎn)生影響。這樣才能進行科學(xué)合理的設(shè)計和施測。

二、GPS布設(shè)地鐵施工控制網(wǎng)的布設(shè)

2.1建網(wǎng)方法的選擇

目前地鐵施工控制網(wǎng)的建立方法主要有兩種：一種是傳統(tǒng)的三角網(wǎng)的方法，另一種是利用GPS技術(shù)建立。這兩種方法在許多大型項目中都得到了成功的應(yīng)用，各有特色。

2.1.1 GPS控制網(wǎng)布設(shè)原則

GPS控制網(wǎng)內(nèi)應(yīng)重合3～5個原有城市二等控制點或城市里的國家一、二等控制點，并盡量保證分布均勻。同時考慮到城市軌道交通總體規(guī)劃建設(shè)，多線路分期建設(shè)情況，在城市軌道交通線路交會處和前后期銜接處應(yīng)布設(shè)2個以上的重合點。

在隧道口、豎井、車站和車輛段附近應(yīng)布設(shè)1～2各控制點，相鄰控制點應(yīng)有兩個以上方向通視，其他位置的控制點之間至少有一個方向通視。

控制網(wǎng)中應(yīng)有一定數(shù)量的GPS點與水準(zhǔn)點重合，同時應(yīng)考慮在少量相鄰點間進行電磁波測距用以檢查GPS測量成果。

對于所有選定的點位均已邊連接方式按照靜態(tài)相對定位原理布網(wǎng)，由于相鄰點的相對點萬惡中誤差要求精度高，所以在控制網(wǎng)的布設(shè)時，相鄰的短邊控制點間保證同步觀測。

GPS控制網(wǎng)必須由非同步獨立觀測構(gòu)成閉合環(huán)或符合路線，每個閉合環(huán)或符合路線中的邊數(shù)應(yīng)附合規(guī)范規(guī)定。

2.1.2 GPS控制網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計

為了確保GPS控制網(wǎng)的精度滿足規(guī)范要求，在GPS控制網(wǎng)布設(shè)時有必要進行優(yōu)化設(shè)計。主要內(nèi)容為以下幾種：

（1）零類設(shè)計：即控制網(wǎng)的基準(zhǔn)設(shè)計，是對一個已知圖形結(jié)構(gòu)和觀測方案的GPS向量網(wǎng)確定最優(yōu)坐標(biāo)系的優(yōu)化設(shè)計。對于城市軌道交通GPS控制網(wǎng)，涉及到多線路的銜接，應(yīng)首先進行已知點可靠性檢驗，選擇多控制點約束平差方案，最終確定控制網(wǎng)的起算點。

（2）一類設(shè)計：即控制網(wǎng)圖形設(shè)計，是在確定網(wǎng)的精度和觀測方案情況下，得到最佳點位的優(yōu)化設(shè)計。雖然GPS對圖形設(shè)計要求不十分嚴(yán)格，但網(wǎng)形仍然影響著最后的成果精度。

（3）二類設(shè)計：即觀測方案的最佳選擇，主要包括時段設(shè)計、交通路線、觀測時間等。

盡心控制網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計，通常綜合考慮以上幾點來確定觀測方案、基線選擇、平差方案等。

2.2 測量過程中的質(zhì)量控制措施

由于是施工控制網(wǎng)，精度要求較高，所以在具體施測的過程中，除遵循一般GPS測量所要注意的事項外，還要采取一定的措施盡量減少外業(yè)觀測誤差的影響。

首先，點位埋設(shè)好以后，一定要保證有一個充分的穩(wěn)定期；其次，盡量選用雙頻GPS測量儀器；最后，觀測前做好星歷預(yù)報工作，選擇比較有利的時段進行觀測，并適當(dāng)延長觀測時間。多路徑效應(yīng)還是比較大的。

2.3 坐標(biāo)系與投影面的選擇

線路測量時所采用的坐標(biāo)系為以參考橢球面為基準(zhǔn)面的高斯平面直角坐標(biāo)系。盡管該坐標(biāo)系統(tǒng)滿足規(guī)范規(guī)定的各項要求，但該坐標(biāo)系統(tǒng)存在兩種長度變形：第一種為高斯投影長度變形；第二種為投影基準(zhǔn)高程面的不同所引起的長度變形。這兩種投影變形的存在對地鐵的施工放樣是十分不利的。但為保證地鐵的正常施工，施工坐標(biāo)系和設(shè)計時所采用的坐標(biāo)系統(tǒng)必須一致。因此在建立地鐵施工控制網(wǎng)時，應(yīng)本著既要保證施工控制網(wǎng)的坐標(biāo)系和線路測量時所采用的坐標(biāo)系相一致，同時還要使局部的施工控制網(wǎng)變形最小的原則，確定坐標(biāo)系統(tǒng)和投影高程面。

地鐵設(shè)計所用的地形圖是在國家或城市坐標(biāo)系統(tǒng)下測繪的，盡管該坐標(biāo)系是以參考橢球面為基準(zhǔn)面的高斯平面直角坐標(biāo)系，存在著一定程度的投影變形，但在實際測繪大比例尺橋位地形圖時，只采用線路坐標(biāo)系作為起算數(shù)據(jù)，并未將測繪數(shù)據(jù)投影到橢球面上，因此該地形圖可以理解為以國家或地方坐標(biāo)系為基本框架的局部大比例尺地形圖，不存在投影變形，與實際情況一致，即該地形圖地投影面為平均高程面，地鐵地設(shè)計長度可以理解為測區(qū)平均高程面上的距離。

由于地鐵長度地設(shè)計值是在平均高程面上的長度，所以控制網(wǎng)地投影面應(yīng)選擇在平均高程面上，這樣利用坐標(biāo)反算的邊長（即設(shè)計值）與實際測量的邊長才會基本相等，從而有效地減少了第二種投影變形所帶來的影響。否則如果在施工放樣的過程中對實測邊長做邊長投影改正，這對一般施工測量人員來講，概念上將很難接受，也不利于施工、監(jiān)理單位對控制點的檢核。

按照上述原則，我們建立了以JQ4坐標(biāo)為已知坐標(biāo)，以JQ4～JQ7方位角為已知方位角、以控制點架頭平均高程為投影面高程的、附和在城市坐標(biāo)系下的獨立坐標(biāo)系統(tǒng)。完全抵消了高斯投影的影響，大大降低了高程面的不同所帶來的投影變形影響，所有觀測邊長與坐標(biāo)反算邊長完全一致，既方便使用，也有利于施工、監(jiān)理單位對控制點的檢核。

三、大連控制網(wǎng)分析

3.1作業(yè)方法及使用儀器

3.1.1 外業(yè)測量

使用5臺套GPS儀器進行同步觀測，有效觀測時為1小時。

測量前先對已知控制點DTG[2]23、DTG[2]24、DTG[2] 25、DTG[2]26、DTG[2]27之間關(guān)系進行檢驗，經(jīng)計算知起算數(shù)據(jù)精度可靠。之后以衛(wèi)星定位點DTG[2]23、DTG[2]24起算，檢測承包商布設(shè)的加密點24-1、24-2、24-0、24-4；以衛(wèi)星定位點DTG[2]25、DTG[2]26起算，檢測承包商布設(shè)的加密點25-1、25-2；以衛(wèi)星定位點DTG[2]25、DTG[2]27起算，檢測承包商布設(shè)的加密點18-2、18-3。

3.1.2 內(nèi)業(yè)計算

主要參數(shù)設(shè)置：依據(jù)規(guī)范要求設(shè)置

3.1.3.數(shù)據(jù)處理

使用Trimble Geomatics Office軟件進行處理數(shù)據(jù)。

首先，利用其基線解算模塊解算各條基線。在GPS基線解算質(zhì)量檢核合格的基礎(chǔ)上，首先進行三維無約束平差，利用無約束平差結(jié)果，評估基線解算質(zhì)量、整體內(nèi)符合精度以及外業(yè)觀測質(zhì)量，利用基線向量改正數(shù)進行粗差的符合性檢驗。

平差結(jié)果（略）。

四、內(nèi)部質(zhì)量檢查

通過對觀測資料及精度檢查資料的全面檢查，該工程作業(yè)方法、測量成果質(zhì)量均滿足要求。

無約束網(wǎng)平差報告（略）

五、結(jié)束語

在上述項目中，我們采用GPS建網(wǎng)的方法，作業(yè)過程中充分考慮了上述提到的幾個問題，使作業(yè)成果達到了極高的精度（最弱點點位中誤差為：0.004m；最弱邊邊長相對中誤差3.6ppm）。從精密測距邊長與平差成果反算邊長比對結(jié)果看，利用GPS建立地鐵施工控制網(wǎng)，在精度上完全能夠滿足施工要求，為大連地鐵項目的順利實施提供高精度測量保證。

參考文獻：

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