重庆市轨道交通整体控制网建设研究

陈华刚 ，郭彩立，岳仁宾

(重庆市勘测院，重庆 400020)

1 引 言

近年来，轨道交通已经逐渐成为城市基础设施建设的重要组成部分，对缓解城市日益严峻的交通压力具有不可替代的作用。重庆市轨道交通规划线网(2014年～2020年)总里程约400 km。现有城市GPS控制点由于施测年代久远，点位破坏严重，点位密度不够。同时限于当时的测量手段，控制网自身精度不高，且各区域精度不均匀，无法满足大规模轨道交通建设的要求。

《城市轨道交通工程测量规范》中特别提到:“城市近期规划与建设的城市轨道交通线路较多构成网络且原城市控制网不能满足建设需要时，宜建立一个覆盖全部线路的整体控制网”。

基于以上原因，并考虑到轨道交通建设的长远发展以及后期的安全、健康运营，重庆市开展了轨道交通整体控制网建设及相关研究工作。

2 项目实施

2.1 布网方案

根据重庆市轨道交通规划线路的分布情况，确定整体控制网布网方案。控制网由73 个GPS 控制点组成，其中联测CORS 连续运行参考站点8 点，联测已有城市控制点9 点，联测已有轨道交通线路控制点8 点，新布设48 点，如图1所示。

2.2 数据采集

图1 重庆市轨道交通整体控制网图

全网采用15 台Trimble 双频GPS 接收机按静态相对定位作业模式组网观测，同步观测时间大于240 min，观测时段在UTC 时间0 h～24 h之间选取;观测有效卫星数不少于6 颗，卫星高度角大于15°，卫星分布几何精度因子PDOP 不大于6，采样间隔为10 s，各点平均重复设站数大于2 次，天线高的量取、外业观测手簿的记录等按规范要求执行。

观测数据采用TEQC 软件进行了检查，各时段观测数据的观测卫星总数、数据可利用率、L1、L2 频率的多路径效应影响MP1、MP2 均满足规范要求。

2.3 数据处理

(1)基线解算

基线处理采用美国麻省理工学院和Scripps 研究所共同研制的GAMIT(Ver 10.4)软件，先验坐标采用差分办法获得，基线解算采用IGS 精密星历。

在GAMIT 软件基线解算过程中一项主要工作就是对观测数据进行编辑，包括正确修正观测数据中周跳和删除大残差观测值。数据编辑一般采用AUTCLN模块自动进行，对于质量较差的数据则采用CVIEW 进行人工数据编辑，数据编辑工作完成后，生成干净的观测数据文件(X－文件)，用于基线解算。

在完成上述工作后，从干净的X－文件开始，生成观测方程并进行基线解算，得出每个时段的解。

(2)基线质量检验

nrms 表示单时段解算出的基线值偏离其加权值的程度，是从历元的模糊度解算中得出的残差。对于GAMIT 软件基线解的同步环检验，可以把基线解的nrms 值作为同步环质量好坏的一个指标，一般要求nrms 值小于0.5，不大于1.0。

轨道交通规划线路整体控制网基线解算nrms 值统计如表1所示。

表1 控制网同步环nrms 统计表

由上表可以看出，各同步环的nrms 值均在0.3 以内，说明基线解算时周跳剔除效果很好。

(3)平差计算

选取满足规范要求的独立基线185 条，构成独立异步环104 个。平差计算采用武汉大学COSAGPS(V6.0)软件，平差时采用从各同步观测网中提取的独立基线向量及其全协方差矩阵作为观测量。

为了保证整体控制网与其他工程建设的需要，同时保持轨道交通整体控制网的稳定性及轨道交通建设平面控制网的一致性，采用“巴南”、“合川”、“东泉”等8 个重庆GPS 综合服务系统连续运行参考站为起算点进行平差计算。

GPS 网在重庆市独立坐标系进行二维约束平差后，最弱点点位中误差为10.2 mm;相邻点点间中误差最大为8.8 mm;最弱边边长相对精度是1/228 010，均优于规范要求。

2.4 成果检核

(1)全站仪实测边长检核

采用Leica TM30(标称精度:测角0.5″，测距0.6+1 ppm)智能全站仪对整体控制网进行边长抽样检测，结果如表2所示。

表2 整体控制网基线边检测统计表

由上表可见，抽样检测的4 条边均满足规范要求，在GPS 数据平差时将其作为固定边进行联合平差。

(2)与现有城市控制点比较

为了保证整体控制网与现有城市平面控制网的一致性，在布网时利用了部分原城市平面控制点，将平差结果与原成果进行比较，如表3所示。

表3 与原城市平面控制点成果比较表

由上表可以看出，重合点较差与现有城市独立坐标系重合点较差均小于50 mm，满足《城市轨道交通工程测量规范》要求。

(3)与已有轨道交通线路控制点比较

项目实施过程中，与已有轨道交通1、2、3、6 号线路控制网中8 个控制点进行了联测，将本次平差结果与原成果进行比较，其点位较差最大为17.4 mm，满足《城市轨道交通工程测量规范》中对于轨道交通不同时期之间的较差要求(25 mm)，保证轨道交通整体控制网与已有轨道交通各条线路控制网之间的兼容。

3 技术特色

(1)覆盖范围广。由于要覆盖整个轨道交通规划线路，整体控制网覆盖面积约6 000 km2，保证了各条线路控制网之间的无缝衔接，使轨道交通与重庆市城市坐标系统一致，与大型基础设施建设坐标系统一致，从而满足大型工程设计规划应用。

(2)精度要求高。根据《城市轨道交通工程测量规范》要求，轨道交通线路控制网最弱点位中误差限差为12 mm，相邻点位中误差限差为10 mm，最弱边相对中误差为1/100 000，给数据处理提出了更高的要求。项目实施过程中采用高精度解算软件和严密的数据处理方案，保证了控制网的精度满足并优于规范的要求。

(3)兼容性高。轨道交通建设是一个长期的过程，经常采用分线路、分期建设模式，涉及不同时期、不同线路之间的精确衔接。通过联测已有轨道交通控制点，确保了控制网的兼容性。

(4)引入城市CORS。项目充分利用连续运行参考站无人值守的优势，将参考站数据加入轨道交通整体控制网中进行处理，大大增加了控制网站点数和观测量、减少了不必要的设站、有效保证控制网的网形;另外，城市CORS 还可以用于维持轨道交通控制网的坐标基准，便于后续控制网的扩展、加密和更新。

(5)检核数据丰富。项目采用多种检核手段对项目成果进行了验证，从而确保了项目成果的可靠性和适用性。

4 结论及建议

基于本项目建立的重庆市轨道交通整体控制网，已经建立了多条轨道交通线路施工控制网，满足了工程建设需要，验证了项目成果的可靠性和准确性。

由于城市轨道交通建设是一个长期、复杂的过程，应定期对控制网进行检测，保证控制网的稳定性、可靠性和现势性，这个过程涉及的关键技术还需要开展进一步的研究。

［1］刘敏．特大区域城市轨道交通首级控制网建设研究［J］．地理空间信息，2013，29(4):8～10．

［2］GB 50308－2008．城市轨道交通工程测量规范［S］．

［3］黄义勇，李珊，梁守宏．城市轨道交通控制网布设及数据处理方案［J］．城市勘测，2009(4):56～58．

［4］孙青平．城市轨道交通GPS 控制网布设应用研究［D］．广州:华南理工大学，2009．

［5］刘鹏程，戴建清，匡志威．长沙市城市快速轨道交通控制网的建立［J］．城市勘测，2011(3):91～93．