GPS技術(shù)在沈陽市地鐵一號線施工控制網(wǎng)中的應(yīng)用摘 要:介紹了沈陽市地鐵一號線GPS控制網(wǎng)的布設(shè)、觀測方法、成果精度等,就GPS技術(shù)在高精度施工控制網(wǎng)中的應(yīng)用提出幾點建議。關(guān)鍵詞:GPS技術(shù);施工控制網(wǎng);沈陽;地鐵1工程概況 沈陽地鐵一號線工程線路大致呈拉伸式的“～”型,線路全長22.048km,西起張士經(jīng)濟開發(fā)區(qū),東止黎明文明宮,全部為地下線路,全線共設(shè)18座車站、指揮控制中心一座、車場兩處、集中供電變電所兩座。線路經(jīng)由于洪區(qū)、鐵西區(qū)、和平區(qū)、沈河區(qū)、大東區(qū)、東陵區(qū),大致呈東西走向,大部分穿越繁華城區(qū),是沈陽最大的交通走廊。為滿足工程建設(shè)需要,地鐵一號線平面控制網(wǎng)分級布設(shè),首級控制網(wǎng)采取GPS技術(shù)。2 GPS控制網(wǎng)的設(shè)計2.1首級控制網(wǎng)的精度要求 根據(jù)文獻[1]的規(guī)定,暗挖隧道的橫向貫通誤差應(yīng)在±50mm以內(nèi)。測量誤差的配置為:地面控制測量的橫向中誤差應(yīng)在±25mm以內(nèi),聯(lián)系測量和地下導(dǎo)線測量的橫向中誤差應(yīng)分別為±20mm、±30mm以內(nèi)。通常地鐵控制網(wǎng)分兩級布設(shè),即首級為GPS控制網(wǎng),二級為精密導(dǎo)線網(wǎng),GPS控制網(wǎng)的主要技術(shù)指標為:平均邊長2km,相鄰點的相對點位中誤差規(guī)定在±10mm以內(nèi),最弱點點位中誤差在±12mm以內(nèi),最弱邊相對中誤差高于1/90000,與原有控制點的坐標較差小于50mm。2.2 GPS控制網(wǎng)的方案設(shè)計(1)原有城市控制點的選擇和利用 沈陽市城市GPS控制網(wǎng)建成于1999年,布網(wǎng)方案先進,精度高。選取靠近線路附近的ZST、NGT、JDXX、HGQNL、JDXY、NTFZ、ZLYY、LYSS、XZXY的9個點參與地鐵施工控制網(wǎng)的布設(shè)。該9個點均位于基礎(chǔ)堅實的高層樓房頂部,滿足GPS信號接收的要求。(2)地鐵GPS控制點的選點與埋設(shè)①點位選擇的原則 控制點的選點除應(yīng)滿足GPS信號接收的需要外,還應(yīng)滿足地面精密導(dǎo)線布設(shè)的需要,具有其特殊性,即所有點位在市區(qū)內(nèi)主要選在沿線路附近已經(jīng)穩(wěn)定的高層建筑物樓頂上,距地鐵線路的距離在150m以上;保證地鐵沿線每個GPS點至少有一個通視方向;相鄰GPS點間距離不低于500m。 根據(jù)以上選點原則,共新選控制點28個。②GPS點位埋設(shè) 點位選好后,按照規(guī)范中的標石埋設(shè)要求,在建筑物樓頂合適的位置,用工具將樓頂刨至樓板(預(yù)制板),占地面積約1.0m2。,用射釘槍在刨開的范圍內(nèi)釘5個以上射釘,以確保澆制的混凝土與樓板更好地結(jié)合。將預(yù)制的墩標架(為滿足強制對中要求而制作)整平,在進行混凝土澆制過程中,將對中標志(實心銅柱)固定,從而保證墩標架整平的同時,做到標石與標架的對中。(3)GPS網(wǎng)的布設(shè) 地鐵GPS平面控制網(wǎng)在城市二等GPS網(wǎng)框架下布設(shè),包括新選的控制點28個和9個二等GPS控制點。考慮GPS網(wǎng)的圖形強度,GPS控制網(wǎng)分兩級布設(shè),先由9個城市二等GPS點與金山賓館埋石點構(gòu)成3個時段骨架網(wǎng),再采用邊連式布設(shè)成GPS網(wǎng)鎖。觀測時采用5臺接收機同步觀測,地鐵GPS網(wǎng)的主要設(shè)計指標如表1:
3 外業(yè)觀測與數(shù)據(jù)處理3.1控制網(wǎng)的觀測 采用5臺AshtechZ-Xtreme型雙頻接收機進行同步靜態(tài)觀測,首先根據(jù)GPS衛(wèi)星星歷預(yù)報制定GPS外業(yè)觀測計劃,進而進行作業(yè)調(diào)度。 天線安置嚴格對中、整平,并使定向標志指向磁北。 觀測歷元間隔15°,衛(wèi)星截止高度角15°,同步時段觀測時間骨架網(wǎng)為90分鐘,其余時段為60分鐘。 在天線板上互隔120°的三處量取天線高,互差小于3mm,并在觀測前后各量一次取中數(shù)。3.2基線解算 基線向量解算和網(wǎng)平差采用隨機軟件Solution2 6進行。基線向量解算首先進行自動處理,若處理結(jié)果不理想,則進行基線的精化。解算時全部解算出整周模糊度,137條基線均得到雙差固定解。同步環(huán)、異步環(huán)和復(fù)測基線精度統(tǒng)計如下: (1)15個觀測時段構(gòu)成15個同步環(huán),閉合差最大值為0.62cm,其允許值為1.1cm(該環(huán)線長為30998.46m); (2)13條復(fù)測基線中長度較差最大值為2.03cm, 其允許值為3.60cm(該基線邊長為4330.87m); (3)構(gòu)成60個異步環(huán),閉合差最大值為2.84cm,其允許值為10.01cm(該環(huán)線長為16037.27m)。3.3 網(wǎng)平差(1)GPS在WGS—84坐標系統(tǒng)下的三維無約束平差 地鐵首級GPS平面控制網(wǎng)采用HGQNL已知的WGS—84坐標作為控制點進行三維無約束平差,進而檢驗GPS網(wǎng)的內(nèi)符合精度。各項指標統(tǒng)計見表2～3:(2)GPS網(wǎng)在地方坐標系下的二維約束平差 地鐵GPS控制網(wǎng)布設(shè)在城市控制網(wǎng)框架下,二維約束平差采用分布均勻且兼容性好的ZST、HGQNL、LYSS3個城市GPS控制點為起算點進行平差。二維約束平差統(tǒng)計結(jié)果見表4～7:4體會和建議 應(yīng)用GPS技術(shù)建立沈陽市地鐵一號線首級平面控制網(wǎng),從選點埋標到提交成果共歷時2個月,獲得高精度的成果是傳統(tǒng)方法無法比擬的。 由于地鐵的選線、建設(shè)均位于城市的繁華地段,高樓林立,既要保證GPS點間通視,又要考慮地面精密導(dǎo)線點的布設(shè)與通視,既要考慮一號線建設(shè)中的控制網(wǎng)復(fù)測,又要兼顧與其他規(guī)劃線路的銜接,既要滿足GPS信號接收的要求,又要考慮地鐵施工對控制點的影響,所以選點工作相當重要。 地鐵控制網(wǎng)的精度要求較高(尤其是相對精度),而邊長相對較短,精度難于實現(xiàn)。為減少點位對中誤差,在進行GPS網(wǎng)布設(shè)時,短邊必須同步觀測,獲得獨立基線,當進行多時段觀測作業(yè)時短邊觀測最好不搬站,并保證天線嚴格對中整平。 由于數(shù)據(jù)處理軟件通常均具有質(zhì)量檢測功能,為確保得到高質(zhì)量的成果,在參數(shù)設(shè)置方面可適當高于規(guī)范的相應(yīng)要求。 從最終的平差結(jié)果可以看出,地鐵施工控制網(wǎng)的精度完全滿足設(shè)計的要求,沈陽市城市GPS控制網(wǎng)精度高而且穩(wěn)定。參考文獻:[1] GB50308-1999.地下鐵道、軌道交通工程測量規(guī)范.[2] CJJ73-97.全球定位系統(tǒng)城市測量規(guī)范.
3 外業(yè)觀測與數(shù)據(jù)處理3.1控制網(wǎng)的觀測 采用5臺AshtechZ-Xtreme型雙頻接收機進行同步靜態(tài)觀測,首先根據(jù)GPS衛(wèi)星星歷預(yù)報制定GPS外業(yè)觀測計劃,進而進行作業(yè)調(diào)度。 天線安置嚴格對中、整平,并使定向標志指向磁北。 觀測歷元間隔15°,衛(wèi)星截止高度角15°,同步時段觀測時間骨架網(wǎng)為90分鐘,其余時段為60分鐘。 在天線板上互隔120°的三處量取天線高,互差小于3mm,并在觀測前后各量一次取中數(shù)。3.2基線解算 基線向量解算和網(wǎng)平差采用隨機軟件Solution2 6進行。基線向量解算首先進行自動處理,若處理結(jié)果不理想,則進行基線的精化。解算時全部解算出整周模糊度,137條基線均得到雙差固定解。同步環(huán)、異步環(huán)和復(fù)測基線精度統(tǒng)計如下: (1)15個觀測時段構(gòu)成15個同步環(huán),閉合差最大值為0.62cm,其允許值為1.1cm(該環(huán)線長為30998.46m); (2)13條復(fù)測基線中長度較差最大值為2.03cm, 其允許值為3.60cm(該基線邊長為4330.87m); (3)構(gòu)成60個異步環(huán),閉合差最大值為2.84cm,其允許值為10.01cm(該環(huán)線長為16037.27m)。3.3 網(wǎng)平差(1)GPS在WGS—84坐標系統(tǒng)下的三維無約束平差 地鐵首級GPS平面控制網(wǎng)采用HGQNL已知的WGS—84坐標作為控制點進行三維無約束平差,進而檢驗GPS網(wǎng)的內(nèi)符合精度。各項指標統(tǒng)計見表2～3:(2)GPS網(wǎng)在地方坐標系下的二維約束平差 地鐵GPS控制網(wǎng)布設(shè)在城市控制網(wǎng)框架下,二維約束平差采用分布均勻且兼容性好的ZST、HGQNL、LYSS3個城市GPS控制點為起算點進行平差。二維約束平差統(tǒng)計結(jié)果見表4～7:4體會和建議 應(yīng)用GPS技術(shù)建立沈陽市地鐵一號線首級平面控制網(wǎng),從選點埋標到提交成果共歷時2個月,獲得高精度的成果是傳統(tǒng)方法無法比擬的。 由于地鐵的選線、建設(shè)均位于城市的繁華地段,高樓林立,既要保證GPS點間通視,又要考慮地面精密導(dǎo)線點的布設(shè)與通視,既要考慮一號線建設(shè)中的控制網(wǎng)復(fù)測,又要兼顧與其他規(guī)劃線路的銜接,既要滿足GPS信號接收的要求,又要考慮地鐵施工對控制點的影響,所以選點工作相當重要。 地鐵控制網(wǎng)的精度要求較高(尤其是相對精度),而邊長相對較短,精度難于實現(xiàn)。為減少點位對中誤差,在進行GPS網(wǎng)布設(shè)時,短邊必須同步觀測,獲得獨立基線,當進行多時段觀測作業(yè)時短邊觀測最好不搬站,并保證天線嚴格對中整平。 由于數(shù)據(jù)處理軟件通常均具有質(zhì)量檢測功能,為確保得到高質(zhì)量的成果,在參數(shù)設(shè)置方面可適當高于規(guī)范的相應(yīng)要求。 從最終的平差結(jié)果可以看出,地鐵施工控制網(wǎng)的精度完全滿足設(shè)計的要求,沈陽市城市GPS控制網(wǎng)精度高而且穩(wěn)定。參考文獻:[1] GB50308-1999.地下鐵道、軌道交通工程測量規(guī)范.[2] CJJ73-97.全球定位系統(tǒng)城市測量規(guī)范.
