昆明地铁GPS及水准框架网测量项目设计书.docx
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昆明地铁GPS及水准框架网测量项目设计书
昆明地铁GPS及水准框架网测量项目设计书
1项目概述
1.1项目来源
由昆明轨道交通有限公司委托，北京城建勘测设计研究院有限责任公司承担本项目。
项目名称为：
昆明轨道交通GPS及水准框架网测量。
1.2项目背景
1.2.1昆明城市自然地理概况
昆明是云南省政治、经济、交通、文化中心，省会所在地。
自然地理条件十分优越，有“万紫千红花不谢，冬暖夏凉四季春”的气候特点。
滇池位于其西南部，湖面辽阔，四周群山环抱。
昆明盆地位于金沙江、南盘江、红河三流域的分水岭地带，是在中新世末期云南准平面形成以后，沿普渡河断裂带发生断陷而形成的晚新代盆地，。
昆明盆地呈腰子形，南北长70余千米，东西宽15～25千米，面积约1500平方千米。
其中，西南部还保存有306余万平方千米的滇池水面，海拔1886米。
盆地四周有山地围绕，山峰海拔2500～2800余米。
自盆地内部向周围山区，发育显著的层状地貌。
昆明市区位于昆明盆地，其外围为中低山丘陵地貌，地形切割较强烈，地表径流发育；西山、马街以西及市区以北地区侵蚀、溶蚀地貌发育，见石芽、溶沟。
溶蚀洼地等岩溶形态，市区以东则主要为丘陵；圆通山及五华山为侵蚀残丘。
市区位于昆明冲湖积倾斜平原盆地以北，且位于与卖菜沟、海源河。
西白沙河和盘龙汪、金汁河、东白沙河、宝象河所形成的洪积扇与滇池岸滨的交汇区，地形平坦开阔，自然坡度1～3度，微向滇池倾斜。
局部范围内河道密布，洼地众多且部分洼地逐渐形成目前的积水区。
1.2.2昆明城市规划概况
昆明市域总面积21111km2，所辖5区1市8县。
五区（五华、盘龙、官渡、西山、东川）一市（安宁）八县（呈贡、晋宁、富民、嵩明、禄劝、宜良、石林、寻甸）。
昆明总体战略规划是：
构建“一湖四片”、“一城六片”为核心的现代新昆明发展战略。
一湖四片：
一湖指滇池，四片指主城、呈贡、晋宁、海口。
一城六片指一湖四片和安宁新城、航空城。
昆明都市区：
亦称为现代新昆明、环滇城镇群或是大昆明地区，即“一城六片”，是昆明地铁线网的主要规划范围（见图1-1）。
图1-1昆明地铁线网规划研究范围图
1.2.3昆明地铁规划远景线网概况
昆明地铁远景线网规划方案为以中心城形成“一主两副三区多点”的发展格局为基础，形成三主三辅六条线、双模式的放射状轨道交通线网。
线网中主城骨干线2条，主城与呈贡骨干线1条，辅助填充线2条，机场线1条，总长162.6km，核心区内线网密度达到1.22km/km2，中心区内线网密度达到0.67km/km2，全线网共设置车站85座，其中两线换乘站12座，三线换乘站1座。
具体线路走向详见图1-2。
图1-2昆明市轨道交通近期建设规划方案图
1号线为昆明主城至呈贡的骨干线。
线路起点位于主城核心区西昌路站，沿北京路经昆明站转至春城路，穿越巫家坝昆明机场后沿昆洛路到达呈贡，终点位于呈贡南部广电大学站。
西昌路～晓东村为地下线，晓东村～小王家营为高架线，小王家营～广电大学为地下线，全线共设车站21座，其中地下车站5座，地上车站16座。
线路全长34km，其中地上线长约6.1km，地上线长约23.9km。
2号线为昆明主城内南北方向的骨干线。
线路起点位于主城北部汽车北站，沿7204公路、北京路延长线、北京路经昆明站转至官南大道，终点位于主城南部苏王村站。
线路北段（北部客运站～羊肠村站）为高架线，其余为地下线。
全线共设车站21座，其中地下车站19座，地上车站2座。
线路全长22.4km，其中地下线长约13.8km，地上线长约8.6km。
3号线为昆明主城内东西方向的骨干线。
线路起点位于主城西部石咀火车站，沿春雨路、人民西路、东风西路、南屏街、东风东路至规划太平路，终点位于主城东部两面寺的东部客运站。
石咀～虹桥村为地下线，虹桥村～东部客运站为高架和地面线。
全线共设车站17座，其中地下车站16座，地面车站1座。
线路全长19.1km。
4号线为昆明主城内部及主城与呈贡新区之间的补充线路，从主城西北方向的昆明国家高新技术产业开发区出发，利用米轨走廊构建高架轨道交通走廊穿过主城中心区（一环/二环之间）、主城东南的国家经济技术开发区，然后继续沿米轨走廊进入呈贡新区西半部，与1号线呈贡新区部分形成十字交叉至百龙潭，全长42.9km，全线高架敷设。
全线共设车站23座，其中地面车站1座，地上车站22座。
5号线是主城东北-西南方向的辅助线，线路总长17.6km，其中中段由新草房至五华体育馆为地下线，长度为8.9km，两端为高架线，长度为8.7km。
全线共设车站13座，其中地下车站8座，地上车站5座。
6号线（机场线）是连接主城和航空港的辅助线，线路总长26.6km，车站6座，其中地下车站4座，地上车站2座。
6号线一期工程全长约18km，含东部客运站站、大板桥站、综合交通枢纽站、航空港南站共4站3区间。
一期工程全长约18km，其中地下段长7.685km，高架段长7.635km，路基段长1.677km，车站长1.021km。
6号线二期工程长约8.6公里，设站两座。
1号线支线位于呈贡新区；线路自首期工程呈贡北站接轨，沿彩云南路向南，至朝云路东拐，经市政府至龙潭路南拐；穿过白龙潭公园接入火车南站。
设计范围为呈贡北站（不含）至火车南站站（含）。
起讫点里程为ZAK0+000—ZAK5+113.758，线路全长5.114km；均为地下线。
全线共设车站4座，车辆段一座，车站均为地下二层车站，车辆段与4号线共用;最大站间距为1458.11m（呈贡北站～市政府站区间），最小站间距为905.89m（市政府站～白龙潭俊园站区间），平均站间距1267.001m。
其中起点呈贡北站与1号线换乘;终点昆明火车南站站与4号线换乘。
晋宁线一期工程：
广电大学站～晋城南站，全长18.123km，含5站（4高架站、1地下站）4区间（含一段地下区间，其余为高架区间）（广电大学站，马金铺站，白云村站，轨道产业园站，晋城南站），车辆段一座。
正在规划中的7号线是连接昆明市西北——东南的联络线，8号线是连接市区东北——东南的联络线，9号线是连接昆明市各个新城区的线路。
远期规划的东西快线（安宁——太平——主城——空港经济区——嵩明），南北快线（昆明主城——呈贡——晋城——昆阳地区），宜良线（昆明呈贡新区——阳宗海风景名胜区——宜良），富民线（昆明市主城——富民县），海口线（太平新区——海口新区），澄江线（马金铺高新区——澄江县）等6条线，如图1-3。
图1-3昆明快线网规划方案图
1.2.4昆明地铁建设实施规划
昆明市地铁线网的结构分成三个阶段实施，第一阶段：
修建中心城南北线（1号线和2号线）形成线网基线。
第二阶段：
建设线网基本骨架修建3号线，形成中心城十字骨架线路，重点满足主城中心区交通，尽快形成对中心区的相当规模的覆盖，使昆明市的轨道网形成基本规模，并使其尽快发挥快速、准时、高效的优势，以缓解城区的交通供需矛盾，同时，基本骨架线的建立也是建立辐射全市域交通网的条件。
第三阶段：
进一步扩大线网结构规模，充实中心区，同时加强主城中心区与呈贡新城的联系，加大线网覆盖范围和密度，提高快轨系统服务水平。
1.2.5昆明地铁测量控制网现状
为了满足昆明地铁建设前期勘察设计阶段测量工作需要，目前昆明地铁已经建立了满足1、2号线首期工程、3号线工程和6号线（机场线）工程前期勘察设计阶段测绘及局部施工测量工作需要的平面与高程控制网，高程控制网为统一的1985国家高程基准，平面控制网分别采用三套不同的平面坐标系统。
1、2号线首期工程已建立的平面控制网的平面坐标系统采用独立坐标系统（椭球参数采用1954年北京坐标系的椭球参数，具体为长半轴a=6378245m，短半轴b=6356863.0188m，扁率=1/298.3，中央子午线102度45分00秒，投影面高程1890米，采用一点一方位建立坐标系）。
3号线工程已建立的平面控制网的平面坐标系统采用1987昆明城市坐标系（具体为长半轴a=6378245m，扁率=1/298.3，中央子午线102度30分00秒，投影面高程1800米）。
6号线（机场线）工程已建立的平面控制网的平面坐标系统采用2004昆明城市坐标系统（选用1980西安椭球参数，中央子午线为102度45分，投影面高程为1975米）。
如下表所示：
表1-1已施工地铁线路坐标系统与高程基准
地铁线路
平面坐标系统
高程基准
1、2号线首期
独立坐标系
1985国家高程基准
3号线
1987昆明城市坐标系
6号线
2004昆明城市坐标系
1.2.6现有地铁控制网存在的问题
随着昆明地铁建设工作的快速推进，平面控制网问题越来越突出，具体体现在以下几点：
（1）各条线路控制网独立布设，在换乘节点、线路衔接部位控制点没有联测，给设计、施工带来不便
（2）各条线路控制网采用不同坐标系统，且与昆明正在使用的两个城市坐标系统均存在差异，不能满足规划、国土等部门对建设项目的要求
（3）现有的地铁在施工程由于各自采用不同的工程坐标系，地铁项目的市政配套衔接存在诸多困难，不能有效利用现有的地形图、管线图等测绘资料
（4）现存的城市一、二等水准点密度不能满足加密布设轨道交通一、二等水准控制网的要求，而且在施工程的水准网缺少稳定的水准标石，建设和运营期间的沉降和形变监测没有稳定的起算基准。
（5）地铁工程作为大型市政工程，其竣工测量资料是重要的基础测绘资料，采用独立坐标系统进行竣工测量不能满足未来资料利用的需要，随着将来地下空间开发力度加大，会给地铁工程本身的安全带来隐患
综上所述，昆明地铁现有控制网没有覆盖全部规划线路及远景发展，只能服务于工程前期勘察设计阶段测绘及局部施工测量工作，并且坐标系统不一致，未进行任何联测工作，没有考虑与后期工程的衔接问题，直接影响地铁后续规划、设计、建设和运营工作，而昆明市现有的城市控制网在点位分布、密度和精度方面不能满足地铁建设需要，《城轨道交通工程测量规范》规定：
“城市近期规划与建设的城市轨道交通线路较多构成网络且原城市控制网不能满足建设需要时，宜建立一个覆盖全部线路的整体控制网”。
昆明地铁建设的速度越来越快，建设规模越来越大，急需考虑昆明实际情况，尽快建立一个高质量、高精度的覆盖昆明地铁规划9条线路及顾及远景规划快线的地铁建设专用GPS和高程框架控制网，以满足昆明大规模地铁建设的需要。
1.3项目实施目的和意义
项目实施的目的：
基于以上现状，昆明轨道交通有限公司提出建立全市统一的、高精度的轨道交通GPS及水准框架网，并提供与现有城市坐标、高程系统相一致的测量成果，以满足昆明地铁线网规划阶段、工程设计阶段、施工阶段及运营阶段的规划审批、土地利用审批、施工测量和变形监测工作的需要。
项目实施的意义：
（1）框架网建成后将提供与现有两套城市坐标、高程系统一致的测绘成果，有利于将地铁工程建设纳入昆明整体市政建设之中统一管理有利于信息资料的共享共用，有利于地铁工程与其他市政配套工程的衔接可以满足地铁工程在规划、设计、施工、运营以及土地利用审批等不同方面的需求
（2）框架网统一布设，精度均匀，点位分布合理，可以满足各条待建线路加密布设轨道交通卫星定位控制网和一二等水准控制网的需要，有利于实现各条线路的衔接和联系。
（3）框架网建成后，通过联测在建线路的合格控制点，建立框架网与现有控制网之间的坐标转换关系，为解决在建线路设计资料坐标转换和规划征地问题提供了基础。
（4）框架网中计划埋设多个基岩水准点，可以为地铁建设和运营期间的安全监测提供稳定的起算基准。
2工程范围及测量内容
工程范围：
覆盖昆明市轨道交通规划线路区域，并兼顾区域外的快线规划线路，见图2-1。
图2-1控制网覆盖范围图
测量内容：
（1）根据国家和云南省、昆明市现行的有关法律、法规、部门规章、规范性文件等，选择合理、合法、合规的平面坐标系统和高程系统，建立覆盖昆明现有城市规划轨道交通区域和顾及远景规划快线的GPS和水准框架网。
（2）联测国家大地坐标系统和昆明其他相关城市坐标系统，可根据业主要求提供多套坐标系统下的测量成果。
3项目设计方案
3.1技术依据
（1）《中华人民共和国测绘法》；
（2）《云南省测绘条例》；
（3）《昆明市测绘管理规定》；
（4）《卫星定位城市测量技术规范》CJJ/T73-2010；
（5）《城市测量规范》CJJ8-99；
（6）《全球定位系统（GPS）测量规范》GB/T18314-2009；
（7）《城市轨道交通工程测量规范》GB50308-2008；
（8）《铁路工程测量规范》TB10101-2009；
（9）《国家一二等水准测量规范》GB/T12897-2006；
（10）《测绘成果质量检查与验收》GB/T24356-2009；
（11）《测绘作业人员安全规范》CH1016-2008；
（12）国家和云南省、昆明市其他法律、法规、部门规章、规范性文件等；
（13）北京城建勘测设计研究院有限责任公司《质量、环境、职业健康安全一体化管理体系文件》A0版。
3.2坐标系统与高程基准
由于昆明市基础测绘成果以及规划审批与验收使用1987昆明城市坐标系统，为了使地铁工程的建设与城市坐标系统下的测量资料能互相利用、不至于造成城市规划、城市工程建设及地下管道与地铁工程建构筑物产生矛盾和破坏性的影响。
地铁作为昆明市大型市政工程，地铁线网设计和施工建设及运营阶段所用测量基准（坐标系统）采用“1987年昆明坐标系统”；解决土地征用、权属确认阶段等与国土使用和国土资源管理有关问题时，使用“2004年昆明坐标系”，鉴于业主对联测国家坐标系统的要求，框架控制网同时提供2000国家坐标系统成果满足业主的需求。
坐标系统的选用详见附录文件：
关于昆明地铁线网建设使用测量基准的建议。
高程采用1985国家高程基准。
平面坐标系统：
1987年昆明坐标系统（以下简称1987系）、2004年昆明坐标系（以下简称2004系）、2000国家大地坐标系（以下简称2000系）。
高程基准：
1985国家高程基准。
3.3GPS框架网测量
3.3.1精度指标设计
GPS框架网作为昆明市轨道交通的首级平面控制网，其点位精度和密度必须能够满足发展下一级控制网即城市轨道交通卫星定位控制网的要求，现行《城市轨道交通工程测量规范》卫星定位控制网的精度要求如下表：
表3-1卫星定位控制网主要技术指标
平均边长（km）
最弱点的点位中误差（mm）
相临点的相对点位中误差（mm）
最弱边的相对中误差
与现有城市控制点的坐标较差（mm）
与不同线路重合控制点的坐标较差（mm）
2
±12
±10
1/100000
≤50
≤25
由起算点误差和测量误差引起的最弱边相对中误差按等影响考虑，根据《城市轨道交通工程测量规范》中最弱边相对中误差k=1/100000，GPS框架网最弱边相对中误差应不低于k/
=1/140000，偏于安全考虑，参照《铁路工程测量规范》TB10101-2009中边长精度系列的规定，最弱边相对中误差取1/180000。
根据以上精度要求以及昆明地铁规划实际现状，确定GPS框架控制网等级主要按《卫星定位城市测量技术规范》CJJ/T73-2010中城市二等GNSS控制网的要求布设，为满足在其下加密城市轨道交通卫星定位控制网，最弱边相对中误差指标执行《铁路工程测量规范》TB10101-2009二等GNSS控制网的技术要求，确定为1/180000，为保证观测精度，外业观测执行《全球定位系统（GPS）测量规范》（GB/T18314-2009）C级网观测的作业技术要求。
本项目GPS框架网的精度指标见表3-2。
表3-2GPS框架网主要技术指标
等级
平均边长（km）
a（mm）
b（1×10-6）
最弱边相对中误差
二等
9
≤5
≤2
1/180000
3.3.2作业流程
GPS框架控制网测量是地铁测量工作中最先进行，也是最基础的一项工作，其成果的好坏直接影响到后续工程的开展，因此必须做好线路踏勘及网形设计优化工作，制定合理的工作流程，严格控制外业测量及内业数据处理过程，保证GPS控制网的高精度。
其工作流程图见图3-1：
图3-1GPS框架网测量工作流程
3.3.3已有控制点情况
根据收集到的昆明市各坐标系下的平面控制网的控制点情况分析，现有的1987系二等平面控制点和2004系C级GPS控制点都难以满足地铁GPS框架网的起算要求。
而1987系有稳定的连续运行参考站（CORS站）可作为本框架网的起算控制点；2004系成果作为土地利用审批等用途时精度要求没有施工控制网严格，可以利用其C级GPS点作为起算点；2000系可联测IGS跟踪站作为控制网的起算数据。
收集控制点如下表：
表3-3已有控制点情况表
序号
点名
等级
标石类型
序号
点名
等级
标石类型
1
赛马场
CORS站
2
测绘院
CORS站
3
呈贡
CORS站
4
光华学校
CORS站
5
昆阳
CORS站
6
宜良
CORS站
7
石林
CORS站
8
嵩明
CORS站
9
龙宝山
二
国家三角点
10
野毛山
二
国家三角点
11
毡帽山
二
国家三角点
12
民族村
二
地面标志
13
虎大山
二
国家三角点
14
松花铺
二
国家三角点
15
白塔村
C
强制归心墩
16
天王殿
强制归心墩
17
华曦山庄
三
强制归心墩
18
韶山水库
四
强制归心墩
19
烂泥湾
C
强制归心墩
分析已有控制点资料：
（1）GPS参考站资料
昆明市连续运行GPS参考站于2005年建设，共有7个点，覆盖面积6000多平方千米，该台站网通过了专家组的验收。
为满足石林县城的建设项目发展要求，2010年增加石林站，使得昆明市连续运行GPS台站网点达到8点，覆盖面积近8000平方千米，多年来一直稳定运行，纳入本次测量中，统一组网。
（2）1987年昆明坐标系资料
有昆明市测绘研究院布设的二等平面控制点，是建立1987年昆明市坐标系的二等全面网网点，共73点，最弱边相邻点位中误差小于±3.4cm。
本项目计划联测6个，利用其标石。
（3）中国地壳运动GPS监测网
测区内有中国地壳运动GPS监测网点1点，点位稳固，观测条件良好，可利用该点标石。
（4）云南省C级GPS控制网
a）C级GPS控制网是云南省测绘局根据国家测绘局的统一规划，统一布设的GPS控制网。
该网相邻点基线南北方向分量测量的精度平均值为±3.8mm，东西方向分量测量的精度平均值为±4.7mm，垂直分量测量的精度平均值为±10.7mm。
b）在本次测量项目中，可利用3点（其中2点与1987年昆明坐标系控制点重合），其点位稳固，观测条件良好，可利用这些点位。
（5）图件资料
图件资料可作为项目安排、线路设计、观测调度的工作图使用。
（6）其他可利用的资料：
另外有10个2004系C级GPS点：
野猫山、棋盘山、天文台、老爷山、白塔村、龙宝山、浪泥湾、二街、梁王山、小北龙等，标石完好，观测条件符合要求，可以考虑利用其标石或作为2004系的起算点；2000系IGS跟踪站：
KUNM（同2004系天文台重合）、WHUN（或其它IGS站）的观测资料可资利用。
3.3.4网形布设
GPS框架网以方便昆明市地铁各线路卫星定位控制网（GPS基本网）的联测，保证网形强度及精度为主要原则布设。
点位分布能够覆盖地铁线网内的各条线路，考虑线路的交叉换乘和远景发展，布设控制点要便于联测和提高控制网的图形强度。
同时联测昆明市连续运行参考站（CORS系统）以及KUNM、WHUN等IGS跟踪站控制点，可以获得稳定的起算基准，并节约外业观测工作量，。
布网原则：
（1）充分结合昆明地铁线网规划的要求，覆盖9条主要规划线路，并顾及远期快线规划。
（2）了解昆明市总体规划和建设情况，网点布设在近期以及中远期没有新建设项目的区域内，便于控制点的长期保护。
（3）网点尽可能利用各等级控制点桩位，以便了解新的控制网成果与原控制点间的差异，解决既有资料的合理利用问题。
（4）GPS框架网分别位于地铁规划线路起终点及交叉换乘点附近，点位布设充分考虑线网情况，满足各条线卫星定位控制网布设需求。
（5）整网布设平均边长9km。
（6）选择昆明市连续运行参考站与GPS框架网联测，联测点数不少于3个，均匀分布，并能控制全网，作为整个GPS框架网的起算点。
（7）控制网中应包括不少于5个2004系C级GPS桩点，以利于2004系下的平差计算。
根据以上要求进行控制网设计，GPS框架网控制面积3400km2，全网由30个点构成，其中3座参考站点，利用6个二等控制点，新布设GPS控制点21个，其它5个1987系CORS站观测数据纳入本项目统一解算。
另外联测2004系C级GPS点5个以及KUNM、WHUNIGS跟踪站作为2004系和2000系坐标成果的起算依据。
全网采用边连式以三角形或四边形构成GPS框架网，布设网形见图3-2：
GPS框架控制网示意图。
图3-2GPS框架网示意图
3.3.5选点埋石
GPS框架网的选点按下述要求选取：
（1）便于安置接收机设备和操作，视野开阔，视场内周围障碍物高度角一般应小于15°；
（2）远离大功率无线电发射源（如电视台、电台、微波站等），其距离不小于200m；远离高压输电线和微波无线电信号传送通道，其距离不应小于50m；
（3）附近无强烈反射（或吸收）卫星信号的物体（如大型建筑物、大面积水域等）；
（4）控制点点位尽可能选在稳定的挠度影响较小的建筑物顶上，并适当考虑交通情况，以提高作业效率。
地面点应选择地质结构稳定，具有一定高度便于通视，山顶应容易上下；
（5）利用旧点时，应检查该点的稳定性及完好性，以及是否满足GPS观测要求。
控制点标石设在基础稳定，不受施工和其它人为活动干扰，且能够长期保存的地点。
一般设在楼顶和埋设在新老城区空旷的地面或周边的山顶上，楼顶标石规格和埋设标准按图3-3要求执行。
图3-3楼顶GPS点埋石示意图
（单位：
m）
地面或山顶GPS点埋石标准按图3-4要求执行。
图3-4地面或山顶GPS点剖面图及实景照片（单位：
mm）
埋石结束后按附表绘制点之记，点位标识要牢固清楚，并办理测量标志保管书。
3.3.6外业观测
3.3.6.1仪器准备
拟采用6台双频标称精度高于5mm+1ppmGPS接收机进行野外观测。
采用静态测量模式，按照设计网形进行独立基线的观测。
观测前要对仪器进行常规性测试，选取开阔区域进行静态观测，并解算观测数据，同时可以测试数据处理软件；观测过程中要对仪器基座经常进行校核，保证其光学对中误差＜1mm。
采用的GPS接收机要求必须在仪器检定的有效期内。
3.3.6.2主要技术要求
GPS外业观测的基本要求须符合表3-4的规定。
表3-4GPS框架网观测技术要求
卫星截止
高度角
数据采样
间隔（s）
同时观测有效
卫星数
有效观测卫星的总数
观测时段数
有效时段长度（h）
15°
10～30
≥4
≥6
≥2
≥4
3.3.6.3作业要求
外业观测时严格按照设计网形进行，并适当考虑昆明当地实际情况制定计划，要求如下：
（1）根据GPS设计网形，全网由30个点构成
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