上海市轨道交通二号线东延伸段控制网的建立.doc

细分招聘专家，精准求职首选：测绘就业网 上海市轨道交通二号线东延伸段控制网的建立陈功亮上海市测绘院 武宁路419号 200063摘要 该文介绍了利用GPS定位及电子水准技术建立上海市轨道交通2号线东延伸段平面、高程控制网的方法、过程以及精度分析，并利用Leica 2003全站仪进行GPS已测成果的外部检核，得出一些类似轨道交通工程控制测量的结论和建议。关键词 轨道交通、控制网、精度分析、检测1 引言根据国家批准的上海轨道交通网络规划，2005年至2012年间，上海将新建10条城市快速轨道交通线路，新建线路总长389公里，总运营里程达到510公里每天将运送乘客近600万人次，承担全市公共交通出行量的35%以上，相当于中心城道路在现状基础上增加一倍。上海市轨道交通二号线东延伸段工程属于上海城市轨道交通网络中快速铁R2线的一部分，是实施上海市城市轨道交通近期建设的重要组成部分，该工程的规划建设将加强虹桥机场和浦东国际机场间的快速交通联系，满足机场与市区交通便捷性的要求，发挥枢纽港的作用，同时促进浦东新区的发展。二号线东延伸段的走向为：浦东新区龙阳路站起，自东南折入祖冲之路，过广兰路后沿唐镇规划路南侧东行折至华东路向南，行至川环南路后路线折向东一路穿越浦东运河，沿华州路继续东行，下穿规划的浦东铁路后继续东行至华州东路后线路折向南，沿随塘河东侧而行，直至浦东国际机场景观水池北端与既有的磁悬浮线靠近，最终进入已建成的机场站站位。线路全长为30.587km（上行线），共设12座车站（含龙阳路站改造），其中高架站2座，地面站1座，地下站9座。2 平面控制网2.1. 布设难点GPS技术最大的优势就是不要求站间通视，选点灵活，能更好地满足工程建设的需要，它本身具有高效率、高精度、费用省、收效快的特点。但常规轨道交通平面控制采用GPS加精密导线的控制方式，对于GPS控制点的选取却有较高要求。它要求在2km左右的距离内首级控制必须两两通视，然后才能控制精密导线，这样使得GPS最大的优势不能充分发挥。而且轨道交通穿行的地区有两种类型的难点，一是两旁多层建筑大规模“平改坡”，使得控制点很难落到屋面；二是两旁均为农村，附近建筑也大部分是2至3层的尖顶房屋。这两种类型的交替出现，会使相当数量控制点选择在地面，这时一是会产生维护点位完整的客观困难，二是容易被大量的人行道设备、车辆或乡村防风林等障碍遮挡。2.2. 解决方法综合考虑，上海市轨道交通二号线东延伸段GPS平面控制网采用两级布设的布设原则。首先在上海市城市平面二等控制点的基础上利用若干已有的三、四等控制点点位布设GPS首级网，首级网最弱边的相对中误差小于1/120000；然后利用GPS首级网布设GPS加密网，在每座车站附近布设一个GPS加密点，车站之间每隔1.2km左右增设通视加密点，加密网最弱边的相对中误差小于1/90000。这样分级布设更加灵活，使得控制选点余地增大。对于轨道交通平面控制网，由于其控制范围一般为狭长形，采用逐级布设的原则，也有利于控制测量误差，点位精度较高。对平面控制网中边长较短的基线，我们采用增加数据采集时间的方式提高基线数据的可靠性，并可将高精度全站仪采集的基线长度经过归化改正后作为约束条件参与平差。由于GPS首级点距离施工范围有一定的距离，点位相对稳定，故当GPS加密点遭到破坏时，无需从城市二等控制点重新测设控制网，只需从首级点起算即可，在不降低精度的情况下有效节约了时间及成本。并且我们在选取GPS首级控制点时，优先利用原有城市控制点标石，有效节约造标成本，而且原有点位也无需经过一段时间的沉降才能使用，有效节约时间成本。由于二号线平面控制网非独立控制网，我们在设计方案中明确要求检验新旧坐标系统下同一点位的坐标差，以确保点位的可靠性。2.3. 具体实现2.3.1. GPS首级网a. 外业观测外业观测采用静态模式和“边连接”的方式进行扩展,全部施测分6个时段完成。使用4台双频GPS接收机测量，同步观测时段按CJJ73-97全球定位系统城市测量技术规程要求执行。观测路径由多边形环组成，每个多边形环独立观测边数为2-3条，每条连接边上的两点重复设站数大于2次。b. 精度指标内业计算时利用Balnet基线解算和网平差软件进行数据处理，首先分时段对整个GPS控制网在WGS-84坐标系中进行无约束平差，经检验，所有基线向量改正数绝对值v3s，计算出各时段的基线文件后，再把6个时段的所有基线固定起算点GJ05、G2013、G2031、G2039四点坐标进行约束平差。数据处理时我们合理选择了基线，平差后指标及精度分析如下：最弱闭合环相对误差：G002-G003-G001-G002，W/S（ppm）=4.49；尺度因子K=-12.7723；旋转因子=0.2156；平面坐标最大点位误差：MP(G001)=0.38cm；最弱边相对误差：G007-G006为：0.46ppm。以上数据质量可靠，计算结果优良，能够满足施工测量的精度要求。c. 成果比较从经济原因考虑，GPS首级网均利用原有城市平面控制网点位，无需另行埋设。所以首级控制点均有本工程控制网和原有城市控制网两套成果资料，现将两套成果比较如下：点 号差 值(mm)点 号差 值(mm)XYSXYSG001+7.0-4.0+8.1G005-34.0-16.0+37.6G002-12.0+4.0+12.6G006+20.0+2.0+20.1G003-22.0+20.0+29.7G007-34.0-2.0+34.1G004-8.0+15.0+17.0表中所显示数据表明本次测量数据和原有数据的差值Dh最大为3.76mm，小于设计中与原有控制点坐标较差数据50mm的要求，说明本次GPS首级网的数据具有较强的可靠性。2.3.2. GPS加密网a. 外业观测外业观测采用静态观测和“边连接”的方式进行同步图形的扩展,设计分9个时段完成。使用6台双频GPS接收机测量，同步观测时段按CJJ73-97全球定位系统城市测量技术规程执行。观测路径由多边形环组成，每个多边形环独立观测边数为4-5条，每条连接边上的两点重复设站数不少于2次。在GPS施测完成后，使用Leica TC2003全站仪对加密点间的距离进行实测，对GPS反算边长进行检核。b. 精度指标内业计算时利用基线解算和网平差软件进行数据处理，首先分时段对整个GPS控制网在WGS-84坐标系中进行无约束平差，经检验，所有基线向量改正数绝对值v3s，计算出各时段的基线文件后，再把9个时段的所有基线固定起算点进行约束平差，平差后指标及精度分析如下。复测基线检核见下表：复测基线长度较差（m）限差（m）复测基线长度较差（m）限差（m）G001-G1040.01560.0445G005-G0060.00670.0444G002-G1040.00680.0415G005-G0060.01360.0444G002-G1070.01400.0400G005-G1160.01410.0445G003-G1100.01340.0287G005-G1210.00960.0287G004-G1110.02600.0414G005-G1230.00970.0307G004-G0050.03080.0432G005-G1170.03000.0405G004-G1160.02010.0297G006-G1210.02120.0416G006-G1230.00220.0416由上表可见，复测基线的长度较差均小于限差规定。闭合环统计表见下表（部分数据）：闭合环闭合差(m)限差(m)闭合环闭合差(m)限差(m)G101-G001-G102-G1010.0033 0.0758 G107-G002-G109-G1070.0167 0.0804 G002-G001-G102-G0020.0079 0.0963 G109-G002-G110-G1090.0022 0.0784 G102-G001-G104-G1020.0032 0.0796 G111-G003-G112-G1110.0160 0.0635 G103-G001-G104-G1030.0054 0.0784 G111-G004-G116-G1110.0192 0.0737 G003-G002-G109-G0030.0228 0.0776 G115-G004-G116-G1150.0034 0.0628 G004-G003-G113-G0040.0065 0.0829 G117-G004-G118-G1170.0046 0.0634 G105-G001-G106-G1050.0014 0.0848 G121-G005-G123-G1210.0029 0.0625 G005-G004-G115-G0050.0197 0.0829 G123-G005-G124-G1230.0110 0.0634 G005-G004-G119-G0050.0300 0.0757 G006-G005-G117-G0060.0362 0.0925 G006-G005-G123-G0060.0026 0.0809 G117-G005-G121-G1170.0292 0.0753 G006-G005-G126-G0060.0055 0.0839 G120-G005-G121-G1200.0028 0.0613 G107-G002-G108-G1070.0165 0.0756 G121-G005-G125-G1210.0024 0.0724 由上可见环闭合差均小于限差规定，基线质量良好，可以进行平差计算。GPS加密点点位精度见下表：点号Md(cm)点号Md(cm)点号Md(cm)点号Md(cm)G1010.24G1080.23G1150.21G1220.24G1020.24G1090.23G1160.17G1230.20G1030.23G1100.18G1170.18G1240.26G1040.19G1110.20G1180.22G1250.25G1050.30G1120.24G1190.22G1260.24G1060.27G1130.24G1200.28G1070.19G1140.22G1210.19网平差后加密点平均点位误差为0.23cm，最大点位误差G105为0.30cm；边长相对误差平均为1/1818182，最大相对误差为1/255754，满足最弱边相对中误差1/90000的要求。c. 光电测距检测全站仪实测距离经过归化改正后与GPS边长进行比较，实测边长与GPS反算边长比较平均误差为-4.1mm，最大误差为-12.8mm，最小误差为+0.4mm。误差比例平均为1/310860，最大比例为1/69208，最小比例为1/3014493。设计要求最弱边相对中误差满足1/90000，按高精度检测要求不大于2倍中误差要求，最大误差1/692081/45000，说明了本平面控制完全满足施工控制的要求。3 高程控制网3.1. 布设难点上海部分地区沉降比较明显，而轨道交通的建设时间一般都在几年左右，如何确保点位的可靠性是建网必须考虑的问题。由于轨道交通的带状特点，使得高程控制网一般也呈单线分布，如何确保最弱点的精度达到控制要求也是我们要确保的重点。并且客户对于时间节点的要求非常紧迫，而且高程控制点在建好后必须经过一段时间的稳定后方可进行观测，所以如何有限安排人员，提高单位时间的工作效率，也对项目负责人提出较高要求。3.2. 解决方法综合考虑，本高程控制网设计为二等附合水准路线。虽然路线较短，但为了确保最弱点的精度指标，将三个一等精度的基岩标J22、J24和J25作为起算点，均匀等分路线长度。具体路线由北蔡基岩标J22起始，至地铁二号线龙阳路站后沿二号线方向依次测量各车站高程控制点，中间连测至唐镇基岩标J24，后继续沿二号线方向测至浦东国际机场站后，水准路线附合至浦东国际机场基岩标J25止。具体每个车站附近测设一个浅埋点、一个深埋点，车站间适当加设点位。并且由于上海沉降的地质特点，所以设计要求首次初测后半年内进行一次复测，以后每隔半年复测一次，直至工程结束，确保点位准确性。结合作业单位的仪器设备情况，本工程统一采用电子水准仪进行观测，减少了观测人员的人为误差，有效提高工作效率，满足施工进度要求。并且在作业时严格执行规范要求，保证观测时间的对称性，而且由于电子水准的观测原理，外业观测时尽量选在受太阳折光影响较小的位置观测，确保观测数据的可靠性。3.3. 具体实现3.2.1. 精度指标外业采用Zeiss DINI 11/12型电子水准仪进行二等水准观测。其中J22-1J24-1线，路线长度15.38km，往返测高差不符值+1.62mm，附合路线闭合差为+3.78mm。J24-1J25-1线，路线长度35.90km，往返高差不符值-3.84mm，附合路线闭合差为-3.94mm。全线每公里水准测量的偶然中误差M=0.48mm。平差时先以各基岩标的2001年一等水准之吴淞高程为起算高程，推算出J22-1、J24-1、J25-1（墙头标）的高程值，然后将该三点作为本项目附合路线的起算点，采用VMPS水准网平差软件（地壳垂直运动数据处理软件、国家地震局）进行严密平差，计算出各高程控制点的高程值