GPS技術在沈陽市地鐵一號線施工控制網中的應用摘 要:介紹了沈陽市地鐵一號線GPS控制網的布設、觀測方法、成果精度等,就GPS技術在高精度施工控制網中的應用提出幾點建議。關鍵詞:GPS技術;施工控制網;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,西起張士經濟開發區,東止黎明文明宮,全部為地下線路,全線共設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。線路經由于洪區、鐵西區、和平區、沈河區、大東區、東陵區,大致呈東西走向,大部分穿越繁華城區,是沈陽最大的交通走廊。為滿足工程建設需要,地鐵一號線平面控制網分級布設,首級控制網采取GPS技術。2 GPS控制網的設計2.1首級控制網的精度要求 根據文獻[1]的規定,暗挖隧道的橫向貫通誤差應在±50mm以內。測量誤差的配置為:地面控制測量的橫向中誤差應在±25mm以內,聯系測量和地下導線測量的橫向中誤差應分別為±20mm、±30mm以內。通常地鐵控制網分兩級布設,即首級為GPS控制網,二級為精密導線網,GPS控制網的主要技術指標為:平均邊長2km,相鄰點的相對點位中誤差規定在±10mm以內,最弱點點位中誤差在±12mm以內,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控制網的方案設計(1)原有城市控制點的選擇和利用 沈陽市城市GPS控制網建成于1999年,布網方案先進,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的布設。該9個點均位于基礎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①點位選擇的原則 控制點的選點除應滿足GPS信號接收的需要外,還應滿足地面精密導線布設的需要,具有其特殊性,即所有點位在市區內主要選在沿線路附近已經穩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。 根據以上選點原則,共新選控制點28個。②GPS點位埋設 點位選好后,按照規范中的標石埋設要求,在建筑物樓頂合適的位置,用工具將樓頂刨至樓板(預制板),占地面積約1.0m2。,用射釘槍在刨開的范圍內釘5個以上射釘,以確保澆制的混凝土與樓板更好地結合。將預制的墩標架(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網的布設 地鐵GPS平面控制網在城市二等GPS網框架下布設,包括新選的控制點28個和9個二等GPS控制點。考慮GPS網的圖形強度,GPS控制網分兩級布設,先由9個城市二等GPS點與金山賓館埋石點構成3個時段骨架網,再采用邊連式布設成GPS網鎖。觀測時采用5臺接收機同步觀測,地鐵GPS網的主要設計指標如表1:
3 外業觀測與數據處理3.1控制網的觀測 采用5臺AshtechZ-Xtreme型雙頻接收機進行同步靜態觀測,首先根據GPS衛星星歷預報制定GPS外業觀測計劃,進而進行作業調度。 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°,衛星截止高度角15°,同步時段觀測時間骨架網為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。3.2基線解算 基線向量解算和網平差采用隨機軟件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、異步環和復測基線精度統計如下: (1)15個觀測時段構成15個同步環,閉合差最大值為0.62cm,其允許值為1.1cm(該環線長為30998.46m); (2)13條復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)構成60個異步環,閉合差最大值為2.84cm,其允許值為10.01cm(該環線長為16037.27m)。3.3 網平差(1)GPS在WGS—84坐標系統下的三維無約束平差 地鐵首級GPS平面控制網采用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網的內符合精度。各項指標統計見表2～3:(2)GPS網在地方坐標系下的二維約束平差 地鐵GPS控制網布設在城市控制網框架下,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。二維約束平差統計結果見表4～7:4體會和建議 應用GPS技術建立沈陽市地鐵一號線首級平面控制網,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方法無法比擬的。 由于地鐵的選線、建設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線點的布設與通視,既要考慮一號線建設中的控制網復測,又要兼顧與其他規劃線路的銜接,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。為減少點位對中誤差,在進行GPS網布設時,短邊必須同步觀測,獲得獨立基線,當進行多時段觀測作業時短邊觀測最好不搬站,并保證天線嚴格對中整平。 由于數據處理軟件通常均具有質量檢測功能,為確保得到高質量的成果,在參數設置方面可適當高于規范的相應要求。 從最終的平差結果可以看出,地鐵施工控制網的精度完全滿足設計的要求,沈陽市城市GPS控制網精度高而且穩定。參考文獻:[1] GB50308-1999.地下鐵道、軌道交通工程測量規范.[2] CJJ73-97.全球定位系統城市測量規范.
3 外業觀測與數據處理3.1控制網的觀測 采用5臺AshtechZ-Xtreme型雙頻接收機進行同步靜態觀測,首先根據GPS衛星星歷預報制定GPS外業觀測計劃,進而進行作業調度。 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°,衛星截止高度角15°,同步時段觀測時間骨架網為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。3.2基線解算 基線向量解算和網平差采用隨機軟件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、異步環和復測基線精度統計如下: (1)15個觀測時段構成15個同步環,閉合差最大值為0.62cm,其允許值為1.1cm(該環線長為30998.46m); (2)13條復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)構成60個異步環,閉合差最大值為2.84cm,其允許值為10.01cm(該環線長為16037.27m)。3.3 網平差(1)GPS在WGS—84坐標系統下的三維無約束平差 地鐵首級GPS平面控制網采用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網的內符合精度。各項指標統計見表2～3:(2)GPS網在地方坐標系下的二維約束平差 地鐵GPS控制網布設在城市控制網框架下,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。二維約束平差統計結果見表4～7:4體會和建議 應用GPS技術建立沈陽市地鐵一號線首級平面控制網,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方法無法比擬的。 由于地鐵的選線、建設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線點的布設與通視,既要考慮一號線建設中的控制網復測,又要兼顧與其他規劃線路的銜接,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。為減少點位對中誤差,在進行GPS網布設時,短邊必須同步觀測,獲得獨立基線,當進行多時段觀測作業時短邊觀測最好不搬站,并保證天線嚴格對中整平。 由于數據處理軟件通常均具有質量檢測功能,為確保得到高質量的成果,在參數設置方面可適當高于規范的相應要求。 從最終的平差結果可以看出,地鐵施工控制網的精度完全滿足設計的要求,沈陽市城市GPS控制網精度高而且穩定。參考文獻:[1] GB50308-1999.地下鐵道、軌道交通工程測量規范.[2] CJJ73-97.全球定位系統城市測量規范.
