衛(wèi)星定位技術(shù)在城市軌道交通工程地面平面控制網(wǎng)建設(shè)中的應(yīng)用

王益民

（深圳市市政設(shè)計(jì)研究院有限公司，廣東深圳518029）

1 引言

隨著空間技術(shù)的發(fā)展，以衛(wèi)星為基礎(chǔ)的全球?qū)Ш蕉ㄎ幌到y(tǒng)，即衛(wèi)星定位技術(shù)成為最新的空間定位技術(shù)，具有全球性、全天候、高效率、多功能、高精度的特點(diǎn)，該技術(shù)的應(yīng)用導(dǎo)致傳統(tǒng)的測(cè)量控制網(wǎng)布設(shè)方法、作業(yè)手段和內(nèi)外作業(yè)程序發(fā)生了根本性的變革，為城市軌道交通工程測(cè)量提供了一種嶄新的技術(shù)手段和方法。

2 城市軌道交通工程地面平面控制網(wǎng)的特點(diǎn)

城市軌道交通工程主要沿城市道路建設(shè)，是由若干帶狀工程構(gòu)成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，根據(jù)新版GB/T 50308—2017《城市軌道交通工程測(cè)量規(guī)范》的規(guī)定，其地面平面控制網(wǎng)分3個(gè)等級(jí)建設(shè)，一等為服務(wù)全市軌道交通規(guī)劃、建設(shè)的全市軌道交通衛(wèi)星定位控制網(wǎng)；二等為服務(wù)于各條具體線路建設(shè)、運(yùn)營(yíng)的衛(wèi)星定位控制網(wǎng)，在一等網(wǎng)的基礎(chǔ)上進(jìn)行布設(shè)；三等為服務(wù)于各條具體線路建設(shè)、運(yùn)營(yíng)的精密導(dǎo)線網(wǎng)，在二等網(wǎng)的基礎(chǔ)上加密布設(shè)[1]。

某公司承擔(dān)的軌道交通工程的測(cè)量控制網(wǎng)建設(shè)完成于2018年之前，執(zhí)行的是舊版GB 50308—2008《城市軌道交通工程測(cè)量規(guī)范》，其衛(wèi)星定位控制網(wǎng)的測(cè)量技術(shù)要求為：（1）平均邊長(zhǎng)2km；（2）最弱點(diǎn)點(diǎn)位中誤差±12mm；（3）最弱邊邊長(zhǎng)相對(duì)中誤差1/100 000；（4）相鄰點(diǎn)的相對(duì)點(diǎn)位中誤差±10mm；（5）與現(xiàn)有城市控制點(diǎn)的坐標(biāo)較差≤50mm；（6）不同線路控制網(wǎng)重合點(diǎn)坐標(biāo)較差≤25mm。

深圳市城市軌道交通工程建設(shè)的平面基準(zhǔn)是深圳獨(dú)立坐標(biāo)系。建設(shè)初期，既有等級(jí)城市控制網(wǎng)已建成，且點(diǎn)位保存基本完好，因此，地面平面控制網(wǎng)的建設(shè)方式是利用既有城市二等（B級(jí)）GPS控制網(wǎng)進(jìn)行起算，按照一條線路新建一個(gè)二等（首級(jí)）衛(wèi)星定位控制網(wǎng)和一個(gè)精密導(dǎo)線網(wǎng)的方式進(jìn)行布設(shè)。目前，深圳市城市軌道交通已建設(shè)至四期工程，既有城市控制網(wǎng)破壞程度日益嚴(yán)重，地面平面控制網(wǎng)的建設(shè)難度也有所增加[2]。

3 實(shí)際案例

自2009年以來，筆者作為項(xiàng)目負(fù)責(zé)人，先后承擔(dān)了5條軌道交通工程的衛(wèi)星定位控制網(wǎng)建設(shè)，其中正線2條，延長(zhǎng)線3條。衛(wèi)星定位控制網(wǎng)基本沿軌道交通線路呈帶狀獨(dú)立布設(shè)，采用同步圖形擴(kuò)展形式構(gòu)網(wǎng)，由多個(gè)同步大地四邊形或單三角網(wǎng)組成。約每隔2km布設(shè)一對(duì)GPS點(diǎn)，新布設(shè)的GPS點(diǎn)多布設(shè)在樓頂上，且均有一個(gè)以上通視方向。GPS點(diǎn)兼顧了施工控制的需要，在車站或重點(diǎn)工程施工地段附近均布設(shè)了控制點(diǎn)，且便于保存和施測(cè)。

衛(wèi)星定位控制網(wǎng)基線解算采用Leica隨機(jī)處理軟件LEICA Geo Office Combined，采用衛(wèi)星廣播星歷，平差軟件采用武漢大學(xué)測(cè)繪學(xué)院研制的GPS數(shù)據(jù)處理平差軟件COSA GPS（Ver5.20）。基線長(zhǎng)度計(jì)算公式固定誤差a取10mm，比例誤差系數(shù)b取0.000 2，二維約束平差在深圳獨(dú)立坐標(biāo)系下進(jìn)行。

3.1 軌道交通11號(hào)線工程

軌道交通11號(hào)線工程屬于軌道交通三期工程，全長(zhǎng)51.2km，是深圳市目前最長(zhǎng)的軌道交通線路，設(shè)計(jì)時(shí)速120km，全線共設(shè)車站18座，平均站間距2.8km。

本工程衛(wèi)星定位控制網(wǎng)建設(shè)于2010年，全網(wǎng)利用了6個(gè)城市二等GPS控制點(diǎn)，重合其他軌道交通線路GPS控制點(diǎn)5個(gè)，以上11點(diǎn)均為二維平差約束點(diǎn)。全網(wǎng)共54個(gè)點(diǎn)，27個(gè)觀測(cè)時(shí)段，合格基線210條，如圖1所示。二維約束平差后網(wǎng)中最弱點(diǎn)點(diǎn)位中誤差±9.9mm，最弱邊邊長(zhǎng)相對(duì)中誤差1/165 000，相鄰點(diǎn)的最大相對(duì)點(diǎn)位中誤差±9.1mm。

圖1 11號(hào)線工程衛(wèi)星定位控制網(wǎng)圖

3.2 軌道交通5號(hào)線二期工程

軌道交通鐵5號(hào)線二期工程起點(diǎn)位于2號(hào)線赤灣站，終點(diǎn)位于5號(hào)線前海灣站。線路總長(zhǎng)約7.65km，沿線共設(shè)置有7座車站。

本工程衛(wèi)星定位控制網(wǎng)建設(shè)于2014年，全網(wǎng)利用城市二等GPS控制點(diǎn)4個(gè)，重合其他軌道交通線路GPS控制點(diǎn)6個(gè)，因部分重合點(diǎn)坐標(biāo)檢核較差接近限差，所以，二維約束平差已知點(diǎn)僅采用4個(gè)城市二等GPS控制點(diǎn)。全網(wǎng)24個(gè)點(diǎn)，18個(gè)觀測(cè)時(shí)段，合格基線89條。二維約束平差后網(wǎng)中最弱點(diǎn)點(diǎn)位中誤差為±12.0mm，最弱邊邊長(zhǎng)相對(duì)中誤差為1/184 000，相鄰點(diǎn)的最大相對(duì)點(diǎn)位中誤差為±9.7mm。

3.3 軌道交通6號(hào)線二期工程

軌道交通6號(hào)線二期工程全長(zhǎng)11.7km，全線共設(shè)車站7座，均為換乘站。

本工程衛(wèi)星定位控制網(wǎng)建設(shè)于2015年，全網(wǎng)利用了3個(gè)城市二等GPS控制點(diǎn)，重合其他軌道交通線路GPS控制點(diǎn)12個(gè)，以上15點(diǎn)均為二維平差約束點(diǎn)。全網(wǎng)共27個(gè)點(diǎn)，19個(gè)觀測(cè)時(shí)段，合格基線163條，如圖2所示。

圖2 6號(hào)線二期工程衛(wèi)星定位控制網(wǎng)圖

二維約束平差后網(wǎng)中最弱點(diǎn)點(diǎn)位中誤差為±4.7mm，最弱邊邊長(zhǎng)相對(duì)中誤差為1/143 000，相鄰點(diǎn)的最大相對(duì)點(diǎn)位中誤差為±5.6mm。

3.4 軌道交通9號(hào)線二期支線工程

軌道交通9號(hào)線二期支線工程起于海上世界站，終至南油站，全長(zhǎng)約4.4km，共設(shè)車站4座，其中換乘站3座，平均站間距約1.00km。

本工程衛(wèi)星定位控制網(wǎng)建設(shè)于2016年，全網(wǎng)利用了3個(gè)城市二等GPS控制點(diǎn)，重合其他軌道交通線路GPS控制點(diǎn)3個(gè)。因起算點(diǎn)分布不理想，故采用長(zhǎng)邊網(wǎng)（平均邊長(zhǎng)6km，觀測(cè)時(shí)長(zhǎng)120min，10個(gè)點(diǎn)）和短邊網(wǎng)（平均邊長(zhǎng)2km，11個(gè)點(diǎn)）的二級(jí)布網(wǎng)方式，如圖3所示。全網(wǎng)共21個(gè)點(diǎn)，10個(gè)觀測(cè)時(shí)段，合格基線88條。二維約束平差長(zhǎng)邊網(wǎng)中最弱點(diǎn)點(diǎn)位中誤差為±5.5mm，最弱邊邊長(zhǎng)相對(duì)中誤差為1/1 219 000。短邊網(wǎng)中最弱點(diǎn)點(diǎn)位中誤差為±6.1mm，最弱邊邊長(zhǎng)相對(duì)中誤差為1/200 000。

圖3 9號(hào)線二期工程衛(wèi)星定位控制網(wǎng)圖

3.5 軌道交通12號(hào)線工程

軌道交通12號(hào)線工程屬于軌道交通四期工程，線路起自左炮臺(tái)站，終至海上田園東站，線路全長(zhǎng)約40.54km，共設(shè)站33座，其中換乘站18座，平均站間距約1.24km。

本工程衛(wèi)星定位控制網(wǎng)建設(shè)于2017年，全網(wǎng)利用了3個(gè)城市二等GPS控制點(diǎn)，重合其他軌道交通線路GPS控制點(diǎn)25個(gè)，觀測(cè)時(shí)段數(shù)31個(gè)。因起算點(diǎn)分布不理想，故采用長(zhǎng)邊網(wǎng)（平均邊長(zhǎng)14km，觀測(cè)時(shí)長(zhǎng)120min，9個(gè)點(diǎn)）和短邊網(wǎng)（平均邊長(zhǎng)2min，47個(gè)點(diǎn)）的二級(jí)布網(wǎng)方式。全網(wǎng)共56個(gè)點(diǎn)，31個(gè)觀測(cè)時(shí)段，基線數(shù)237條，如圖4所示。二維約束平差長(zhǎng)邊網(wǎng)中最弱點(diǎn)點(diǎn)位中誤差為±10.1mm，最弱邊邊長(zhǎng)相對(duì)中誤差為1/925 000，相鄰點(diǎn)的最大相對(duì)點(diǎn)位中誤差為9.8mm。短邊網(wǎng)中最弱點(diǎn)點(diǎn)位中誤差為±10.3mm，最弱邊邊長(zhǎng)相對(duì)中誤差為1/117 000，相鄰點(diǎn)的最大相對(duì)點(diǎn)位中誤差為9.8mm。

圖4 12號(hào)線工程衛(wèi)星定位控制網(wǎng)圖

4 結(jié)語

利用衛(wèi)星定位技術(shù)在軌道交通工程中建設(shè)地面平面控制網(wǎng)，經(jīng)過多條線路的生產(chǎn)實(shí)踐，充分體現(xiàn)了布網(wǎng)靈活、效率高、精度可靠等特點(diǎn)，有力支持了軌道交通工程的建設(shè)。