地鐵GPS控制網的布測與穩定性探究

呂林

（沈陽市勘察測繪研究院，遼寧 沈陽 110000）

摘要：對地鐵控制網及外觀、數據等做簡要分析，地鐵工作周期較長，在工作中需要定期檢查，對其控制網也需要不斷檢測以確保地鐵的安全運行。本文就地鐵控制網的穩定性測驗方法進行深入剖析，并綜合近年來測得的數據對地鐵的穩定性進行解讀。

關鍵詞：地鐵；GPS控制網；穩定性

在地鐵設計修建時，設計者都會優先考慮地鐵線路所經之地的綜合情況。而線路環境對地鐵選址也有很大的影響，因為地鐵穩定控制系統主要是靠GPS進行信息定位導航的，密集的建筑不利于信號的通過，這也決定了GPS邊長。在視野開闊，建筑物少的地區GPS邊長就長，反之就短；因為地鐵線路是檢察縱橫的，所以為了確保地鐵控制網的正常工作，就要求設計者在設計控制網時要統籌兼顧，分布合理，同時還要有前瞻性。

一、控制網設計

1.設計遵循的規律：（1）地鐵是交通線路，在大體走向符合的基礎上還要做到安全實用，地鐵是為市民服務的，安全是第一要義。（2）控制網是保證地鐵順利運行的必要條件，為了達到經濟適用的效果，地鐵線路的控制網應以線路的通視邊為基礎，設計出獨立的閉合圖形，以此達到四通八達的線路功能。（3）為了確?？刂凭W的控制作用，要求每個控制點應有至少兩條基本線路通過，而且相鄰的控制點還應設計直接基線以確?？刂屏?。

2.設計方案的形成與改進：地鐵線路在設計時不是毫無規律可循的，更不是設計師隨心所欲的設計出來的。每張地鐵線路網都是以線路法GPS控制點為基準點向外延伸構成的，以控制點為原點在結合周邊線路，建筑等因素的基礎上確定地鐵網的整體走向與布局，在實際施工中是按照1∶500數字地形圖和GoogleEarth衛星遙感圖進行圖上選點，然后將基本定位的控制點的坐標和拓撲關系輸入NASEW控制網平差及優化設計軟件，進行控制網優化設計，并根據優化結果最終確定布設方案.

二、地鐵的外業觀測與數據研究

1.外業觀測及數據質量分析。地鐵的GPS控制網都會經過施工人員的專業檢測，然后進行數據記錄，以便測其控制穩定性，根據《城市軌道交通工程測量規范》的規定，GPS控制網的檢測數據需要十分精確，所以在采集數據時工作人員會采取多個階段多次采集的方法，而且數據的重復使用率也極低，比如每隔十秒采集一次，每個采集數據的階段時間也會大于一百分鐘，平均重復基線差的最小差值為0.2716mm，最大差值為11.0817mm，重復基線較差全部合格。同步環閉合差全部合格，異步環閉合差的最小差值為0.7mm，最大差值為53.8mm，異步環閉合差也都全部達到標準。

2.三維無約束平差。將全部獨立分開的基線組合構成封閉的圖形，運用三維形式的基線向量和相應的方差協陣作為觀察測算的信息，另外以JGM點在ITRF97框架下三維坐標作為初步的測算數據，在該框架下進行三維形式的自由的平差，以此得到網絡內部各個基點的三維形態的位置或坐標以及基線邊長的精細化分析數據等。最后平差處理后的各個精細指標都應和《城市軌道交通工程測量規范》（GB50308-2008）中的限差要求要適應。三維形式平差后的點位差異、二維形式約束平差選取的區域均勻分布在測算周邊的8個GPSC級點作為起始的數據運行，平差之前還要對已知的點位實施具體可靠的檢測驗收，值得注意的是，應用為平差的獨立的基線首先必須為合格的基線。應用武漢大學研究制作的地面測量工程控制測量數據處理通用軟件包（CosaGPSVersion6.0）”進行平差計算是較為常用的方式，從而得出網絡內定點的平面坐標數據。通過二維約束平差后各項精度指標也行符合《城市軌道交通工程測量規范》（GB50308-2008）中相應要求，二維約束平差后點位誤差控制在較為合理的區間內。

三、控制基點的穩定性論述

在過去的幾年里，關于地鐵項目的控制網絡較為平穩。自2009年項目控制網絡完成部署測試，2010年及接下來的兩年里完成了控制網絡的再測試工作。

1.結果分析。結合上文中提到的具體的檢測方式和方法，在2010年對于2009年發生的點位的變化，對控制網內各個點都進行了檢驗，事實上，這些內容所顯示的就是各個點位在連續2年的平面位置變化，同時，也可以在一定程度上反映出能夠滿足相關的設計的要求。

2.結論以及建議：（1）對于城市的運維而言，地鐵的GPS的主要控制網歸屬于首級網，而按照具體的GPS的C級的要求具體實施，往往要在這一基礎上沿著具體的地鐵的線路的走向設置相對而言比較精密的導線，而還需要按照GPS網的D級要求進行施工檢測。（2）為了有效地構成最佳的觀測圖形，因此，地鐵的GPS的網應該依據控制網的點位來分布其具體的情況，而與此同時，精度要求以及測區內的交通情況也要算在內。GPS的網的布局設置，實際上需要采用“邊聯式”或者是“點聯式”的方法相結合進行。（3）依據衛星圖選擇好每天的最佳觀測時間段，從而制定科學有效的測量調度指令。（4）在布測的過程中，整體的網的重復設展率大于2 ，而可靠性就會高于常規。（5）影響最佳的觀測時段的因素很多，依據具體的評估與測試，建議，1-10km的觀測長度時，時間段在一小時到兩小時之間，如果是邊長小于1km，那么，半小時到一小時即可。（6）作為首級的控制點，往往會布設建筑物的樓頂，但是，作為洞內的施工測量的依據，精密導線往往設置在地面，為了次凹處偏差，往往GPS的控制點還要與鄰近的精密導線點的垂直角度要在15°以內。（7）必須要注意的是，控制網布局的合理的圖形以及觀測時間段等都是外業精度的有效保障，而數量以及布局的均勻程度也歲內業精度有著重要的保障。GPS控制網高程擬合的方法是有效的。選點布網的時候要注意GPS的控制點對整個控制網的精度影響都很大。

結語：總而言之，想要探討GPS控制布測以及穩定性在實踐過程中就需要針對性的采取策略處理遇到的問題，并且要選擇好最佳的觀測時間，唯有如此，才能保證控制網的穩定性。

參考文獻

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