論構(gòu)建城市軌道交通工程測量控制網(wǎng)的必要性

付紳（延安大學(xué)西安創(chuàng)新學(xué)院，陜西　西安　710100）

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論構(gòu)建城市軌道交通工程測量控制網(wǎng)的必要性

付紳
（延安大學(xué)西安創(chuàng)新學(xué)院，陜西西安710100）

摘要：本世紀(jì)以來，我國城市軌道交通工程建設(shè)蓬勃發(fā)展，為其服務(wù)的城市軌道交通專用控制測量技術(shù)也隨之發(fā)展起來.然而，我國城市軌道交通事業(yè)起步晚，在大規(guī)模建設(shè)過程中仍然存在眾多問題.城市軌道交通工程測量如何結(jié)合自身工程特點(diǎn)，引進(jìn)工程測量高新技術(shù)以得到不斷完善、創(chuàng)新和進(jìn)步，是一個(gè)新的課題.原城市控制網(wǎng)已不能滿足大規(guī)模建設(shè)的需要，建立一個(gè)覆蓋全部線路的整體控制網(wǎng)是必要的.

關(guān)鍵詞：城市軌道交通；控制網(wǎng)；建設(shè)；必要性

1　引言

2014年初，世界人口突破72億.人口數(shù)量的迅速增長與社會(huì)水平的不斷提高，使擔(dān)任城市交通主角的汽車產(chǎn)量驟增，在土地資源有限的市區(qū)，道路交通所固有的平面交叉、空間沖突等引發(fā)了大中型城市普遍的道路交通擁擠、堵塞等問題，對市民的正常出行和經(jīng)濟(jì)活動(dòng)效率產(chǎn)生了嚴(yán)重影響，也帶來了環(huán)境污染、能源危機(jī)等一系列負(fù)面效應(yīng)，成為制約城市發(fā)展的重要瓶頸.目前公認(rèn)的解決城市交通擁堵的對策，是發(fā)展以軌道交通為骨干、常規(guī)交通為主體的城市交通體系，這是解決城市資源與環(huán)境危機(jī)的重要措施，也是城市可持續(xù)發(fā)展的重要途徑.

近年來，我國數(shù)十個(gè)城市相繼開展了大規(guī)模的城市軌道交通建設(shè).GB503088-2008《城市軌道交通工程測量規(guī)范》對交通軌道交通單條線路是設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營各階段所涉及的控制測量、地形測量、專項(xiàng)調(diào)查與測繪、線路定線及縱橫斷面測量、車輛段測量、聯(lián)系測量、車站、高架結(jié)構(gòu)測量、鋪軌基標(biāo)測量等做了詳細(xì)的技術(shù)規(guī)定，對工程建設(shè)有重要的指導(dǎo)作用.與此同時(shí)，國外發(fā)達(dá)國家則致力于將城市軌道交通與城際鐵路、高鐵等形式銜接起來形成現(xiàn)代化的交通網(wǎng)絡(luò).我國也加大了城市軌道交通建設(shè)力度，各大城市陸續(xù)出臺了以地鐵、輕軌等軌道交通形式為主的公交交通網(wǎng)近、遠(yuǎn)期規(guī)劃，城市軌道交通進(jìn)入飛速發(fā)展時(shí)期.

2　城市軌道交通控制網(wǎng)現(xiàn)狀

我國最早對城市軌道交通進(jìn)行明確定義是在1985年的《城市公共交通常用名詞術(shù)語》中，當(dāng)時(shí)的定義是：“通常以電能為動(dòng)力，采取輪軌運(yùn)轉(zhuǎn)方式的快速大運(yùn)量公共交通之總稱.”一般包括城市地鐵、輕軌交通、有軌電車等.80年代中期國家首次將建設(shè)大城市軌道交通列入議事日程.1994年《中國二十一世紀(jì)議程》中確定“在城市中流量大的交通走廊，規(guī)劃建設(shè)大容量的快速軌道交通和地鐵客運(yùn)交通.發(fā)展多種形式的城市客運(yùn)交通工具”.此后我國開展了大規(guī)模的城市軌道交通工程建設(shè)，城市軌道交通專用控制測量技術(shù)也隨之發(fā)展起來.

由于軌道交通一般以線路為單位，呈條帶狀，早期城市軌道交通工程測量的理論和方法主要來源于公路、鐵路、礦山、隧道等工程測量領(lǐng)域.1958年，北京市籌備修建地鐵，控制測量工作先行，確立了以三角測量方法布設(shè)相對點(diǎn)位誤差在1～2公分的控制網(wǎng)基本思路.此時(shí)，我國測繪事業(yè)正處于起步和摸索階段，主要為工程設(shè)計(jì)和施工提供地形資料和施工放線等常規(guī)工作，服務(wù)于工程建設(shè)前期.并且沒有相應(yīng)的規(guī)范可供執(zhí)行.我國于50年代初期開始建立統(tǒng)一的大地控制網(wǎng)，60年代末基本完成.北京市區(qū)三角網(wǎng)是在1950年委托軍委測繪局建立的，經(jīng)過1956年開始的控制網(wǎng)改建，已形成控制面積四萬平方公里的主干控制網(wǎng)及加密了一些地區(qū)的三等三角點(diǎn).

20世紀(jì)80年代開始，我國工程測量技術(shù)發(fā)生了根本性的轉(zhuǎn)變，工程測量從簡單的地形測繪、施工放樣發(fā)展到地形圖、管線圖測繪、線路初測和定測、專用控制網(wǎng)測量、施工放樣測量、貫通測量、鋪軌和設(shè)備安裝測量、竣工測量、規(guī)劃驗(yàn)收測量等.與此同時(shí)，以全站儀、數(shù)字水準(zhǔn)儀、GPS為代表的先進(jìn)測繪儀器也逐步應(yīng)用.導(dǎo)線測量實(shí)現(xiàn)了外業(yè)觀測的數(shù)字化與計(jì)算機(jī)記錄；導(dǎo)線平差軟件的不斷完善，提高了內(nèi)業(yè)計(jì)算的效率，城市一二級導(dǎo)線網(wǎng)復(fù)測基本進(jìn)入良性循環(huán).80年代初期，一些院校和科研單位開始對GPS技術(shù)應(yīng)用進(jìn)行研究.80年代中期，我國有關(guān)部門開始研制導(dǎo)航型接收機(jī)，并在多領(lǐng)域開始引進(jìn)這項(xiàng)技術(shù).

80年代末，各國已將GPS技術(shù)成功用于大地測量和精密工程測量，特別是隧道工程，如加拿大太平洋鐵路Rogers山口麥克唐納山隧道、美國的Locarno隧道等.通過廣泛實(shí)踐，GPS在精度和效益等方面取得明顯的效果，獲得優(yōu)異成績.1990年我國鐵路系統(tǒng)在云臺山隧道原有的光電導(dǎo)線地表平面控制網(wǎng)基礎(chǔ)上，對GPS測量精度進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)測試，成為GPS測量技術(shù)在國內(nèi)鐵路隧道控制測量中的首次應(yīng)用，實(shí)踐結(jié)果證明了GPS技術(shù)的定位精度滿足長大隧道貫通對地面控制精度的要求.90年代，GPS技術(shù)已廣泛應(yīng)用于建立、改造和加密測量控制網(wǎng)，包括國家等級大地網(wǎng)、城市測量控制網(wǎng)、礦區(qū)、油田測量控制網(wǎng)等.經(jīng)多年科研和生產(chǎn)實(shí)踐已積累了豐富經(jīng)驗(yàn)，1992年，國家測繪局發(fā)布了我國測繪行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《全球定位系統(tǒng)（GPS）測量規(guī)范》來規(guī)范GPS測量生產(chǎn)和成果的質(zhì)量.

最早采用GPS進(jìn)行首級控制測量的城市軌道交通工程是1990年的北京地鐵復(fù)八線.該控制網(wǎng)布設(shè)成單三角鎖，由10個(gè)點(diǎn)構(gòu)成.10點(diǎn)中納入了2 個(gè)I等三角點(diǎn)，3個(gè)Ⅱ等三角點(diǎn)，即全網(wǎng)共有5個(gè)已知點(diǎn)，5個(gè)未知點(diǎn)，全網(wǎng)東西長11.6km，南北寬1.2km.高差46m，點(diǎn)間距離平均為2.2km，最長4.6km，最短1.0km.以車站附近的復(fù)興門、商業(yè)部和市委3個(gè)GPS點(diǎn)定為控制測量的主控點(diǎn)，組成三種圖案觀測方案，采用2臺WM101單頻接收機(jī)觀測，應(yīng)用POPS 2.02后處理軟件在AST-286微機(jī)上進(jìn)行處理，并對成果進(jìn)行分析，取得預(yù)期的效果.通過1994年對該GPS網(wǎng)復(fù)測與擴(kuò)建證明，北京地鐵復(fù)八線熱八區(qū)間精密導(dǎo)線GPS測量是成功的，表現(xiàn)了GPS技術(shù)在測定精密導(dǎo)線點(diǎn)平面坐標(biāo)時(shí)較高的功效，精度高，較短的工期內(nèi)獲取優(yōu)質(zhì)的測量成果.在此之前，鐵道部第一勘測設(shè)計(jì)院和隧道局等單位在長邊測量中已取得很好的效果，本次實(shí)踐表明在短邊測量中，GPS同樣可以獲得較好的精度.

進(jìn)入90年代，隨著我國城市軌道交通工程建設(shè)的快速發(fā)展，GPS已成為應(yīng)用于北京地鐵西客站預(yù)埋隧道、上海地鐵、廣州地鐵等大型工程中.GPS的應(yīng)用成果證明了該技術(shù)在地鐵工程中的優(yōu)勢：效率高、費(fèi)用省、成果可靠，完全滿足地鐵建設(shè)的需要.隨著我國測繪技術(shù)領(lǐng)域的標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范化日趨成熟.90年代中期，建設(shè)部委托北京城建勘測設(shè)計(jì)研究院作為主編單位，聯(lián)合國內(nèi)十幾家科研、教學(xué)和從事生產(chǎn)一線的勘測單位，編制完成了《地下鐵道、輕軌交通工程測量規(guī)范》和《地下鐵道、輕軌交通巖土工程勘察規(guī)范》兩部國家標(biāo)準(zhǔn)，填補(bǔ)了城市軌道交通勘測工作領(lǐng)域技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的空白，城市軌道交通工程測量開始規(guī)范起來.

3　目前城市軌道交通控制測量存在問題分析

我國城市軌道交通事業(yè)起步較晚，但發(fā)展迅猛、規(guī)模浩大.目前，城市軌道交通技術(shù)測量體系已基本建立，但隨著我國城市軌道交通建設(shè)事業(yè)高潮的來臨和測繪科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，一些問題逐漸涌現(xiàn)出來，亟待解決.

3.1多階段控制測量數(shù)據(jù)不一致

線路建設(shè)經(jīng)歷初期勘察設(shè)計(jì)、施工設(shè)計(jì)、軌道鋪設(shè)、設(shè)備安裝、運(yùn)營階段等多個(gè)階段，各項(xiàng)測量工作有不同的采集精度和使用參考.如在規(guī)劃選線階段，城市軌道交通工程控制網(wǎng)尚未建成，主要依據(jù)城市現(xiàn)有大比例尺地形圖、航空攝影測量、衛(wèi)星遙感、地下管線等資料，這些數(shù)據(jù)呈現(xiàn)多源性，時(shí)間、精度、分辨率等有較大差異.盡管各城市陸續(xù)將這些數(shù)據(jù)整合到基于GIS技術(shù)建設(shè)的城市基礎(chǔ)信息數(shù)據(jù)庫，但由于新舊城市坐標(biāo)系的差異、數(shù)據(jù)采集時(shí)間和精度等的限制，數(shù)據(jù)的一致性和基準(zhǔn)的統(tǒng)一仍然沒有得到切實(shí)的解決.這可能造成初期選線與施工設(shè)計(jì)等階段的測量結(jié)果不一致.

3.2多期線路控制測量數(shù)據(jù)不一致

目前，各大城市從長遠(yuǎn)發(fā)展出發(fā)，總體布局，設(shè)計(jì)若干條線路構(gòu)成城市軌道交通網(wǎng).但由于投資大、建設(shè)周期長，一般單條線路或幾條線路同時(shí)開工，分期建設(shè).為加快施工進(jìn)度，一條線路往往被化分成多個(gè)標(biāo)段，由不同的單位各自按照工程特點(diǎn)建立獨(dú)立控制網(wǎng)，這些控制網(wǎng)采用不同的基準(zhǔn)，不利于數(shù)據(jù)共享和多條線路之間的正常銜接，擴(kuò)充性差.

3.3控制網(wǎng)覆蓋范圍小

以單條線路建立的控制網(wǎng)覆蓋范圍小，部分規(guī)劃線路的邊界遠(yuǎn)離市區(qū)，超出原有城區(qū)控制網(wǎng)的范圍.逐步擴(kuò)充的方式已很難滿足未來多條新線路的建設(shè)要求.控制網(wǎng)整體性較差，擴(kuò)充后變形超限、多期成果不一致等問題不能得到有效解決，不利于遠(yuǎn)期發(fā)展.這包括新線控制網(wǎng)和既有線控制網(wǎng)的銜接、不同城市控制網(wǎng)之間的轉(zhuǎn)換和銜接等問題.

3.4控制網(wǎng)缺乏集中管理機(jī)制

盡管多線路、多標(biāo)段同時(shí)施工可以加快施工進(jìn)度，但由于專用工程控制網(wǎng)缺乏集中管理機(jī)制，各單位涉及數(shù)據(jù)使用權(quán)限等問題不能對現(xiàn)有控制點(diǎn)成果進(jìn)行有效的使用和管理.在較長的建設(shè)周期中多發(fā)生控制點(diǎn)破壞、移位等情況而不能及時(shí)的更新，造成測量成果質(zhì)量達(dá)不到要求、反復(fù)施工等不良后果.

4　建立城市軌道交通整體控制網(wǎng)的必要性

根據(jù)各大城市出臺的城市軌道交通近期規(guī)劃，城市軌道交通在線路長度與數(shù)量上逐步增長，工程規(guī)劃設(shè)計(jì)范圍與規(guī)模也不斷擴(kuò)大，從城市內(nèi)部向臨近的兩城市或多城市發(fā)展.各地區(qū)從長遠(yuǎn)發(fā)展目的出發(fā)，總體布局，設(shè)計(jì)了若干條線路，形成了城市軌道交通.但隨著多線路銜接、與高鐵線路的連接等問題接踵而來，多期線路、線路多階段控制測量成果不一致、與原有城市控制網(wǎng)不一致等問題逐漸涌現(xiàn)出來，對線路貫通的標(biāo)準(zhǔn)要求提出新的挑戰(zhàn).解決問題的關(guān)鍵是構(gòu)建一個(gè)覆蓋規(guī)劃全路線的城市軌道交通工程測量整體控制網(wǎng).

4.1建立整體控制網(wǎng)可解決多線路銜接問題

由于軌道交通工程投資巨大、建設(shè)周期長，一般單條線路或幾條線路同時(shí)開工，分期建設(shè).各線路由不同的單位設(shè)計(jì)、施工，按照線路特點(diǎn)建立獨(dú)立控制網(wǎng)，這些控制網(wǎng)采用不同的基準(zhǔn)，在線路交接處往往需要坐標(biāo)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換，一般通過相同控制點(diǎn)的坐標(biāo)擬合方法.轉(zhuǎn)換精度與控制點(diǎn)選取的質(zhì)量和分布等有關(guān)，很難保證控制網(wǎng)整體的轉(zhuǎn)換精度，不利于線路之間的正確銜接.建立一個(gè)覆蓋全線路的整體控制網(wǎng)可在納入已建工程測量數(shù)據(jù)的同時(shí)，最大限度的保障多線路控制網(wǎng)相似結(jié)構(gòu)的精度一致，并能保證線路對接點(diǎn)坐標(biāo)的一致性.

4.2建立整體控制網(wǎng)可解決多標(biāo)段數(shù)據(jù)管理問題

即使是單條線路施工，為加快施工進(jìn)度，一條線路往往被劃分成多個(gè)標(biāo)段，由不同的單位施工，整體控制網(wǎng)可解決統(tǒng)一享用數(shù)據(jù)和測繪成果.由于眾多參與單位數(shù)據(jù)管理制度與保密權(quán)限不同，多標(biāo)段數(shù)據(jù)管理是分別獨(dú)立的，各施工隊(duì)伍不同階段的測量成果也是獨(dú)立的，不利于多標(biāo)段數(shù)據(jù)共享與數(shù)據(jù)可靠性檢驗(yàn)，加大了貫通難度.建立整體控制網(wǎng)對測量控制網(wǎng)分級管理能增強(qiáng)多標(biāo)段不同階段數(shù)據(jù)管理的自由度和適應(yīng)性，也能有效解決不同時(shí)期、不同標(biāo)段數(shù)據(jù)共享問題，是目前控制網(wǎng)“三網(wǎng)合一”必備的基本要求.

4.3建立整體控制網(wǎng)可解決單線路控制網(wǎng)覆蓋范圍小、擴(kuò)展困難問題

城市軌道交通各線路分期建設(shè)，工程測量成果隸屬不同的施工單位，測量系統(tǒng)的不一致使新舊控制網(wǎng)存在差異，新線路與既有線路交叉、連接處數(shù)據(jù)銜接困難.一些單位嘗試以既有線路為基礎(chǔ)，將新線路控制網(wǎng)擴(kuò)充到原有控制網(wǎng)中，但由于原線路控制網(wǎng)地形特點(diǎn)與基準(zhǔn)選擇時(shí)的獨(dú)特性，擴(kuò)充性后控制網(wǎng)變形大、精度差、穩(wěn)定性不高.整體控制網(wǎng)先行，既擴(kuò)大了控制范圍，又保證了相似的分期施工線路的精度結(jié)構(gòu).

4.4建立整體控制網(wǎng)可解決城市控制網(wǎng)對接問題

目前，城市軌道交通正逐漸外擴(kuò)，形成地區(qū)城際交通網(wǎng).原本只為滿足各城市建設(shè)需要的城市獨(dú)立坐標(biāo)系間無法建立聯(lián)系，在更大范圍建立城市軌道交通工程測量整體控制網(wǎng)是必要的.整體控制網(wǎng)建立在與兩城市或多城市都能兼容的獨(dú)立坐標(biāo)系下，既保證了整體控制網(wǎng)的相對獨(dú)立性，又解決了不同城市控制網(wǎng)間的對接問題，對未來一定時(shí)期的區(qū)域社會(huì)經(jīng)濟(jì)建設(shè)有重要的促進(jìn)作用.

5　結(jié)論

基于目前我國各大城市普遍存在交通擁堵的現(xiàn)狀，優(yōu)先發(fā)展城市軌道交通為大勢所趨.隨著規(guī)劃軌道交通網(wǎng)規(guī)模不斷加大，各大城市規(guī)劃了線路眾多的交叉網(wǎng)絡(luò).考慮到工程測量涉及單位眾多、儀器設(shè)備眾多、社會(huì)和自然環(huán)境影響因素多，多線路建設(shè)時(shí)間不同，建立一個(gè)覆蓋近期規(guī)劃所有線路的專有工程控制網(wǎng)是必要的，這樣便于各獨(dú)立工作單位或相鄰標(biāo)段協(xié)調(diào)使用統(tǒng)一的坐標(biāo)高程系統(tǒng)和測量作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，極大的提高工作效率.

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1.3.2 疼痛程度 采用疼痛數(shù)字評分法(NRS)評估患者術(shù)后6 h、術(shù)后第1天、術(shù)后第2天、術(shù)后第3天的疼痛程度。NRS 是用數(shù)字式0～10代替文字來表示疼痛的程度，0 為無疼痛;1～3分為輕度疼痛，不影響患者夜間睡眠;4 ～6為中度疼痛，輕度影響患者夜間睡眠;7～10為重度疼痛，患者不能入睡或者睡眠中痛醒。

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收稿日期：2015-11-25

中圖分類號：U231.1

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1673-260X（2016）01-0073-03