地铁GPS控制网的布测与稳定性探究

吕林

（沈阳市勘察测绘研究院，辽宁 沈阳 110000）

摘要：对地铁控制网及外观、数据等做简要分析，地铁工作周期较长，在工作中需要定期检查，对其控制网也需要不断检测以确保地铁的安全运行。本文就地铁控制网的稳定性测验方法进行深入剖析，并综合近年来测得的数据对地铁的稳定性进行解读。

关键词：地铁；GPS控制网；稳定性

在地铁设计修建时，设计者都会优先考虑地铁线路所经之地的综合情况。而线路环境对地铁选址也有很大的影响，因为地铁稳定控制系统主要是靠GPS进行信息定位导航的，密集的建筑不利于信号的通过，这也决定了GPS边长。在视野开阔，建筑物少的地区GPS边长就长，反之就短；因为地铁线路是检察纵横的，所以为了确保地铁控制网的正常工作，就要求设计者在设计控制网时要统筹兼顾，分布合理，同时还要有前瞻性。

一、控制网设计

1.设计遵循的規律：（1）地铁是交通线路，在大体走向符合的基础上还要做到安全实用，地铁是为市民服务的，安全是第一要义。（2）控制网是保证地铁顺利运行的必要条件，为了达到经济适用的效果，地铁线路的控制网应以线路的通视边为基础，设计出独立的闭合图形，以此达到四通八达的线路功能。（3）为了确保控制网的控制作用，要求每个控制点应有至少两条基本线路通过，而且相邻的控制点还应设计直接基线以确保控制力。

2.设计方案的形成与改进：地铁线路在设计时不是毫无规律可循的，更不是设计师随心所欲的设计出来的。每张地铁线路网都是以线路法GPS控制点为基准点向外延伸构成的，以控制点为原点在结合周边线路，建筑等因素的基础上确定地铁网的整体走向与布局，在实际施工中是按照1∶500数字地形图和GoogleEarth卫星遥感图进行图上选点，然后将基本定位的控制点的坐标和拓扑关系输入NASEW控制网平差及优化设计软件，进行控制网优化设计，并根据优化结果最终确定布设方案.

二、地铁的外业观测与数据研究

1.外业观测及数据质量分析。地铁的GPS控制网都会经过施工人员的专业检测，然后进行数据记录，以便测其控制稳定性，根据《城市轨道交通工程测量规范》的规定，GPS控制网的检测数据需要十分精确，所以在采集数据时工作人员会采取多个阶段多次采集的方法，而且数据的重复使用率也极低，比如每隔十秒采集一次，每个采集数据的阶段时间也会大于一百分钟，平均重复基线差的最小差值为0.2716mm，最大差值为11.0817mm，重复基线较差全部合格。同步环闭合差全部合格，异步环闭合差的最小差值为0.7mm，最大差值为53.8mm，异步环闭合差也都全部达到标准。

2.三维无约束平差。将全部独立分开的基线组合构成封闭的图形，运用三维形式的基线向量和相应的方差协阵作为观察测算的信息，另外以JGM点在ITRF97框架下三维坐标作为初步的测算数据，在该框架下进行三维形式的自由的平差，以此得到网络内部各个基点的三维形态的位置或坐标以及基线边长的精细化分析数据等。最后平差处理后的各个精细指标都应和《城市轨道交通工程测量规范》（GB50308-2008）中的限差要求要适应。三维形式平差后的点位差异、二维形式约束平差选取的区域均匀分布在测算周边的8个GPSC级点作为起始的数据运行，平差之前还要对已知的点位实施具体可靠的检测验收，值得注意的是，应用为平差的独立的基线首先必须为合格的基线。应用武汉大学研究制作的地面测量工程控制测量数据处理通用软件包（CosaGPSVersion6.0）”进行平差计算是较为常用的方式，从而得出网络内定点的平面坐标数据。通过二维约束平差后各项精度指标也行符合《城市轨道交通工程测量规范》（GB50308-2008）中相应要求，二维约束平差后点位误差控制在较为合理的区间内。

三、控制基点的稳定性论述

在过去的几年里，关于地铁项目的控制网络较为平稳。自2009年项目控制网络完成部署测试，2010年及接下来的两年里完成了控制网络的再测试工作。

1.结果分析。结合上文中提到的具体的检测方式和方法，在2010年对于2009年发生的点位的变化，对控制网内各个点都进行了检验，事实上，这些内容所显示的就是各个点位在连续2年的平面位置变化，同时，也可以在一定程度上反映出能够满足相关的设计的要求。

2.结论以及建议：（1）对于城市的运维而言，地铁的GPS的主要控制网归属于首级网，而按照具体的GPS的C级的要求具体实施，往往要在这一基础上沿着具体的地铁的线路的走向设置相对而言比较精密的导线，而还需要按照GPS网的D级要求进行施工检测。（2）为了有效地构成最佳的观测图形，因此，地铁的GPS的网应该依据控制网的点位来分布其具体的情况，而与此同时，精度要求以及测区内的交通情况也要算在内。GPS的网的布局设置，实际上需要采用“边联式”或者是“点联式”的方法相结合进行。（3）依据卫星图选择好每天的最佳观测时间段，从而制定科学有效的测量调度指令。（4）在布测的过程中，整体的网的重复设展率大于2 ，而可靠性就会高于常规。（5）影响最佳的观测时段的因素很多，依据具体的评估与测试，建议，1-10km的观测长度时，时间段在一小时到两小时之间，如果是边长小于1km，那么，半小时到一小时即可。（6）作为首级的控制点，往往会布设建筑物的楼顶，但是，作为洞内的施工测量的依据，精密导线往往设置在地面，为了次凹处偏差，往往GPS的控制点还要与邻近的精密导线点的垂直角度要在15°以内。（7）必须要注意的是，控制网布局的合理的图形以及观测时间段等都是外业精度的有效保障，而数量以及布局的均匀程度也岁内业精度有着重要的保障。GPS控制网高程拟合的方法是有效的。选点布网的时候要注意GPS的控制点对整个控制网的精度影响都很大。

结语：总而言之，想要探讨GPS控制布测以及稳定性在实践过程中就需要针对性的采取策略处理遇到的问题，并且要选择好最佳的观测时间，唯有如此，才能保证控制网的稳定性。

参考文献

[1]基于Google Earth的地铁GPS控制网精度估算及方案优化[J]. 刘瑞敏. 测绘通报. 2010（05）

[2]城市地铁控制网稳定性分析及应用[J]. 张广伟，李鹏，宫辉. 测绘科学. 2008（04）

[3]成都市地铁一号线控制网的布设[J]. 杨敬东，王成城，王继斌，李子武. 四川测绘. 2006（01）