重慶市軌道交通整體控制網(wǎng)建設(shè)研究

陳華剛 ，郭彩立，岳仁賓

(重慶市勘測(cè)院，重慶 400020)

1 引 言

近年來，軌道交通已經(jīng)逐漸成為城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的重要組成部分，對(duì)緩解城市日益嚴(yán)峻的交通壓力具有不可替代的作用。重慶市軌道交通規(guī)劃線網(wǎng)(2014年～2020年)總里程約400 km?，F(xiàn)有城市GPS控制點(diǎn)由于施測(cè)年代久遠(yuǎn)，點(diǎn)位破壞嚴(yán)重，點(diǎn)位密度不夠。同時(shí)限于當(dāng)時(shí)的測(cè)量手段，控制網(wǎng)自身精度不高，且各區(qū)域精度不均勻，無(wú)法滿足大規(guī)模軌道交通建設(shè)的要求。

《城市軌道交通工程測(cè)量規(guī)范》中特別提到:“城市近期規(guī)劃與建設(shè)的城市軌道交通線路較多構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)且原城市控制網(wǎng)不能滿足建設(shè)需要時(shí)，宜建立一個(gè)覆蓋全部線路的整體控制網(wǎng)”。

基于以上原因，并考慮到軌道交通建設(shè)的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展以及后期的安全、健康運(yùn)營(yíng)，重慶市開展了軌道交通整體控制網(wǎng)建設(shè)及相關(guān)研究工作。

2 項(xiàng)目實(shí)施

2.1 布網(wǎng)方案

根據(jù)重慶市軌道交通規(guī)劃線路的分布情況，確定整體控制網(wǎng)布網(wǎng)方案?？刂凭W(wǎng)由73 個(gè)GPS 控制點(diǎn)組成，其中聯(lián)測(cè)CORS 連續(xù)運(yùn)行參考站點(diǎn)8 點(diǎn)，聯(lián)測(cè)已有城市控制點(diǎn)9 點(diǎn)，聯(lián)測(cè)已有軌道交通線路控制點(diǎn)8 點(diǎn)，新布設(shè)48 點(diǎn)，如圖1所示。

2.2 數(shù)據(jù)采集

圖1 重慶市軌道交通整體控制網(wǎng)圖

全網(wǎng)采用15 臺(tái)Trimble 雙頻GPS 接收機(jī)按靜態(tài)相對(duì)定位作業(yè)模式組網(wǎng)觀測(cè)，同步觀測(cè)時(shí)間大于240 min，觀測(cè)時(shí)段在UTC 時(shí)間0 h～24 h之間選取;觀測(cè)有效衛(wèi)星數(shù)不少于6 顆，衛(wèi)星高度角大于15°，衛(wèi)星分布幾何精度因子PDOP 不大于6，采樣間隔為10 s，各點(diǎn)平均重復(fù)設(shè)站數(shù)大于2 次，天線高的量取、外業(yè)觀測(cè)手簿的記錄等按規(guī)范要求執(zhí)行。

觀測(cè)數(shù)據(jù)采用TEQC 軟件進(jìn)行了檢查，各時(shí)段觀測(cè)數(shù)據(jù)的觀測(cè)衛(wèi)星總數(shù)、數(shù)據(jù)可利用率、L1、L2 頻率的多路徑效應(yīng)影響MP1、MP2 均滿足規(guī)范要求。

2.3 數(shù)據(jù)處理

(1)基線解算

基線處理采用美國(guó)麻省理工學(xué)院和Scripps 研究所共同研制的GAMIT(Ver 10.4)軟件，先驗(yàn)坐標(biāo)采用差分辦法獲得，基線解算采用IGS 精密星歷。

在GAMIT 軟件基線解算過程中一項(xiàng)主要工作就是對(duì)觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行編輯，包括正確修正觀測(cè)數(shù)據(jù)中周跳和刪除大殘差觀測(cè)值。數(shù)據(jù)編輯一般采用AUTCLN模塊自動(dòng)進(jìn)行，對(duì)于質(zhì)量較差的數(shù)據(jù)則采用CVIEW 進(jìn)行人工數(shù)據(jù)編輯，數(shù)據(jù)編輯工作完成后，生成干凈的觀測(cè)數(shù)據(jù)文件(X－文件)，用于基線解算。

在完成上述工作后，從干凈的X－文件開始，生成觀測(cè)方程并進(jìn)行基線解算，得出每個(gè)時(shí)段的解。

(2)基線質(zhì)量檢驗(yàn)

nrms 表示單時(shí)段解算出的基線值偏離其加權(quán)值的程度，是從歷元的模糊度解算中得出的殘差。對(duì)于GAMIT 軟件基線解的同步環(huán)檢驗(yàn)，可以把基線解的nrms 值作為同步環(huán)質(zhì)量好壞的一個(gè)指標(biāo)，一般要求nrms 值小于0.5，不大于1.0。

軌道交通規(guī)劃線路整體控制網(wǎng)基線解算nrms 值統(tǒng)計(jì)如表1所示。

表1 控制網(wǎng)同步環(huán)nrms 統(tǒng)計(jì)表

由上表可以看出，各同步環(huán)的nrms 值均在0.3 以內(nèi)，說明基線解算時(shí)周跳剔除效果很好。

(3)平差計(jì)算

選取滿足規(guī)范要求的獨(dú)立基線185 條，構(gòu)成獨(dú)立異步環(huán)104 個(gè)。平差計(jì)算采用武漢大學(xué)COSAGPS(V6.0)軟件，平差時(shí)采用從各同步觀測(cè)網(wǎng)中提取的獨(dú)立基線向量及其全協(xié)方差矩陣作為觀測(cè)量。

為了保證整體控制網(wǎng)與其他工程建設(shè)的需要，同時(shí)保持軌道交通整體控制網(wǎng)的穩(wěn)定性及軌道交通建設(shè)平面控制網(wǎng)的一致性，采用“巴南”、“合川”、“東泉”等8 個(gè)重慶GPS 綜合服務(wù)系統(tǒng)連續(xù)運(yùn)行參考站為起算點(diǎn)進(jìn)行平差計(jì)算。

GPS 網(wǎng)在重慶市獨(dú)立坐標(biāo)系進(jìn)行二維約束平差后，最弱點(diǎn)點(diǎn)位中誤差為10.2 mm;相鄰點(diǎn)點(diǎn)間中誤差最大為8.8 mm;最弱邊邊長(zhǎng)相對(duì)精度是1/228 010，均優(yōu)于規(guī)范要求。

2.4 成果檢核

(1)全站儀實(shí)測(cè)邊長(zhǎng)檢核

采用Leica TM30(標(biāo)稱精度:測(cè)角0.5″，測(cè)距0.6+1 ppm)智能全站儀對(duì)整體控制網(wǎng)進(jìn)行邊長(zhǎng)抽樣檢測(cè)，結(jié)果如表2所示。

表2 整體控制網(wǎng)基線邊檢測(cè)統(tǒng)計(jì)表

由上表可見，抽樣檢測(cè)的4 條邊均滿足規(guī)范要求，在GPS 數(shù)據(jù)平差時(shí)將其作為固定邊進(jìn)行聯(lián)合平差。

(2)與現(xiàn)有城市控制點(diǎn)比較

為了保證整體控制網(wǎng)與現(xiàn)有城市平面控制網(wǎng)的一致性，在布網(wǎng)時(shí)利用了部分原城市平面控制點(diǎn)，將平差結(jié)果與原成果進(jìn)行比較，如表3所示。

表3 與原城市平面控制點(diǎn)成果比較表

由上表可以看出，重合點(diǎn)較差與現(xiàn)有城市獨(dú)立坐標(biāo)系重合點(diǎn)較差均小于50 mm，滿足《城市軌道交通工程測(cè)量規(guī)范》要求。

(3)與已有軌道交通線路控制點(diǎn)比較

項(xiàng)目實(shí)施過程中，與已有軌道交通1、2、3、6 號(hào)線路控制網(wǎng)中8 個(gè)控制點(diǎn)進(jìn)行了聯(lián)測(cè)，將本次平差結(jié)果與原成果進(jìn)行比較，其點(diǎn)位較差最大為17.4 mm，滿足《城市軌道交通工程測(cè)量規(guī)范》中對(duì)于軌道交通不同時(shí)期之間的較差要求(25 mm)，保證軌道交通整體控制網(wǎng)與已有軌道交通各條線路控制網(wǎng)之間的兼容。

3 技術(shù)特色

(1)覆蓋范圍廣。由于要覆蓋整個(gè)軌道交通規(guī)劃線路，整體控制網(wǎng)覆蓋面積約6 000 km2，保證了各條線路控制網(wǎng)之間的無(wú)縫銜接，使軌道交通與重慶市城市坐標(biāo)系統(tǒng)一致，與大型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)坐標(biāo)系統(tǒng)一致，從而滿足大型工程設(shè)計(jì)規(guī)劃應(yīng)用。

(2)精度要求高。根據(jù)《城市軌道交通工程測(cè)量規(guī)范》要求，軌道交通線路控制網(wǎng)最弱點(diǎn)位中誤差限差為12 mm，相鄰點(diǎn)位中誤差限差為10 mm，最弱邊相對(duì)中誤差為1/100 000，給數(shù)據(jù)處理提出了更高的要求。項(xiàng)目實(shí)施過程中采用高精度解算軟件和嚴(yán)密的數(shù)據(jù)處理方案，保證了控制網(wǎng)的精度滿足并優(yōu)于規(guī)范的要求。

(3)兼容性高。軌道交通建設(shè)是一個(gè)長(zhǎng)期的過程，經(jīng)常采用分線路、分期建設(shè)模式，涉及不同時(shí)期、不同線路之間的精確銜接。通過聯(lián)測(cè)已有軌道交通控制點(diǎn)，確保了控制網(wǎng)的兼容性。

(4)引入城市CORS。項(xiàng)目充分利用連續(xù)運(yùn)行參考站無(wú)人值守的優(yōu)勢(shì)，將參考站數(shù)據(jù)加入軌道交通整體控制網(wǎng)中進(jìn)行處理，大大增加了控制網(wǎng)站點(diǎn)數(shù)和觀測(cè)量、減少了不必要的設(shè)站、有效保證控制網(wǎng)的網(wǎng)形;另外，城市CORS 還可以用于維持軌道交通控制網(wǎng)的坐標(biāo)基準(zhǔn)，便于后續(xù)控制網(wǎng)的擴(kuò)展、加密和更新。

(5)檢核數(shù)據(jù)豐富。項(xiàng)目采用多種檢核手段對(duì)項(xiàng)目成果進(jìn)行了驗(yàn)證，從而確保了項(xiàng)目成果的可靠性和適用性。

4 結(jié)論及建議

基于本項(xiàng)目建立的重慶市軌道交通整體控制網(wǎng)，已經(jīng)建立了多條軌道交通線路施工控制網(wǎng)，滿足了工程建設(shè)需要，驗(yàn)證了項(xiàng)目成果的可靠性和準(zhǔn)確性。

由于城市軌道交通建設(shè)是一個(gè)長(zhǎng)期、復(fù)雜的過程，應(yīng)定期對(duì)控制網(wǎng)進(jìn)行檢測(cè)，保證控制網(wǎng)的穩(wěn)定性、可靠性和現(xiàn)勢(shì)性，這個(gè)過程涉及的關(guān)鍵技術(shù)還需要開展進(jìn)一步的研究。

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