潘舒放 鐘永松

(1.北京市地質(zhì)工程勘察院，北京 100048;2.北京水規(guī)院京華工程管理有限公司，北京 100101)

軌道交通燕房線衛(wèi)星定位控制網(wǎng)的實(shí)施

潘舒放1鐘永松2

(1.北京市地質(zhì)工程勘察院，北京 100048;2.北京水規(guī)院京華工程管理有限公司，北京 100101)

衛(wèi)星定位控制網(wǎng)是軌道交通工程測(cè)量的首級(jí)平面控制網(wǎng)，其測(cè)量成果是保證軌道交通工程順利建設(shè)的基礎(chǔ)。本文從衛(wèi)星定位控制網(wǎng)設(shè)計(jì)、外業(yè)觀測(cè)、基線向量解算、衛(wèi)星定位控制網(wǎng)平差、精度分析等方面介紹了北京軌道交通燕房線衛(wèi)星定位控制網(wǎng)的實(shí)施，并根據(jù)實(shí)際作業(yè)情況對(duì)控制網(wǎng)布設(shè)和觀測(cè)提出相應(yīng)的建議。

軌道交通 衛(wèi)星定位控制網(wǎng) 基線解算 網(wǎng)平差 精度指標(biāo)

1 引言

北京軌道交通燕房線連接房山燕化地區(qū)和房山主城區(qū)，在蘇莊站與地鐵房山線實(shí)現(xiàn)換乘。燕房線工程包括主線和房山線西延伸段兩部分，遠(yuǎn)期規(guī)劃了通往周口店的支線部分。線路沿燕房路-京周路-大件路-長(zhǎng)虹西路走行。線路總長(zhǎng)約16.6km(燕房線主線長(zhǎng)14.4km，房山線西延伸段長(zhǎng)2.2km)，全線共設(shè)8座高架車站和閻村北停車場(chǎng)。

軌道交通燕房線主要沿現(xiàn)有道路敷設(shè)，兩側(cè)有大量輸電、電信、通訊等市政工程線纜及相關(guān)大功率信號(hào)源。其中西段位于房山老城區(qū)繁華地段，沿燕房路路中走行，線路兩側(cè)多為住宅小區(qū)、臨街商鋪，測(cè)區(qū)建筑物密集，道路相對(duì)狹窄；中段沿京周路南側(cè)敷設(shè)，交通繁忙，車流量巨大；東段穿越大紫草塢村及西六環(huán)，涉及大量拆遷?？傮w來說測(cè)區(qū)布網(wǎng)跨度及難度較大，對(duì)衛(wèi)星定位控制網(wǎng)的布設(shè)和外業(yè)觀測(cè)造成了一定困難。

軌道交通工程平面控制網(wǎng)分兩個(gè)等級(jí)布設(shè)，一等為衛(wèi)星定位控制網(wǎng)，二等為精密導(dǎo)線網(wǎng)[1,2]。其中精密導(dǎo)線網(wǎng)為分段附合導(dǎo)線、閉合導(dǎo)線或結(jié)點(diǎn)導(dǎo)線網(wǎng)的形式，以衛(wèi)星定位控制點(diǎn)為起算依據(jù)[3，4]，因此衛(wèi)星定位控制網(wǎng)測(cè)量是整個(gè)軌道交通工程平面控制的基礎(chǔ)。

2 測(cè)量坐標(biāo)系統(tǒng)及起算控制點(diǎn)

北京軌道交通燕房線衛(wèi)星定位控制網(wǎng)測(cè)量的坐標(biāo)系統(tǒng)采用北京地方坐標(biāo)系。起算控制點(diǎn)選取線路周邊4個(gè)北京市C級(jí)GPS控制點(diǎn)和1個(gè)B級(jí)GPS控制點(diǎn)作為起算依據(jù)，所有起算點(diǎn)的精度和穩(wěn)定性均滿足測(cè)量要求。

3 衛(wèi)星定位控制網(wǎng)設(shè)計(jì)

3.1 布點(diǎn)原則

充分利用測(cè)區(qū)衛(wèi)星遙感影像圖，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)踏勘的實(shí)際情況，將衛(wèi)星定位控制點(diǎn)選在有利于長(zhǎng)期保存、施測(cè)方便和高架橋梁施工影響范圍以外穩(wěn)定的地方，具體選點(diǎn)原則如下：

(1)控制點(diǎn)選擇在視野開闊的地方，充分考慮周圍樹木、建筑物，避開多路徑效應(yīng)影響。

(2)盡量遠(yuǎn)離無線電發(fā)射裝置和高壓輸電線，避免磁場(chǎng)對(duì)信號(hào)的干擾。

(3)點(diǎn)位便于精密導(dǎo)線點(diǎn)的布設(shè)。

(4)考慮與既有地鐵房山線衛(wèi)星定位控制網(wǎng)的銜接。

布網(wǎng)時(shí)，首先確定作為精密導(dǎo)線網(wǎng)分段附合導(dǎo)線控制邊的衛(wèi)星定位控制點(diǎn)，由于控制點(diǎn)間要求通視，長(zhǎng)度根據(jù)實(shí)際情況最短控制在700m左右[5]，其余控制點(diǎn)根據(jù)上述原則確定點(diǎn)位?？紤]燕房線遠(yuǎn)期規(guī)劃支線建設(shè)的需要，在支線與主線銜接處(饒樂府站附近)預(yù)留2個(gè)控制點(diǎn)。由于受城市道路建設(shè)影響，線路東段與房山線銜接部分附近只有1個(gè)保存完好的控制點(diǎn)(FSG02)，因此在控制網(wǎng)設(shè)計(jì)時(shí)重合了該點(diǎn)，將其納入到燕房線衛(wèi)星定位控制網(wǎng)中。

3.2 控制點(diǎn)埋設(shè)及管理

軌道交通工程施工周期一般較長(zhǎng)，為保證控制點(diǎn)堅(jiān)固、穩(wěn)定，所有衛(wèi)星定位控制點(diǎn)均采用地面鉆孔埋設(shè)標(biāo)石的方式。同時(shí)為了方便使用和資料管理，對(duì)控制點(diǎn)統(tǒng)一按序編號(hào)，編號(hào)字頭冠以大寫英文字母“YFG**”, 其中英文字母YF表示軌道交通燕房線工程，G表示GPS。

3.3 布網(wǎng)情況

軌道交通燕房線衛(wèi)星定位控制網(wǎng)采用邊連式構(gòu)網(wǎng)，由33個(gè)控制點(diǎn)組成，其中包含5個(gè)起算點(diǎn)(房山區(qū)政府、坨里北、良鄉(xiāng)、車廠村南、石樓北)、27個(gè)新布設(shè)待測(cè)點(diǎn)(YFG01-YFG27)和1個(gè)既有地鐵房山線衛(wèi)星定位控制點(diǎn)(FSG02)。控制網(wǎng)中最短邊長(zhǎng)601m，最長(zhǎng)邊長(zhǎng)18858m。衛(wèi)星定位控制點(diǎn)點(diǎn)位布設(shè)如圖1所示。

3.4 技術(shù)指標(biāo)

根據(jù)《城市軌道交通工程測(cè)量規(guī)范》(GB 50308-2008)，衛(wèi)星定位控制網(wǎng)按C級(jí)要求進(jìn)行，主要技術(shù)指標(biāo)如表1所示。

表1 衛(wèi)星定位控制網(wǎng)主要技術(shù)指標(biāo)

4 外業(yè)觀測(cè)

衛(wèi)星定位控制網(wǎng)的觀測(cè)采用載波相位靜態(tài)相對(duì)定位模式，采用9臺(tái)Leica GPS雙頻接收機(jī)進(jìn)行外業(yè)測(cè)量作業(yè)，其中包括4臺(tái)Leica GS15型GPS雙頻接收機(jī)(標(biāo)稱精度精度不低于3mm±0.5ppm)，5臺(tái)Leica 1230型GPS雙頻接收機(jī)(標(biāo)稱精度不低于5mm±1ppm)，所有儀器均經(jīng)過有關(guān)機(jī)構(gòu)檢定并在有效期內(nèi)。

外業(yè)觀測(cè)按制定的觀測(cè)計(jì)劃進(jìn)行，共觀測(cè)6個(gè)時(shí)段，具體觀測(cè)時(shí)段如表2所示。觀測(cè)前對(duì)全部接收機(jī)及天線設(shè)備進(jìn)行全面檢查，并根據(jù)編制的衛(wèi)星可見性預(yù)報(bào)表及衛(wèi)星星歷，選擇最佳觀測(cè)時(shí)段。將GPS接收機(jī)設(shè)備分別安置在網(wǎng)中多邊形的各個(gè)端點(diǎn)上，對(duì)基線邊同步觀測(cè)4顆及4顆以上的衛(wèi)星。儀器嚴(yán)格對(duì)中整平，對(duì)中誤差小于2mm。每時(shí)段觀測(cè)前后分別量取天線高，讀數(shù)至毫米，較差小于3mm，取兩次讀數(shù)平均值作為作為最后結(jié)果。觀測(cè)時(shí)段長(zhǎng)度大于90分鐘，衛(wèi)星高度角≥15°，幾何圖形強(qiáng)度因子(PDOP)≤6，重復(fù)設(shè)站數(shù)≥2[1,6]。每日觀測(cè)結(jié)束后及時(shí)將存儲(chǔ)介質(zhì)上的觀測(cè)數(shù)據(jù)下載，確保觀測(cè)數(shù)據(jù)不丟失。

表2 觀測(cè)時(shí)段表

5 基線解算

基線解算是對(duì)2臺(tái)及以上接收機(jī)同步觀測(cè)值進(jìn)行獨(dú)立基線向量的平差計(jì)算。外業(yè)觀測(cè)數(shù)據(jù)經(jīng)檢驗(yàn)后采用LEICA GPS接收機(jī)隨機(jī)數(shù)據(jù)處理軟件LGO V7.0進(jìn)行基線解算，采用衛(wèi)星廣播星歷坐標(biāo)值作為基線解的起算數(shù)據(jù)；小于8kn的短基線采用雙差相位觀測(cè)值和雙差固定解，8-30km長(zhǎng)基線擇優(yōu)選擇雙差固定解和雙差浮點(diǎn)解；涉及周跳較多或數(shù)據(jù)質(zhì)量欠佳的時(shí)段，對(duì)其衛(wèi)星進(jìn)行刪除或用分段處理的技術(shù)進(jìn)行結(jié)算。全網(wǎng)共50個(gè)觀測(cè)文件，觀測(cè)33個(gè)控制點(diǎn)，形成184條基線，15條重復(fù)基線，182個(gè)同步環(huán)和176個(gè)異步環(huán)。按照規(guī)范要求，外業(yè)觀測(cè)全部數(shù)據(jù)基線解算后，進(jìn)行同步環(huán)、異步環(huán)閉合差及重復(fù)基線較差檢核，各項(xiàng)檢核統(tǒng)計(jì)情況如下：

5.1 同步環(huán)閉合差

所有同步環(huán)各坐標(biāo)分量及全長(zhǎng)閉合差均滿足限差要求。同步環(huán)中X方向最大坐標(biāo)分量閉合差Wx=3.2mm，限差4.1mm，Y方向最大坐標(biāo)分量閉合差Wy=3.5mm，限差4.9mm，Z方向最大坐標(biāo)分量閉合差Wz=2.9mm，限差4.9mm，最大全長(zhǎng)閉合差W=4.7mm，限差7.0mm，最小全長(zhǎng)閉合差W=0.2mm，限差3.3mm；最大相對(duì)精度為0.50ppm，最小相對(duì)精度為0.02ppm。

5.2 異步環(huán)閉合差

獨(dú)立基線共構(gòu)成的所有異步環(huán)各坐標(biāo)分量及全長(zhǎng)閉合差均滿足限差要求。異步環(huán)中X方向最大坐標(biāo)分量閉合差Wx=14.1mm，限差29mm，Y方向最大坐標(biāo)分量閉合差Wy=21mm，限差29mm，Z方向最大坐標(biāo)分量閉合差Wz=9.5mm，限差27.2mm，最大全長(zhǎng)閉合差為W=25.8mm，限差為50.3mm，最小全長(zhǎng)閉合差為W=2.6mm，限差為47.4mm；最大相對(duì)精度為3.45ppm，最小相對(duì)精度為0.26ppm。

5.3 重復(fù)基線較差

所有重復(fù)基線較差均滿足限要求。重復(fù)基線中最大基線長(zhǎng)度較差dn=6.9mm，限差為16.0mm，最小基線長(zhǎng)度較差dn=0.2mm，限差為14.9mm。

6 網(wǎng)平差

數(shù)據(jù)網(wǎng)平差分三維無約束平差和二維約束平差兩個(gè)步驟進(jìn)行，參與平差的基線為184條，平差點(diǎn)數(shù)為33個(gè)。把基線向量作為基本觀測(cè)值，根據(jù)各基線向量的協(xié)方差陣定權(quán)后進(jìn)行平差，計(jì)算出各控制點(diǎn)的坐標(biāo)。

6.1 三維無約束平差

把全部獨(dú)立基線構(gòu)成閉合圖形，以三維基線向量以及相應(yīng)方差、協(xié)方差陣作為觀測(cè)信息，以車廠村南(CCCN)的WGS-84坐標(biāo)系的三維坐標(biāo)作為起算數(shù)據(jù)，在WGS-84坐標(biāo)系中進(jìn)行三維無約束平差，得到衛(wèi)星定位控制點(diǎn)在WGS-84坐標(biāo)系下的三維坐標(biāo)，坐標(biāo)差觀測(cè)值的總改正數(shù)，基線邊長(zhǎng)以及點(diǎn)位和邊長(zhǎng)的精度信息。

三維無約束平差后控制網(wǎng)中坐標(biāo)差觀測(cè)值總改正數(shù)等各項(xiàng)精度指標(biāo)均滿足要求，其中最弱邊(CCCN-SLB，邊長(zhǎng)9505.753m)X方向中誤差17.4mm，Y方向中誤差19.5mm，Z方向中誤差14.0mm,中誤差29.6mm，相對(duì)誤差1∶320743；最弱點(diǎn)(SLB)點(diǎn)位中誤差29.6mm，X方向中誤差13.1mm，Y方向中誤差11.1mm，Z方向中誤差24.1mm。

6.2 二維約束平差

在北京地方坐標(biāo)系中進(jìn)行約束平差和精度評(píng)定。平差中放棄已知點(diǎn)高程信息，全網(wǎng)聯(lián)測(cè)了5個(gè)城市控制點(diǎn)，經(jīng)過數(shù)據(jù)兼容性檢核，石樓北與其他4個(gè)控制點(diǎn)兼容性較差，最終選擇房山區(qū)政府、坨里北、良鄉(xiāng)、車廠村南4個(gè)控制點(diǎn)作為固定點(diǎn)，石樓北作為檢核點(diǎn)，以此進(jìn)行約束平差計(jì)算。

二維約束平差后控制網(wǎng)各項(xiàng)精度指標(biāo)均滿足規(guī)范要求，其中最弱邊(YFG26-FSG02，邊長(zhǎng)2540.019m)中誤差9.3mm，其X方向中誤差7.3mm，Y方向中誤差5.8mm，相對(duì)誤差1∶272148；最弱點(diǎn)(YFG04)點(diǎn)位中誤差8.7mm，其X方向中誤差6.9mm，Y方向中誤差5.2mm，滿足規(guī)范要求12mm；最大相鄰點(diǎn)點(diǎn)位相對(duì)中誤差6.2mm；與既有地鐵房山線重合點(diǎn)(FSG02)坐標(biāo)較差為12m；與原有城市控制點(diǎn)(SLB)坐標(biāo)較差29mm。

在后處理過程中，除了使用LECIA LGO進(jìn)行平差處理外，還使用第三方軟件HDS2003數(shù)據(jù)處理軟件進(jìn)行計(jì)算和比較，計(jì)算結(jié)果均滿足規(guī)范要求。約束平差中，采用了多種約束方法，不同組合進(jìn)行多次平差，得出最優(yōu)結(jié)果。

7 總結(jié)

軌道交通燕房線衛(wèi)星定位控制網(wǎng)嚴(yán)格按照經(jīng)審批的技術(shù)方案實(shí)施，選點(diǎn)、埋石、外業(yè)觀測(cè)、數(shù)據(jù)處理等作業(yè)過程均符合規(guī)范要求；測(cè)量成果可靠，各項(xiàng)精度指標(biāo)滿足相關(guān)規(guī)范要求和精密導(dǎo)線網(wǎng)測(cè)量的需要。

結(jié)合本次衛(wèi)星定位控制網(wǎng)的實(shí)施，對(duì)軌道交通工程控制網(wǎng)測(cè)量有如下體會(huì)：1、衛(wèi)星定位控制網(wǎng)測(cè)量雖然沒有控制點(diǎn)間的通視要求，但根據(jù)軌道交通工程測(cè)量的特點(diǎn)，點(diǎn)位布設(shè)時(shí)應(yīng)充分考慮與既有線的重合及規(guī)劃線路的銜接，因此應(yīng)充分利用遙感影像進(jìn)行選點(diǎn)，尤其是線路沿城鎮(zhèn)街區(qū)、車流量大的道路敷設(shè)和選點(diǎn)難度大的地方；2、特別注意作為導(dǎo)線起算邊的控制點(diǎn)間距離，有利于提高基線解算精度；同時(shí)，基線解算如能采用精密星歷也有利于提高整個(gè)控制網(wǎng)的精度；3、不同的投影方式產(chǎn)生不同的變形量，因此二維平差時(shí)選擇合適的投影至關(guān)重要，尤其注意投影帶的選擇，務(wù)必選擇當(dāng)?shù)刈鴺?biāo)系統(tǒng)所采用的投影帶；4、進(jìn)行約束平差時(shí)應(yīng)采用多種約束方法，對(duì)平差成果進(jìn)行檢核。

[1] 秦長(zhǎng)利.GB50308-2008.城市軌道交通工程測(cè)量規(guī)范 [S]. 北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2008.

[2] 秦長(zhǎng)利.城市軌道交通工程測(cè)量 [M]. 北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2008.

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The Implementation of GPS Control Network for Rail Transit Yan-Fang Line

PAN Shu-fang1;ZHONG Yong-song2

(1.Beijing Institute of Geological & Prospecting Engineering,Beijing 100048,China;2.PDI JingHua Engineering Management Co.,Ltd,Beijing 100101,China)

GPS control network is the primary level planar control network of rail transit engineering surveying,and it’s result is the base of rail transit construction.This paper introduce the implementation of GPS control network for Beijing rail transit YanFang Line from GPS control network design、field surveying、baseline vector calulating、control network adjustment and precision analysis，and give some suggestions on control network design and field surveying according to the actual survey situation.

rail transit; GPS control network; baseline calulating; network adjustment; precision index

2016-03-19

P228.1

B

1007-3000(2016)06-4