上海浦东国际机场建设的测绘工作

上海浦东国际机场建设的测绘工作林正庆 顾建祥 傅晓明 余美义1 概况 上海浦东国际机场是一座现代化大型航空港，位于浦东新区长江入海口东南岸，其中心地理位置在东经12147,北纬3108。一期主跑道方位为真北方向162，东面临海，北距吴淞口约34km，南距芦潮港约35km，场址横跨江镇、施湾、祝桥三个乡，地处广阔的长江三角洲冲积平原，地势平坦，河流纵横，水陆交通便利，地区平均高程为3.5m，为机场建设提供了良好的经济和自然条件。 浦东国际机场建设分三期进行，一期工程占地面积约32km2,主要包括一条4000m长，60m宽的主跑道和2条平行的滑行道；建有占地面积约10万m2建筑面积达25万m2的航站楼；飞行区内各类辅助配套设施工程等投资预计124亿元，建成后的机场1期工程将有34个客机位，3个货机位，年均客运量2000万人次，年均货运量75万吨，年平均飞机起落12.6万架次，高峰每小时飞机起落达35架次。一期工程将于1999年10月正式通航。 为确保一期工程规划、设计、施工的顺利展开，浦东国际机场指挥部于1995年12月初，要求上海市测绘院承担机场建设的主要测绘工作，包括各类大比例尺数字化地形图，平面、高程控制测量，施工方格网控制测量，指挥部所提出的各类工程测量，地下综合管线三维坐标以及1：500全野外数字地形图竣工测量，为最终建立机场管理信息系统打好基础。 截至1997年5月，浦东国际机场已进行的测绘项目有：56km21:2000航摄成图，并建立1：2000数字地形数据库；2.5 km21:500数字化地形图，GPS平面控制网、场区、等高程控制网的布设；跑道区、航站区施工方格控制网和一级导线的布设；以及11 km2的方格水准测量，主跑道、滑行道、联络道中心线放样及场区河床断面测量等。2 平面控制 浦东国际机场的建设是一项综合性工程，不但要在飞行区内进行大量的建设，还要与飞行区外的市政道路、综合管线等基础配套设施的规划与施工有机地联系，要与上海市的整体规划、浦东新区的开发、发展统一起来。机场内外的导航设备、主跑道定位采用1954北京坐标系，飞行区内采用民航设计院惯用的P、H机场工程坐标系，机场外基础设施建设采用上海平面直角坐标系，三者间必须要有一套完整、严格的转换关系；考虑到满足机场建设分期进行需要，首级控制布设以两个城市二等三角点（与国家坐标系有联系）为起始点的GPS平面控制网，控制面积75 km2,共由16个点组成，平均边长2.9km，设计最弱边相对中误差为1/10万。这些GPS点位于视野开阔，稳定而坚固的建筑物上，点位附近无高度角10以上的成片障碍物，附近无强电磁场及大量散热源的干扰，点位分布能满足机场近期、远期建设需要，并确保在施工区内GPS点遭破坏后能进行同精度坐标恢复。 本网于1996年5月28日31日用3台ASHTECH MDXII GPS接收机，用三角形单锁边传递法进行观测，由13个同步环构成，共观测13个时段，最少观测卫星数为5颗，观测时段长度为45分钟，数据采样历元间隔15秒，观测严格同步，PDOP值均小于6。2.1数据处理及取得的精度指标 观测数据的预处理用ASHTECH接收机所带的商用软件GPPS5.0完成，数据后处理用GPS网平差软件包TGPPS进行联合平差，达到的精度指标如表1表3 表1 边长精度统计表边 名S(KM)dw(m)Dw/s(ppm)39JG9JG120JG3JG4JG9JG10JG11JG12JG14JG43.25642.86701.96023.30902.51802.78560.00120.00700.00860.00660.01140.01000.37982.42934.38751.98364.51733.5994 表2 异步环质量统计相对精度(PPM)2.0备注异步环个数所占总数比240%360%00最弱的为1.96PPM 表3 边长相对中误差、坐标、点位及方向中误差统计：纵坐标误差（cm）横坐标误差(cm)点位误差方位误差()边长相对中误差(PPM)最大最小平均0.210.100.180.210.080.160.300.130.240.230.060.991.100.280.50 以上精度统计分析表明：闭合环的最大闭合差、复测边的最大相对误差均小于要求，平差后的点位精度指标远远优于设计要求。3 高程控制 上海地区不均匀沉降引起水准高程不稳定，上海市测绘院原建议设置基岩点，由于经费原因，不能设置。于是利用机场内所设260m深井桩，作为机场建设基本水准点，与上海市1995年施测的二等水准点（采用上海吴淞高程系统，也可转换成国家黄海高程系）相联测，包括机场内及周边地区共计54 km2范围，布设二等水准点48个，由6条水准路线组成4个结点，3个环全长45km，环闭合差均小于限差1/2，每公里高差中误差M0=0.95mm，每公里高差偶然中误差M0=0.7mm，满足了各项施工要求。 由于机场建设工程全面展开，土地平整，地基强夯，基础打桩，造成施工区内部分水准点不断被毁或水准点高程变化，必须适时地补测和检测，随时增设水准点，确保各个阶段工程施工的精度的可靠性。4 方格控制网的建立 机场内的主体工程主要为飞行区、航站区、停机坪及各类附属设施。在各分项工程施工中，对测绘工作的要求不尽相同。飞行区主要是完成跑道、滑行道、联络道中心线的放样以及场道道面铺设，航站区则对航站楼和登机楼各主轴线的定位要求较高。因此，为满足施工放样的要求，必须在机场首级平面、高程控制网的基础上，布设为施工测量服务的方格控制网。且应根据不同工程的要求来设计施工控制网的精度。4.1 方格控制网的选点埋设 方格控制网是为施工放样服务的，根据民航设计院设定的以主跑道中心线为主轴线，垂直于主轴线“P”表示“排”，平行于主轴线“H”表示“行”，每个单位长度为40m，因此方格控制网应布设成与跑道中心线平行或垂直的方格网。在选择点位时，必须考虑点的密度与点位的稳定性，避开安放施工机械的区域和设计的地下管线和排水沟渠的位置。同时要尽量离开施工强夯的区域。根据现场条件，综合机场建设施工单位的要求，先期在飞行区内布设方格桩34点，航站区内17点，随着工程进展逐步加密，扩展。 方格控制桩埋设时，先在预埋设区域开挖一定深度的基坑，再将钢管或钢筋打入基础内，然后用混凝土石方填注坑中夯实，再在控制桩上表面安放一不锈钢钢板，用于标定方格桩精确点位，这种钢筋混凝土结构的标石，对方格控制点桩位的稳定性起到较好的保障。4.2 放样方格桩所需控制点的测设 在方格桩放样控制点布设时，考虑到飞行区与航站区方格桩点位分布不一样，故采用不同的控制点布设方法。在飞行区，利用已建立的机场首级GPS控制网，布设2条1级导线，导线全长相对闭合差一条为1/38万，另一条为1/4.4万，均大大高于规范要求的1/1.5万的精度要求。航站区加密GPS网最弱边相对精度为1/25万，最弱点位误差为6.7mm。因此，飞行区和航站区的控制网对方格桩的放样创造了良好的控制条件。 由于方格网放样是采用T2经纬仪加DI2002测距仪（标称精度为1mm+1ppmD）进行，为了检测航站区控制网的符合精度和GPS观测值与DI2002测距仪间的尺度差异，我们利用DI2002测距仪对网中的部分边长进行实测，并与GPS观测值进行比较。从比较结果看，GPS求得的平面距离与DI2002测距仪实测边相差较小，最大为2.5mm，最小为0.1mm，说明两者之间的尺度差异较小，GPS测量求得的控制点坐标可作为方格桩放样的控制依据。4.3 方格网的放样 利用已布设的控制网，采用T2经纬仪加DI2002测距仪对各方格点进行放样，放样前，对所用仪器进行必要项目的检验。在对中时，采用高精度的对中器进行对中，以减小对中误差对方格网精度影响。方格桩初放后，实测方格各角度和相邻边长，然后进行平差计算。得出各方格桩坐标，再在实地将平差坐标向设计坐标进行点位归化改正。经改正后，再检测各方格点间的相对关系。从最后检测数据，相对精度最低为4.5万分之一，均大大高于机场指挥部提出的3万分之一的精度指标。4.4 方格控制桩高程引测 利用机场已布设的II等水准控制网，按照不同的布网要求，用二、三等水准将高程引测到方格控制桩板面球型水准标志上。由于机场施工区域内重型车辆进出频繁及地基强夯等因素影响，须对各方格桩高程定期进行检测和复测，以保证施工测量的顺利进行。对主跑道、滑行道、停机坪地基强夯后，在铺设道面之前，必须对方格控制桩高程按二等水准要求进行全面复测，以保证高程可靠性。5 机场综合管线三维坐标测量和数据库的建立 机场综合管线的铺设是机场建设工程一个重要的配套分支，它所涉及的一系列建设项目对整个机场的前期建设配套，中期调试安装乃至后期营运管理有着非常重要的作用。综合管线的三维坐标测量就是要准确无误地采集各类管网的地理信息，搞清机场在建管线和竣工管网的分布情况。逐步建立起符合现代技术管理手段的浦东国际机场综合管线数据库管理系统。5.1 机场综合管线三维坐标数据采集和作业依据规范 (1) 数据采集内容与方法机场各类管线的数据采集采用现场跟踪解析测绘方法。依据机场已经建立的独立的平面、高程控制系统，测记（定）管线的所有特征点（如管线的起讫点、交叉点、转折点、分支点、变径点、变坡点包括新老前后期管线衔接处以及阀门、消防栓、闷头、电杆和窨井泵站等）的三维坐标，形成统一的机场管线三维坐标成果报表。 （2）管线解析法三维坐标测绘依据规范 浦东国际机场综合管线解析法三维坐标测量依据规范： 中华人民共和国国家标准工程测量规范GB5002693，第五章 上海市地下管线测绘细则（试行）5.2 机场综合管线数据库的建立 综合管线三维坐标测量及其相应的成果报表，仅仅是以数据形式反映了管网管线的地理位置特性，它的好处在于便于统计相应管网线路的有关技术参数和数量，了解掌握管线的绝对地理数值位置，某类管网（线）的总长，段口及分叉数量等，但它对于管线整体分布情况，相互关联程度及其周围的地势地貌等缺少直观显现。只有通过数字化管线图的编制并建立起数字化综合管线图的各类拓扑结构关系，并叠加对应的数字化地形，才能逐步形成一套完整的机场综合管线数据库管理系统。 （1）数字化管线图的编制 综合管线数字化图形，就是充分利用国内外通行的计算机辅助制图系统Auto CAD所提供的各种强大的制图及分层管理等功能，将获取的管线数据通过编辑，连接和加注特性说明形成可供存档与调用输出的计算机图形文件中（DWG文件）。 未来浦东国际机场的营运，管理乃至继续建设指挥系统必将是一个融各类高新技术、基础资料和管理功能于一体的现代化建设指挥信息系统。就地理信息而言，数字化地图是最基础的信息资源，它是各专业系统依靠的基础。作为机场建设管理信息系统的一个分支综合管线数据库管理信息系统，同样必须要有一个对应的地理地貌等基础资源信息相依托。因此应进行全野外数字化1：500地形图竣工测量，根据施工进程及时做到竣工一块，实测地块，竣工一片、成图一片，逐步形成一个覆盖浦东国际机场的大比例尺（1：500）基本分幅图。为建立浦东国际机场综合和管线数据库管理系统备好第一手电子数据地理信息。 浦东国际机场全野外数字化1：500地形图竣工测量将采用目前我院全新引进的EPSW电子平板测图系统，执行上海市测绘院最新颁布的上海城市大比例尺野外数字化测图实施办法（试行97版），采用国家技术监督局发布的中华人民共和国国家标准GB/T7929-19951500、11000、12000地形图图式。 （2）机场综合管线数据库的建立 要形成一个相对完整全面的综合管线数据库管理系统，首先必须把管线三维坐标的测量成果、有关文字注记等数字化成图，全野外测绘一套反映机场现势地理地貌情况的数字化基本地形图，并把数字管线图叠加到数字地形图前作一系列必要的编辑、修正。这包括图形完整的分类和设置，层次的重新分配，测图比例尺的一致性，入库后建立起图形元素（地形图与管线图及管线图与管线图）之间的拓扑关系，使管线图形具有最基本的符合地理信息系统技术资源和要求的基本特性。 管线元素不再是单纯的线，与之有关的点、线、符号（如各种窨井、水闸、消火栓等）及有关注记之间建立起相应拓扑结构和逻辑关系。 图形数据与非图形数据能进行互访，实现双向可查询，检索。将管线的走向，位置存于图形库中，而管线的文字资料贮于外图形数据库，通过逻辑指针（Pointer） 与图形连接。经过方案论证和系统分析，考虑到机场建设工程的要求及其特殊性，在明确各类管网管线数据（包括文字注记）结构和管线图形元素间的拓扑关系的基础上。一个基于基础图形信息、属性资料、计算机设备、结合一定的应用软件（如IBM的ARC/INFO应用软件），建立起上海浦东国际机场综合管线数据库管理系统。这里给出机场数据库的两类基础数据内容及浦东国际机场综合管线数据库管理系统结构流程图如下： 表4 数据库系统结构图浦东国际机场综合管线数据库管理系统数据采集集数据处理理检索查询问询统计分析析信息输出出拓扑关系生成数据入库库 数据库的两类基础数据：图形数据：主要存贮各类管线的构图数据，包括：各种管线图；各种管线对应的附属物（如泵房等）大样图；各种管线对应的注记图；1：500大比例尺地形图；与机场管线相关的其它图形数据。属性数据：属性数据也即非图形数据，主要以文字，数表等形式存贮各类管线的属性说明和附属物等特性注记。如以供水（上水）为例，其属性结构说明包括：管线编号；图幅号码；起讫点；分区分类号；道路类别或道路名称；作用方式方向；管材规格说明；埋设情况注记（方式、日期）等