卫星定位技术在城市轨道交通工程地面平面控制网建设中的应用

2020-10-23王益民

工程建设与设计 2020年18期

王益民

（深圳市市政设计研究院有限公司，广东深圳518029）

1 引言

随着空间技术的发展，以卫星为基础的全球导航定位系统，即卫星定位技术成为最新的空间定位技术，具有全球性、全天候、高效率、多功能、高精度的特点，该技术的应用导致传统的测量控制网布设方法、作业手段和内外作业程序发生了根本性的变革，为城市轨道交通工程测量提供了一种崭新的技术手段和方法。

2 城市轨道交通工程地面平面控制网的特点

城市轨道交通工程主要沿城市道路建设，是由若干带状工程构成的网状结构，根据新版GB/T 50308—2017《城市轨道交通工程测量规范》的规定，其地面平面控制网分3个等级建设，一等为服务全市轨道交通规划、建设的全市轨道交通卫星定位控制网；二等为服务于各条具体线路建设、运营的卫星定位控制网，在一等网的基础上进行布设；三等为服务于各条具体线路建设、运营的精密导线网，在二等网的基础上加密布设[1]。

某公司承担的轨道交通工程的测量控制网建设完成于2018年之前，执行的是旧版GB 50308—2008《城市轨道交通工程测量规范》，其卫星定位控制网的测量技术要求为：（1）平均边长2km；（2）最弱点点位中误差±12mm；（3）最弱边边长相对中误差1/100 000；（4）相邻点的相对点位中误差±10mm；（5）与现有城市控制点的坐标较差≤50mm；（6）不同线路控制网重合点坐标较差≤25mm。

深圳市城市轨道交通工程建设的平面基准是深圳独立坐标系。建设初期，既有等级城市控制网已建成，且点位保存基本完好，因此，地面平面控制网的建设方式是利用既有城市二等（B级）GPS控制网进行起算，按照一条线路新建一个二等（首级）卫星定位控制网和一个精密导线网的方式进行布设。目前，深圳市城市轨道交通已建设至四期工程，既有城市控制网破坏程度日益严重，地面平面控制网的建设难度也有所增加[2]。

3 实际案例

自2009年以来，笔者作为项目负责人，先后承担了5条轨道交通工程的卫星定位控制网建设，其中正线2条，延长线3条。卫星定位控制网基本沿轨道交通线路呈带状独立布设，采用同步图形扩展形式构网，由多个同步大地四边形或单三角网组成。约每隔2km布设一对GPS点，新布设的GPS点多布设在楼顶上，且均有一个以上通视方向。GPS点兼顾了施工控制的需要，在车站或重点工程施工地段附近均布设了控制点，且便于保存和施测。

卫星定位控制网基线解算采用Leica随机处理软件LEICA Geo Office Combined，采用卫星广播星历，平差软件采用武汉大学测绘学院研制的GPS数据处理平差软件COSA GPS（Ver5.20）。基线长度计算公式固定误差a取10mm，比例误差系数b取0.000 2，二维约束平差在深圳独立坐标系下进行。

3.1 轨道交通11号线工程

轨道交通11号线工程属于轨道交通三期工程，全长51.2km，是深圳市目前最长的轨道交通线路，设计时速120km，全线共设车站18座，平均站间距2.8km。

本工程卫星定位控制网建设于2010年，全网利用了6个城市二等GPS控制点，重合其他轨道交通线路GPS控制点5个，以上11点均为二维平差约束点。全网共54个点，27个观测时段，合格基线210条，如图1所示。二维约束平差后网中最弱点点位中误差±9.9mm，最弱边边长相对中误差1/165 000，相邻点的最大相对点位中误差±9.1mm。

图1 11号线工程卫星定位控制网图

3.2 轨道交通5号线二期工程

轨道交通铁5号线二期工程起点位于2号线赤湾站，终点位于5号线前海湾站。线路总长约7.65km，沿线共设置有7座车站。

本工程卫星定位控制网建设于2014年，全网利用城市二等GPS控制点4个，重合其他轨道交通线路GPS控制点6个，因部分重合点坐标检核较差接近限差，所以，二维约束平差已知点仅采用4个城市二等GPS控制点。全网24个点，18个观测时段，合格基线89条。二维约束平差后网中最弱点点位中误差为±12.0mm，最弱边边长相对中误差为1/184 000，相邻点的最大相对点位中误差为±9.7mm。

3.3 轨道交通6号线二期工程

轨道交通6号线二期工程全长11.7km，全线共设车站7座，均为换乘站。

本工程卫星定位控制网建设于2015年，全网利用了3个城市二等GPS控制点，重合其他轨道交通线路GPS控制点12个，以上15点均为二维平差约束点。全网共27个点，19个观测时段，合格基线163条，如图2所示。

图2 6号线二期工程卫星定位控制网图

二维约束平差后网中最弱点点位中误差为±4.7mm，最弱边边长相对中误差为1/143 000，相邻点的最大相对点位中误差为±5.6mm。

3.4 轨道交通9号线二期支线工程

轨道交通9号线二期支线工程起于海上世界站，终至南油站，全长约4.4km，共设车站4座，其中换乘站3座，平均站间距约1.00km。

本工程卫星定位控制网建设于2016年，全网利用了3个城市二等GPS控制点，重合其他轨道交通线路GPS控制点3个。因起算点分布不理想，故采用长边网（平均边长6km，观测时长120min，10个点）和短边网（平均边长2km，11个点）的二级布网方式，如图3所示。全网共21个点，10个观测时段，合格基线88条。二维约束平差长边网中最弱点点位中误差为±5.5mm，最弱边边长相对中误差为1/1 219 000。短边网中最弱点点位中误差为±6.1mm，最弱边边长相对中误差为1/200 000。

图3 9号线二期工程卫星定位控制网图

3.5 轨道交通12号线工程

轨道交通12号线工程属于轨道交通四期工程，线路起自左炮台站，终至海上田园东站，线路全长约40.54km，共设站33座，其中换乘站18座，平均站间距约1.24km。

本工程卫星定位控制网建设于2017年，全网利用了3个城市二等GPS控制点，重合其他轨道交通线路GPS控制点25个，观测时段数31个。因起算点分布不理想，故采用长边网（平均边长14km，观测时长120min，9个点）和短边网（平均边长2min，47个点）的二级布网方式。全网共56个点，31个观测时段，基线数237条，如图4所示。二维约束平差长边网中最弱点点位中误差为±10.1mm，最弱边边长相对中误差为1/925 000，相邻点的最大相对点位中误差为9.8mm。短边网中最弱点点位中误差为±10.3mm，最弱边边长相对中误差为1/117 000，相邻点的最大相对点位中误差为9.8mm。