西安地铁一号线三网的建立与复测.docx

摘 要城市地铁平面控制网分为两级，一等为卫星定位控制网，二等为精密导线网。坐标系统与所在城市现有坐标系统一致，投影面高程则需根据其误差影响来确定。复测则为一年一次或两年一次。高程控制网为水准网，分两级布设：一等水准网是与城市二等水准精度一致的水准网，二等水准网是加密的水准网。水准网沿线路附近布设成附合线路、闭合线路或结点网。三网的建立必须从可靠性、效率、精度、费用等多方面考虑，结合西安整体地铁规划，最后在图上完成布网。关键词：地铁，GPS网，精密导线网，水准网ABSTRACTCity subway horizontal control network is divided into two first-class positioning for satellite control network, and second for precision wire network and hierarchical layout, consistent with the existing coordinate system of the coordinate system and the city, the projection surface elevation is required according to its errorto determine. Retest, compared with a year or once every two years. Vertical control network for the leveling network, laid at two levels: the first order leveling network is consistent with the citys second level of precision leveling network, the second leveling network is encrypted leveling network. Leveling network lines near the emplaced into a coincidence circuit, closed circuit or node network. The establishment of three networks from reliability, efficiency, accuracy, cost considerations, combined with the the Xian overall metro planning, the final completion of the cloth map network.KEY WORDS：subway, the GPS network, precision wire network, leveling network目 录1 绪论11.1主要目的和意义11.2主要内容和要求21.3三网建立和分析22 概况42.1项目概况42.2测区概况62.3已有资料分析73 GPS网93.1 GPS网原理93.2基准设计93.3原则和技术指标123.3.1精度指标123.3.2布网、选点与埋石原则153.3.3作业要求163.4 GPS网布设方案173.5 GPS网结论204 精密导线网224.1精密导线网原理224.2原则和技术指标224.2.1精度指标224.2.2布网、选点与埋石原则254.2.3作业要求254.2.4精密导线点的高程测量264.3精密导线网布设方案264.4精密导线网结论275 水准网305.1水准网原理305.2水准网原则与技术指标305.2.1精度指标305.2.2布网、选点与埋石原则325.2.3作业要求335.3水准网布设方案345.4水准网结论356 论文小结37致谢38参考文献39.1 绪 论1.1主要目的和意义 通过一次设计，完成对大学四年测量知识的融会贯通，为以后工作打下基础。它既对我在大学四年所学基础知识、基本理论、基本技能的复习、巩固和深化、提高，也让我进行了一次理论联系实际、培养创新意识和综合运用知识能力、综合分析和解决实际问题的实践。控制测量是测量的基础，以后工作会经常用到，而在校期间，如果能很好的用一次实践的机会把知识融会贯通，对我以后工作会有莫大的帮助。当前，我国人口众多、城市化进程加快，大中城市普遍存在着道路拥挤、车辆堵塞、交通秩序不畅的现象，并成为城市发展的“瓶颈”问题。城市轨道交通具有运量大、速度快、无污染等特点。因此，发展城市轨道交通应该成为我们解决城市交通问题的重要手段。从新世纪开始，国家已把“发展城市轨道交通”列入国民经济发展纲要，作为拉动国民经济持续发展的重大战略。地铁，作为城市轨道交通的主要形式，已日趋显出了其重要性。地铁建设过程中，需要通过测量工作为其提供精确的坐标、放样的依据。它对结构施工、铺轨、设备安装具有重要的影响。其内容又分为地面测量、地面和地下联系测量、地下测量三个方面。而地面的控制测量又是整个测量工作的基础，地面控制测量主要指的就是“三网”的建立和复测。我们把地铁建设中测量工作中的GPS平面控制网、精密导线网、水准高程网统称为“三网”。工程控制网是工程项目的空间位置参考框架，是针对某项具体工程建设测图、施工或管理的需要，在一定区域内布设的平面或高程控制网。地面平面控制测量是城市轨道交通工程是测量的基础和依据，是城市轨道交通工程全线线路与结构贯通的保障，在土建施工开挖之前测量完毕。地面平面控制测量具有精度高、边长较短、使用频繁等特点。根据国标，地铁平面控制网分为两个等级布设，一等为GPS卫星定位控制网（简称GPS网），二等为精密导线网。其中GPS网点较少，起到整体骨架的作用，是后续测量的基础，而精密导线测量则是在GPS网的基础上布设而成附合导线、闭合导线或多个结点的导线网。边长较短，可直接为地面施工测量服务，对地下施工起到传递坐标、方向的作用。地面控制网不但是隧道横向贯通的基础，还是测量控制网、变形监测网的基础。并可为工程设计的大比例尺地形图测绘、施工放样、轨道铺设、断面测量、建设期间变形监测以及运营胡的结构变形监测提供服务。由于城市轨道交通工程建设周期较长，工程建设期间平面控制点难免发生变化，因此需要在一定的周期内对地面平面控制网进行监测，评价原网稳定状况和可靠程度，确保地面平面控制网满足工程需要。1.2主要内容和要求通过对地铁三网设计原则的的掌握和分析，对三网进行初步设计，并用已知数据进行验证讨论，得到优化方案。本次设计主要讨论西安地铁一号线的建立与复测过程中所需达到的标准和需要注意到的问题，根据西安地铁一号线的实际情况，建立的坐标系和控制网，最后用实际的数据对设计方案进行验证，讨论起可行性，结合精度、实施难度和成本等因素综合考虑，得出最优方案。1.3三网建立和分析建立区域性工程控制网时，一般有平面控制网与高程控制网分别建立或联合建立者两种模式。当联合建立控制网时，通过GPS平面控制测量和网平差，可以得到一点或数点精确的WGS-84大地高H84。但在实际应用中，地面高程采用正常高系统。地面点的正常高Hr是地面点沿铅垂线至似大地水准面的距离。这种高程是通过水准测量来确定的。当然，如果我们能精确的确定各点的大地高H84和正常高Hr之间的关系（即高程异常），我们可以很容易得到各点的正常高。但事实上，我们很难确定各点的高程异常值，又较难得到所有点的精确大地高，所以通过这种方法，我们很难得到各点的正常高程值。并且地铁测量一般集中于城市地区，GPS点可能会布设在楼顶或其他不方便水准测量的地方。所以，城市地铁建设必须采用平面控制网与高程控制网分别建立的模式。地铁单线长度一般为几十公里，并且地铁建设对点位的精度要求较高，所以根据GB 503082008城市轨道交通工程测量规范，平面控制网一般采用两级布设的方法。当前，科学技术的进步为测量工作提供了更多的手段和更高的精度。其中，GPS定位技术已相当成熟，GPS静态定位技术能够提供高精度的WGS-84坐标，而且GPS定位具有不需要相邻点通视、受天气影响较小、操作简单方便、无时间限制等优势。所以，首级网采用GPS网、次级网采用传统的精密导线网。高程控制测量有水准测量法、三角高程法或GPS高程法。目前，三角高程法无法满足地铁建设需达到的精度要求，GPS又无法准确得到正常高。所以，地铁高程控制网必须采用水准网。根据GB 503082008城市轨道交通工程测量规范，高程控制网一般分为两个等级布设，其中首级为与国家二等水准相当的一等水准网；二级为加密水准网。地铁建设控制网的建立，必须充分考虑与整个城市建设的联系。可以与整个城市的地铁建设网同步建网或与整个城市的快速轨道交通建设同步建网。这样，既能提高整体控制网的精度，又能节约成本，提高兼容性。地铁建设控制网的建立，还必须充分考虑城市地理的独特性，比如西安地区特有的地裂缝地质等。2 概 况2.1项目概况西安，古称“长安”、“京兆”，是举世闻名的世界四大古都之一，是中国历史上建都时间最长、建都朝代最多、影响力最大的都城，是中华民族的摇篮、中华文明的发祥地。在现代，西安是我国西部地区唯一的副省级城市，是新欧亚大陆桥中国段和黄河流域最大的中心城市。 按照国务院批准的西安市城市快速轨道交通建设规划，西安市总共将要建设6条地铁线路。其总长度为251.8公里，共设16座换乘站，10座车辆段，4座停车场，2处控制中心。西安城市轨道交通线网形成“棋盘+放射式”网状结构布局，其中一、二、三号线为其骨干线，这样的话既满足了城市东西向、南北向主轴线上的客运交通需求，又向外拓展了城市发展空间；四、五、六号线是轨道交通网的辅助线，主要满足城市功能组团之间的交通需求。图2-1 西安地铁整网规划图一号线西起“西咸共建区”的森林公园，沿世纪大道设张家村站、后围寨站、三桥站、阿房路站、枣园北路站等四个地面站，出站后由高架转为地下敷设汉城路站、劳动路站、玉祥门站、洒金桥站、北大街站（与在建地铁二号线换乘，该站与而号线同步设计，同步施工）、五路口站（与规划四号线换乘）、朝阳门站、康复路站、金花路站（与规划三号线换乘）、万寿路站、长乐坡站、半坡站，出站线路转向西北，自东方世纪城及芙蓉小区北侧穿过地块，在纺北路北侧地块内规划纺织城客运站附近设一号线终点站纺织城站（与规划六号线及临潼线换乘）。一号线向西延伸至咸阳森林公园，为西咸一体化创造有利条件；向东延伸至临潼旅游渡假区，可大大促进西安市旅游事业的发展及沿线土地开发利用，进一步加强西安作为国际级旅游城市的地位。该线为轨道交通线网中的骨干线。全线分两期建设，初期建设一期工程后围寨至纺织城段，线路全长25.337km。计划在2008年10月启动实验段，2009年一季度全面开工建设一期工程；其中后围寨至枣园北路段为高架线，长约5.872km；枣园北路至纺织城段为地下线，长约19.125km；过渡段0.34km。一期工程共设车站19座，其中地下站15座，高架站4座，设换乘站5座。车辆段及综合维修基地设在后围寨，停车场设在纺织城，在后围寨车辆段设一条与国铁连接的联络线，于陇海铁路三桥站接轨，线路长约1.211km。全线设主变电站两座，分别位于劳动路和金花路附近。一、二、三号线共用一个控制中心，设于在建的二号线铁路北客站车辆段处。远期建设二期工程森林公园至后围寨段，线路全长6.488km，均为高架线，设车站4座。一期工程铁路北客站至长延堡站段2007年上半年开工，2011年全线建成；即将开工建设的长延堡至韦曲段计划于2009年一季度全面开工建设，2012年建成。本次地面控制测量设计范围为一号线一期工程，即东西从后围寨车辆段至纺织城停车场，具体范围如下图：图2-2 西安地铁一号线规划图2.2测区概况测区位于西安市东西交通主干道上，沿纺北路（312国道）、浐河东路、长乐路、东西五路、莲湖路、大庆路、枣园路、西咸公路（210国道），穿越半坡、朝阳门、玉祥门、三桥等。西安地铁一号线横穿西安市多条地裂缝，并从西安市地面沉降较大的胡家庙漏斗区域的南边沿区域穿过，胡家庙漏斗中心从1959年至2005年累计沉降达2000多毫米。测区内大部分地区高楼林立、车辆较多、一号线在长乐坡段道路较窄，测区行人较多，绿化较好，行树较多，不利于测量工作，实际工作时可合理选择工作时间。西安市7、8、9、10月份雨水较多，10月至次年3月有雾，导线测量时可能受天气影响较大，GPS和水准测量则基本不受影响，应抓住这气候宜人的黄金时间进行外业测量。2.3已有资料分析1999年西安市勘察测绘院建立了控制西安市辖区7000多平方公里的B、C级GPS测量控制网，经过8年使用和检测，其精度良好，作为本次GPS网测量的起算点、检核点。2001、2002年布设的E级GPS城区网和东郊E级GPS网、1998南郊GPS网和零星GPS网点、2002年为长安航天基地测量地形图布设的E级GPS网和1997长安区（县）GPS网点及符合GPS观测条件的老三角点、水准点，在导线测量和水准测量时可利用其点位。3 GPS网3.1GPS网原理GPS（全球定位系统）是目前正在运行的GNNS（全球导航卫星定位系统）中最可靠、精度最高、使用最广泛、技术最成熟的定位系统。它从1973年起步，1978年发射卫星，1994年完成24颗卫星星座，至今已先后发展了三代卫星。GPS卫星定位方法有伪距法和载波相位定位法。在GPS伪距定位法中所使用的测距码长度（29.3m，293m）较长，而GPS卫星发射的载波波长比测距码要短得多。如果将载波作为测距信号，测定的GPS载波信号在传播上的相位变化值，精密确定信号传播的距离，就可以达到较高的测距精度。由于城市轨道交通地面首级控制网的精度要求较高，应采用静态载波相位法施测。GPS静态定位有GPS绝对定位与相对定位两种。绝对定位利用卫星和用户接收机间的距离观测值直接确定用户接收机在WGS-84坐标系中相对于坐标系统原点的绝对位置，其精度较低，不能满足地铁建设所需要的要求。相对定位则利用两台或两台以上接收机同时观测，确定基线断点的相对位置或基线向量。其中静态相对定位精度较高，能满足地铁建设需要的要求。所以，城市轨道交通地面首级控制网应采用静态相对定位。3.2基准设计GPS测量测得的是GPS基线向量，它属于WGS-84坐标系的三维坐标差，而在地铁建设中，我们需要的是地方坐标系的坐标。所以在进行GPS网的技术设计时，必须明确GPS成果所采用的坐标系统和起算数据，即明确GPS网所采用的基准。GPS的基准包括位置基准、方位基准、尺度基准。在进行基准设计时，我们要充分考虑一下几个问题：1. 为求定GPS点在地面坐标系的坐标，应在地面坐标系中选定起算数据和联测原有地方控制点若干个，用以坐标转换。在选择联测点时既要考虑到充分利用旧资料，又要使新建的高精度GPS网不受旧资料精度较低的影响，因此GPS定位控制网内应重合35个现有城市一、二等控制点，控制点应均匀分布；在不同线路交叉有联络线出或同一线路前后期工程衔接处应布设2个以上的重合点，重合点的坐标较差应满足GPS网主要技术指标。2. 为保证GPS网进行约束平差后坐标精度的均匀性以及减少尺度比误差影响，对GPS网内的重合的高等级国家点或原城市等级控制网点，除未知点联结图像观测外，对它们也要适当的构成长边图形。GPS控制网应沿线路两侧布设，控制点宜布设在隧道出入、竖井或车站附近。车辆段附近应布设35个控制点，相邻控制点应满足通视要求。3. 新建GPS网的坐标系应该尽量与测区过去采用的坐标系统一致。GPS控制网平面基准选择，对整个网有着举足轻重的影响。按照一般控制网的方法，应该把轨道平均高程作为投影面高程，以减小变形。但实际工作中，一个城市的地铁建设范围往往是比较广的，起高程差也可能会比较大，地铁的建设也是长周期的，持续性的。所以当采用城市坐标系投影面高程投影，其误差也在一个较小的、满足地铁建设需要的范围内时，我们就可以直接采用城市坐标系，而不需要重新采用独立的投影面投影，对整个城市的地铁网建设以及其他基础设施建设提供方便。综合考虑，若城市坐标系投影面高程与轨道平均高程的高差影响每千米不大于5mm，则可采用使用城市坐标系建网；若城市坐标系投影面高程与轨道平均高程的高差影响每千米不小于5mm，则必须建立独立坐标系，其投影面高程必须与城市轨道交通轨道平均高程一致。 (3-1) (3-2)式中：D为测距边水平距离 为测距边所在城市平均高程 为测距边高出大地水准面的平均高程 为沿测距边方向参考椭球面法截弧的曲率半径，M和N分别为子午圈曲率半径和卯酉圈曲率半径，按西安市的平均纬度3416，则M=6355663.737m，N=6384918.901m，A为法截弧方位角，故介于M和N之间。经计算，h（城市投影面高程与轨道平均每高程）不得大于31.924 m。西安地铁一号轨道平均高程为405m。所以，若西安城市坐标系投影面高程在373.076m至436.924m之间，则可以采用西安城市坐标系为GPS网的投影基准。若以地铁轨道平均高程面作为投影面，需要改变投影中央子午线。其方法如下：高程投影变形的计算公式为：D1=-D*Hm+hmRA+Hm+hm (3-3)式中：D为地面测距边长，单位为m；Hm为测距边高出大地水准面的平均高程，单位为m；hm为测区大地水准面高出参考椭球面的高差，也称为重力高程异常，单位为m；RA为测距边所在法截线的曲率半径，单位为m；高斯投影变形的计算公式为： D2=d*(ym22Rm2+y224Rm2) (3-4)式中：d为归算到参考椭球面上的测距长度，单位为m；y为测距边两端点横坐标之差，单位为m；ym为测距边两端点横坐标的平均值，单位为m；Rm为参考椭球面上测距边中点的平均曲率半径，单位为m；为了方便计算，我们取RA+Hm+hm=Rm， Hm+hm=Hm， ym22Rm2+y224Rm2=ym22Rm2，D=d设地铁平均轨道高程为h，得到：hRm=ym22Rm2 (3-5)进一步得到该地区中心至投影中央子午线的距离为ym=2Rmh，再根据公式：ym=lNcosB (3-6)L0=L-l (3-7)式中：B、L分别为测区中心位置的纬度和经度；N为椭球在纬度B处卯酉圈曲率半径；l为经度L与任意带的中央子午线经度L0之差。可以得到中央子午线的经度。若取西安城市坐标系，我们可以再加一补偿坐标设西安城市坐标系投影面高程为H，则每个坐标必须加一改正数：=h-HRm*S (3-8)选择其中一个城市原有点作为“原点”，保持他在西安城市坐标系里的坐标值(x0,y0)不变，而将其他控制点的坐标(xH, yH)换算到以一号线平均轨道高程面为投影面的坐标系中。则新坐标 (xh,yh)为：xh=xH+h-HRm*(xH-x0) (3-9)yh=yH+h-HRm*(yH-y0) (3-10)3.3原则和技术指标3.3.1精度指标1.根据GB 503082008城市轨道交通工程测量规范中规定城市地铁GPS控制测量要求采用的精度为表3-1 GPS网精度要求平均边长（km）最弱点的点位中误差（mm）相邻点的相对点位中误差（mm）最弱边的相对中误差与现有城市控制点的坐标差（mm）不同线路控制网重合点坐标较差（mm）212101/1000005025按照国家标准全球定位系统（GPS）测量规范（GB/T13814-2009）中表3-2 GPS B、C、D、E级主要用途和精度指标级别主要用途相邻基线分量中误差/mm相邻点间平均距离/km水平分量垂直分量B建立国家二等大地控制网，建立地方或者城市坐标基准框架、区域性的地球动力学研究、地壳变形测量和各种精密工程测量51050C建立三等大地控制网，以及区域、城市及工程测量的基本控制网等102020D建立四等大地控制网20405E测图、施工等控制测量20403综合考虑，地铁GPS测量可采用C级GPS网来满足要求。2.卫星定位控制网测量前，应根据城市轨道交通线路规划设计，收集、分析线路沿线现有城市控制网的标石、精度等有关资料，并按静态相对定位原理布网。3.卫星定位控制网相邻点间基线精度按3-11式计算。 (3-11)式中：为标准差，即基线向量的弦长中误差(mm)；a 为固定误差(mm)；b 为比例误差系数(110-6)； d 为相邻点间的距离(km)。4.卫星定位控制网外业观测的全部数据应经同步环、独立环及复测边检核。5.同步环各坐标分量及全长闭合差应满足式3-12式至3-16的要求：Wxn5 (3-12)Wyn5 (3-13) Wzn5 (3-14) (3-15)W3N5 (3-16)式中：N 为同步环中基线边的个数；W 为环闭合差。6.独立基线构成的独立环各坐标分量及全长闭合差应满足式3-17式至3-20的要求：Wx2n (3-17)Wy2n (3-18)Wz2n (3-19)W2n (3-20)式中：n 为独立环中基线边的个数7.复测基线长度较差应满足下式的要求：ds2n (3-21)式中： n 为同一边复测的次数，通常为2。8.卫星定位控制网的平差要求应符合下列规定：（1）应将全部独立基线构成闭合图形，以三维基线向量及其相应方差协方差阵作为观测信息，以一个点的城市现有WGS-84坐标系的三维坐标作为起算数据，在WGS-84坐标系中进行三维无约束平差，并提供WGS-84坐标系的三维坐标、坐标差观测值的总改正数、基线边长及点位和边长的精度信息。基线向量改正数的绝对值应满足式3-22式至3-24的要求：Vx3 (3-22)Vy3 (3-23)Vz3 (3-24)（2）应在所使用的城市坐标系中进行约束平差及精度评定，并应输出相应坐标系中的坐标、基线向量改正数、基线边长、方位角以及相关的中误差、相对点位中误差的精度信息，转换参数及其精度信息等。基线向量的改正数与同名基线无约束平差相应改正数的较差应满足式3-25式3-27的要求： (3-25) (3-26) (3-27)（3）进行约束平差后，当卫星定位控制点与现有城市控制点的重合点的坐标较差大于规定时，应检查已知点是否可靠，并对约束控制点和控制方位角进行筛选后，重新进行不同约束控制点或不同约束方位角的不同组合的约束平差。3.3.2布网、选点与埋石原则1.卫星定位控制网非同步独立观测时，必须构成闭合环或附合路线。每个闭合环或附合路线中的边数不应大于6条。2.卫星定位控制点的选点应符合以下要求：1控制点间应有两个以上方向通视；2当利用已有城市控制点时，应检查该点的稳定性及完好性；3控制点应选在利于长久保存、施测方便和施工变形影响范围以外的地方；4建筑上的控制点应选在便于联测的楼顶承重结构上；5控制点附近不应有大面积的水域或对电磁波反射(或吸引)强烈的物体；6控制点距无线电发射装置间距应大于200m，距高压输电线的间距应大于50m。3.卫星定位控制点均应埋设永久标石。建筑顶上的标石可现场浇注。标石宜按GB 50308-2008附录中的图A.0.1、图A.0.2、图A.0.3型式和规格埋设。埋石结束后应按GB 503082008城市轨道交通工程测量规范附录A中A.0.6绘制点之记，点位标识应牢固清楚，并应办理测量标志委托保管书。3.3.3作业要求1.卫星定位控制网测量作业的基本技术要求应符合表3-3的规定。表3-3卫星定位控制网测量作业基本技术要求项目要求接收机类型双频或单频观测量载波相位接收机标称精度(10mm+210-6D)（D为相邻点间的距离）卫星高度角()15同步观测接收机(台)3有效观测卫星数(颗)4平均重复设站数(次)2观测时段长度(min)60数据采样间隔(s)10点位几何图形强度因子(PDOP)62.作业前应对卫星定位接收机和天线等设备进行常规检查，检查内容应包括：仪器检定结果、电池容量、光学对中器和接收机内存容量等。3.观测前应根据接收机数量、控制网设计图形以及交通情况编制作业计划，观测中可根据实际情况进行必要的调整。4.卫星定位控制网观测应满足下列要求：1) 天线定向标志应指向正北，且经整平、对中后，其对中误差应小于2mm；2) 每时段观测前、后量取天线高各一次，两次互差小于3mm时，应取其两次平均值作为最后结果；3) 应严格按规定的时间开机作业，保证同步观测同一组卫星。观测开始后，应及时记录或输入有关数据并随时注意卫星信号和信息存储情况。外业观测手薄应按本规范附录A中表A.0.5的内容逐项填写；4) 每日观测结束后，应及时将存储介质上的数据进行拷贝，并应及时将外业观测记录结果录入计算机进行数据处理。5.平差前应对观测数据进行预处理。基线解算时，对于小于8km的短基线必须采用双差相位观测值和双差固定解；对830km长基线可在双差固定解和双差浮点解中选择最优结果。对周跳较多或数据质量欠佳的时段应进行删除或用分段处理后的数据进行解算。基线解算采用卫星广播星历坐标值作为基线解的起算数据，基线解算结果中基线长度中误差输出值不应超过2。3.4 GPS网布设方案本次首级GPS网采用C级网。沿1号线地铁走向布设，由四边形或三边形闭合环构成控制网多边形锁，每个闭合环中的边数为三条或四条。按每一个车站埋设3点为基本原则，预计需埋设47点， 下图为1号线一期工程C级GPS首级平面控制网局部结构图。图3-1 GPS网形设计按下表进行观测表3-4 GPS网观测表一共为25个同步观测环。其中，同步观测基线数为98，独立观测基线数为71，重复观测基线25。基线重复观测率为35.2%，符合规定。复测：对已建成的卫星定位控制网和精密导线网应定期进行复测。第一次复测应在开工前进行，之后应每年或两年复测1次，且应根据控制点稳定情况适当调整复测频次。复测精度不应低于初测精度。3.5 GPS网结论与传统的控制测量相比，GPS控制网的精度不会受到网点所构成的几何图形的影响，可根据需要用不同的边长来布网，并以相同的精度将网点一次扩展到所需要的密度。也就是说，不存在经典网所具有的误差积累特性，在不改变基线数和形式的基础上，单纯的改变点的位置不会影响到网的精度。GPS控制网优化程度的判断主要从效率、可靠性、精度、经费这四个方面来判断。本次设计的四个指标如下：效率指标：GPS网的效率指标（最少观测时段数）C=INT(n-1)/(N-1)+1=16，本次观测时段数为25，考虑到必要的重复观测基线率，本次设计效率较高。可靠性指标：可靠性指标是指网中所具有的多余观测的数量。由于多余观测能对粗差具有自检能力，并限制对目标成果的影响，所以具备一定的多余观测可以提高整网的可靠性。必要观测基线数J必=n-1=46 (3-28)独立观测基线数J独=C*(N-1)=71 (3-29)多余观测基线数为J多=C*(N-1)-(n-1)=25 (3-30)全网的平均可靠性指标G=J多/J必=35.2%1/3 (3-31)可见，本次设计可靠性达到优化的要求。精度指标：平均边长为2km，预计最大点位中误差为12mm。经费指标：经济指标用较少的人力、物力、财力，实现对GPS控制网精确性与可靠性和其他方面的要求。取决于网中点的总数和重复设站率。我们假设一台接收机观测一期的平均费用为T，那么总费用为：F=T*C (3-32)本次布网，效率较高，所以，达到了GPS网优化的经费指标。4 精密导线网4.1精密导线网原理在GPS首级网中，平均边长达到了3km，所以仅靠GPS点无法满足测量放样的要求，必须布设另外的高精度点构成的精密导线网。而且，在真正施工中，用的最多的还是精密导线点。所以，必需严格按照规范，加以实地的具体情况，布设一个能满足要求的精密导线网。4.2原则和技术指标4.2.1精度指标1.精密导线网测量的主要技术要求应符合表4-1的规定。表4-1精密导线测量主要技术要求平均边长(m)闭合环或附合导线总长度(km)每边测距中误差(mm)测距相对中误差测角中误差()水平角测回数边长测回数方位角闭合差()全长相对闭合差相邻点的相对点位中误差(mm)级全站仪级全站仪、级全站仪3503441/600002.546往返测距各2测回1/350008注：1. n为导线的角度个数，一般不超过12；2. 附合导线路线超长时，宜布设结点导线网，结点间角度个数不超过8个；3. 全站仪的分级标准执行本规范附录A中表A.0.7的规定。2.附合精密导线或精密导线环的方位角闭合差，不应大于下式计算的值。 (4 -1)式中为本文中表4-1中的测角中误差()；N为附合导线或导线环的角度个数。3.精密导线网测角中误差应按下式计算： (4-2)式中为附合导线或闭合导线环的方位角闭合差；n 为附合导线或导线环的角度个数；N 为附合导线或闭合导线环的个数。4. 距离测量除应执行本规范表4-2的规定外，还应符合表4-2的规定。表4-2距离测量限差技术要求(mm)全站仪等级一测回中读数间较差单程各测回间较差往返测或不同时段结果较差级342(a+bd)级46注：1. (a+bd)为仪器标称精度，a为固定误差，b为比例误差系数，d为距离测量值(以千米计)；2. 一测回指照准目标一次读数4次。3. 测距时应读取温度和气压，测前、测后各读取一次，取平均值作为测站的气象数据。温度读至0.2C，气压读至50pa。5.精密导线网边长应按下列要求进行改正：a) 气象改正，根据仪器提供的公式进行改正；也可以将气象数据输入全站仪内自动改正。b) 仪器加、乘常数改正，应按下式计算：SS0+S0k+C (4-3)式中S0 为改正前的距离；C 为仪器加常数；k 为仪器乘常数。c) 利用垂直角计算水平距离时应按下式计算： DSCOS(+f) (4-4)f=(1-k)SCOS/(2R) (4-5)式中 为垂直角的观测值；k 为大气的折光系数值；S 为经气象及加、乘常数改正后的斜距值(m)；R 为地球的平均曲率半径(m)；f 为地球曲率和大气折光对垂直角的修正量()。6.精密导线网测距边的高程归化和投影改化，应符合下列规定：a） 归化到城市轨道交通线路测区平均高程面上的测距边长度，应按下式计算： (4-6)式中D0 为测距两端点平均高程面上的水平距离(m)；Ra 为参考椭球体在测距边方向法截弧的曲率半径(m)；Hp 为现有城市坐标系统投影面高程或城市轨道交通工程线路的平均高程(m)；Hm为测距边两端点的平均高程(m)。b） 测距边在高斯投影面上的长度，按下式计算： (4-7)式中Ym 为测距边两端点横坐标平均值(m)；Rm 为测距边中点的平均曲率半径(m)；Y 为测距边两端点近似横坐标的增量(m)。7.精密导线网计算应采用严密平差方法，其精度应符合本规范表4-1的规定。4.2.2布网、选点与埋石原则1. 精密导线网应沿线路方向布设，并应布设成附合导线、闭合导线或结点导线网的形式。附合导线的边数宜少于12个，相邻边的短边不宜小于长边的1/2，个别短边的边长不应小于100m。2. 导线点应选择在稳定区域且须通视良好，便于观测，易于施工测量的使用，应避开地下构筑物、地下管线等，并且避开地裂缝30米以上且稳定和便于长期保存。导线点还应远离一号线中心线30米外，特殊情况下可放宽至15米，有条件时应尽量远离中心线。3. 导线边要适合全站仪测边和测角，没有明显旁折光影响；应避开大面积水域、强电磁场等不利条件，视线应超过和旁离障碍物1.5米以上。4. 导线边两端点的高差不宜过大，其高度角不超过25度。5. 原则上导线点不得选在街道十字路口中央，影响交通并且测量时不安全。楼顶上的导线点宜选在靠近并能俯视线路、车站、车辆段一侧稳固的建筑上。6. 选点时，应充分考虑设计、施工、监测和竣工测量等的使用，导线点不得选在影响地铁施工的区域。还应注意不要选择一些季节点，避免树木和花草的影响。7.在线路交叉及前、后期工程衔接的地方应布设适量的共用导线点。8.在地面宜按GB50308-2008附录中图A.0.8的规格埋设精密导线点标石，在楼顶可按GB50308-2008附录中图A.0.3规格埋设标石。埋设结束后应绘制点之记。4.2.3作业要求1.导线测量前应对仪器进行常规检查与校正，同时记录检校结果。2.导线点上只有两个方向时，其水平角观测应符合以下要求：a) 应采用左、右角观测，左、右角平均值之和与360的较差应小于4；b) 前后视边长相差较大，观测需调焦时，宜采用同一方向正倒镜同时观测法，此时一个测回中不同方向可不考虑2C较差的限差；c) 水平角观测一测回内2C较差，级全站仪为9，级全站仪为13。同一方向值各测回较差，级全站仪为6，级全站仪为9。3.在精密导线网结点或卫星定位控制点上观测水平角时应符合以下要求：a) 在附合导线两端的卫星定位控制点上观测时，宜联测两个卫星定位控制点方向，夹角的平均观测值与卫星定位控制点坐标反算夹角之差应小于6；b) 方向数超过3个时宜采用方向观测法，方向数不多于3个时可不归零；c) 方向观测法水平角观测的技术要求应符合表4-3的规定。表4-3 方向观测法水平角观测技术要求全站仪的等级半测回归零差()一测回内2C较差()同一方向值各测回较差()级696级81394.2.4精密导线点的高程测量1、精密导线点的高程是为了对导线测距边进行高程归化时使用。2、精密导线点的高程采用三角测量方法测定，起算点必须采用一、二号线精密水准点，起算点应选择在导线的起点、终点和导线的结点，原则上应均匀分布。3、三角高程测量时采用全站仪测定，两测回读书，可记录高度角和斜距，也可直接记录高差。3、过程数据可记录在导线测量的手薄上。4、采用钢卷尺测量仪器高和棱镜高各两次，取中数采用。当两次互差超过5毫米时，应重新测量。5、高程计算时可参照三、四等导线测量规范CH/ T2007-2001执行。6、高程附合线路闭合差为。4.3精密导线网布设方案本次精密导线网设计严格遵循GB 50308-2008城市轨道交通工程测量规范而布设。一共布设74个点，导线平均边长约为350m，相邻边长相差不大，边长之比没有超过1:2，没有短于100m的边，在暗挖去导线有适当的放长（最长边可能达到750m），导线总长约28 km。点位均选在可能会因施工而发生沉降变形的区域外，对有可能存在地下管线的区域有适当的避开；与相邻的GPS点垂直角度不大于25度。导线点可采用强制归心标，没有条件的地方可以埋设普通标石。其网型如下图：图4-1 精密导线网图图中精密导线点从西至东依次按A001至A074编号复测正常情况下，对精密网每一年复测一次，但在地铁全面开工前和铺轨前，应增加复测次数。复测要求与首次施测时同仪器同方案同方法同精度。当确认点位移动或有测量控制点的建筑物不稳定时，应停止使用该点。4.4精密导线网结论按照方位和坐标附合导线来计算精密导线最弱点中误差mu：mu=mnDn+5192 （4-8）式中：m为测角中误差；N为测边数；D为边长。所以，精密导线最弱点中误差为20mm。本次设计地面控制网测量精度对地铁贯通的影响估算如下地铁地面控制测量的横向中误差在25mm以内时，可满足地铁隧道的正确贯通。根据横向中误差要求和地铁测量的经验，本次设计GPS网与精密导线的规格如下：地铁平面控制测量分二级布设，即地铁一级GPS网和二级精密导线网。故对点位总的误差影响为： MP= MG+ MT （4-9）作为估算要便于安全，假定用点位中误差MP代替横向中误差MQ。证地面平面控制测量对横向误差的影响值在规定的25mm限差之内，即设计的平面控制测量可满足本次地铁暗挖隧道的正确贯通及测量需要。无论我们采用何种施工方法，在城市轨道交通的施工测量中，我们使用的最多的还是精密导线的点。所以，精密导线网中的点必须要有足够高的密度、比较合适的位置，使其既能方便土建承包商使用，又能有足够高的精度以保障地铁施工质量及全线贯通要求。在通过阅读大量文献之后，个人觉得在布设精密导线点时应该注意以下几点：1. 精密导向网沿线路走向尽可能布设成直伸形导线，并形成附合（闭合）或结点网，导线附合（闭合）长度应小于3.5km。在现有的GPS网型条件下，尽可能多地增加与沿线导线（GPS）的联测节点数，缩短附合（闭合）长度。加强导线网的强度，控制误差传递积累。2. 车站和区间附近的精密导线点是我们进行平面联系测量的起算依据，这部分测点的使用率很高且这部分精密导线点的精度和可靠性将会直接影响联系测量的成果质量，同时车站和区间竖井附近的控制点被遮挡或者破坏的可能性较大，所以当条件允许时，可以在车站附近加设两三个控制点，与主导线形成小闭合环或结点网。条件受限的车站适当增加控制点的密度，使精密导线控制网形成多个结点网，增加多余观测的数量，提高精密导线网的精度和可靠性。3. 与首级GPS网点连接时，水平连接角应大于30，极困难时亦大于15；俯仰角小于20，个别困难段也应小于30。4. 精密导线控制网点要按照土建施工需要为指导，平均点间距为350m，车站段可以适当加密，方便实用且远离施工变形区域，以便在地铁施工全过程中得到比较好的保护措施，增加导线点的利用时间。5. 相邻点之间的视线距障碍物的距离应大于1.5m以上不受折光影响，视线穿过区域无散热体、强磁场等。5 水准网5.1水准网原理高程控制网主要为地铁的施工提供统一的高程参考框架，为施工放样提供高程位置基准，满足工程建设的要求。高程控制测量可以采用水准测量法、三角高程法或GPS高程法。其中三角高程法和GPS高程法一般应用于精度要求较低、平面控制网与高程控制网联合建立的工程项目中。地铁建设对精度要求较高，而且一般地处建筑较多的城市地区，无法联合建立高程控制网和平面控制网，所以只能采用水准网。GB 50308-2008城市轨道交通工程测量规范中亦有明确规定。城市轨道交通工程高程控制网为水准网，应分两个等级布设