快速轨道交通线网框架网控制测量暨2号线一期控制测量技术设计书.docx

1、快速轨道交通线网框架网控制测量暨2号线一期控制测量技术设计书快速轨道交通线网框架网控制测量暨2号线一期控制测量技术设计书2 作业区已有的成果资料分析和利用2.1 原有平面控制网成果资料分析和利用 该系统可综合应用于城市规划、测绘、地籍管理、城乡建设、环境监测、灾害监测、安全监测，交通控制、气象预报等领域，系统通过GPRS/CDMA通讯链路，可向用户提供四个层次的定位信息服务：毫米级、厘米级、分米级和米级精度的定位服务。毫米级精度定位可用于地表及高层建筑物的形变监测；厘米级精度的定位信息可用于快速建立测量控制网、数字化测图及施工控制等；分米级精度的定位信息可用于城市基础地理信息的动态更新，通信、

2、电力、石油、化工、林业、精细农业、土地平整等方面；米级精度的定位信息可用于交通指挥、智能交通决策、公共安全，同时还为各行各业提供导航服务。该系统是长株潭地区实现城市现代化管理和数字化城市不可缺少的重要组成部分，系统的建成，统一了长株潭基础坐标框架基准，为长株潭城市群两型社会的建设奠定了基础，为市轨道交通线网以及长株潭轻轨的建设提供了测绘基准，保证了同一地区乃至不同地区交通线网的衔接。该系统6个永久参考站最弱点点位中误差为1.2mm，在运行一年半后，通过对相邻站间的基线进行解算，其基线长度变化最大为8mm，最小为0mm，平均为3.1 mm，平均年变化率为2.0 mm/年，可作为本次2050框架网

3、点的起算点，同时其24小时连续记录的一秒一个历元的GNSS数据可参与控制网的监测，乃至地铁施工时建筑物、管线的变形监测。2.2 原有高程控制网成果资料分析和利用根据资料收集，在市围(及附近)，有50-70年代长江水利委员会和省测绘局所测汉长线、长常线和长易线等一等水准点20多个，有80年代省测绘局所测新长线II湘长15、II湘II-03-52等二等水准点10多个，据实地踏勘，上述点位除少数点位已毁外，绝大部份保存完好，其高程系统为56年黄海高程系统和85国家高程基准。2004年，我院建立覆盖市五区、县、望城县的三等水准网，面积达5000km，其高程系统为56年黄海高程系统，该网已由省测绘产品质

4、量监督检验授权站检验合格，并获省二00五年优秀勘察设计一等奖。经查阅其相关精度分析资料，上述水准点符合有关规要求，一等水准点可作为本次地铁等水准网测量的起算点，二、三等水准点可作为检核点。 3 测绘基准3.1平面坐标系统市轨道交通线网属于城市交通网络的一部分，是城市建设的大手笔，坐标系统必须采用与现有规划建设一致的市独立坐标系。由于地铁2号线的轨道的平均高程为20米，最高为28.26米(溁湾镇)，最低为9.03米(湘江)，市独立坐标系采用的城市平均面的高程为80米，两者相差60米，根据城市轨道交通工程测量规的要求两者的高差影响每千米不大于5mm，则两站的高差不能大于31米，计算公式为： (3-

5、1) (3-2) 式中：D-测距边水平距离 -测距边所在城市平均高程 -测距边高出水准面的平均高程 -沿测距边方向参考椭球面法截弧的曲率半径，M和N分别为卯酉圈曲率半径，按市的平均纬度2812，则M=6349.812Km，N=6383.026Km，A为法截弧方位角，故介于M和N之间。根据城市轨道交通线网(2050)的布网方案，地铁其他线路的平均高程都比2号线高，同时长株潭轻轨都在地面上，其高程应高于地铁的平均高程，因此结合市城市规划建设的具体情况，拟选城市轨道交通线网的平均高程为40米，既满足规要求，同时有能与现有城市建设保持较好的衔接。因此市轨道交通线网平面坐标系统采用市独立坐标系，其高程投

6、影面为40米。 3.2 高程坐标系统高程坐标系统采用国家1956黄海高程坐标系统。4 技术依据城市轨道交通工程测量规GB50308-2008 全球定位系统(GPS)测量规GB/T 18314-2001 国家一、二等水准测量规GB12897-91 城市测量规CJJ8-995 市城市快速轨道交通线网(2050) 框架网设计方案5.1 项目概述规划中的市城市快速轨道交通线网(2050)总体目标为：2008年2015年，建成贯穿市东西和南北轴向的轨道交通“十”字形核心线路；2015年2020年，在“十”字形核心线路的基础上，建成轨道交通骨干网络；2020年2050年(远景年)，完全覆盖市主城区，辐射外

7、围城区，构筑与市城市发展相适应的、高效率、一体化和人性化的城市综合交通体系。规划采用分区、分期、分阶段建设，大多处于10米至20米深的地下，深度依据地形、地面建筑物等各有不同，其中最深的湘江大道站还将达到30米左右，地铁隧道为6.4米径的平行双洞，初步计划在地铁区间采用盾构法施工，而在地铁车站则采用明挖法施工。因此该项目具有覆盖面广(1000 km2以上)、施工周期长(40年以上)、各线路交叉点多(13个节点)、施工难度大的的特点，故对施工控制网的精度有更严格的要求。为了保证各条线路、同一线路不同时期的衔接，不同线路C级GPS首级平面控制点的起算点须保证一致，为此需布设2050框架网。2050

8、框架网作为市城市快速轨道交通线网(2050)项目建设基准，也是长时期施工中C级GPS首级平面控制点的检核和起算基准。5.2 精度要求2050框架网采用GPS B级网的精度，相邻点间基线长度精度要求如下： (3-1)式中： -标准差，定义相邻点基线精度指标，mm a - 固定误差，8，mm b - 比例系数误差, 1 d - 相邻点间的距离，mm5.3 布设方案5.3.1 2050 GPS框架网的图形结构设计 2050框架网按GPS B级点要求布设成连续环网，每点的连接点数不少于3点，所有观测边都是独立基线向量，独立闭合环点数不大于6，平均边长10km。2050框架网共需新布设17点，其中基岩点

9、预计9点，已知点联测6个长株潭GNSS连续运行参考站系统(CZTCORS)参考站，共需观测48条独立基线，构成32个多边形闭合环。图2为2050框架网结构图。图2：2050框架网结构图(黑色点为CZTCORS系统GPS基站点)5.3.2 选点原则(1) 基岩控制点点位尽可能选在能长期保存的地点，充分考虑周围苗木、建筑物以及未来城市规划的影响。(2) 楼顶控制点点位尽可能选在稳定的建筑物顶上，以便于永久保存；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；要与业主交涉好，便于控制点的保存及使用。(3) 所选点位便于安置GPS接收机天线，并视野开阔，视场周围障碍物高度角一般应小

10、于15，并适当考虑交通情况，以提高作业效率。(4) 点位应尽量远离大功率无线电发射源(如电视台、微波站及微波通道等)及高压电线，其间距分别不小于200M和50M，以避免周围磁场对信号的干扰。(5)点位周围不应有对电磁波反射(或吸收)强烈的物体(如大片水域)，以减弱多路径效应的影响。(6)点位分布尽量均匀，同时兼顾城区密、外围稀、尽量多布设在线路的交点及线路端点的实际需求。5.3.3 标石埋设及编号 2050框架网点均应埋设永久性标石，坑底填以砂石，捣固夯实或浇灌混凝土底层，上面埋设盘石和柱石(点位埋设示意图见图4)，两层标石中心的偏离值应小于3mm；根据实际情况可埋设当埋设基岩点、普通地面点、

11、楼顶点，以上点位标心均采用不锈钢材料，并应有明确的点位中心。基岩点设计为钢管式基岩标，采用钻探方式，打钻孔到岩层并进入岩层0.5米，将钻探用的127毫米直径金属放至岩层，管标底灌注水泥浆与基岩固结，然后挖开地表部分，将不锈钢标志头焊接在金属套管上成为一个整体，做好水泥护柱，如图3。普通地面点标石埋设采用现场挖坑浇注法，就是在稳定的地面，现场开挖一500mm*500mm*500mm的基坑，在基坑的4各侧面及下地面分别嵌入若干根300mm的钢钎，浇注水泥后稳固特制不锈钢质专用控制点钢钉，图6为结构示意图。楼顶点标石设上下两标志，下标为 8毫米的铜蕊，埋设在楼顶面，复盖薄膜保护与上标石分离，然后现场

12、捣制302015毫米3的标石，上下标志的偏离值应小于1.5mm。如图5。控制点编号采用符号及地名双重编号，如勘测院楼顶，编号可以设计为：2050B01和2050勘测院。画好点之记，包括：地名、交通路线图、概略地理坐标、详细点位，并照像。控制点标石埋好后，在标示上或半径1m醒目的地方，做好警示性的保护措施，条件允许的情况下，可委托附近的人保护看管。 图3：基岩点示意图 图4：普通地面点示意图 图5：楼顶点标石示意图 图6：楼顶点标石示意图5.4 观测方案及成果检核5.4.1 观测仪器及其检核拟采用2台套美国产阿司泰克公司Z-X双频机、5台套法国产泰雷兹公司Z-MAX双频机、2台JAVAD GPS

13、双频机进行联合观测，接收机的标称精度都为5mm+1ppm，优于GPS B级网的精度要求。在工程开始观测和结束时对接收机进行基线检测各一次，检测的观测时间要求覆盖实际测量时的各个时段。在测前或测后要按规定对采用的GPS接收机进行鉴定。5.4.2 观测技术要求2050框架网GPS控制测量作业的基本要求应符合表1的规定。表1项目要求接收机类型双频观测量载波相位接收机标称精度5mm110-6卫星高度角15有效观测卫星数9同时观测有效卫星数4有效观测时段长度(min)240数据采样间隔(S)30时段中任一卫星有效观测时间(min)15点位几何图形强度因子(PDOP)6重复设站数4同步观测接收机数45.4

14、.3 观测计划及作业要求(1)作业组在进行施测之前，应事先编制GPS卫星可见性预报表。预报表应包括可见卫星号、卫星高度角和方位角、最佳观测卫星组、最佳观测时间、点位图形几何图形强度因子等容。(2)作业组在观测前应根据作业的接收机台数，GPS网形设计及卫星预报表编制作业调度表，其容应包括观测时间、测站号、测站名称及接收机号等项。(3)观测组应严格按调度表规定的时间进行作业。保证同步观测同一卫星组。当情况有变化需修改调度计划时，应经作业队负责人同意。(4)接收机电源电缆和天线电缆应连接无误，接收机预置状态应正确，然后方可启动接收机进行观测。(5)每时段开机前，作业员应及时记录测站名、日期、天气情况

15、等信息。(6)观测员在作业期间不得擅自离开测站，并应防止仪器受震动和被移动，防止人和其他物体靠近天线，遮挡卫星信号。(7)接收机在观测过程中不应在接收机近旁使用对讲机、手机，雷雨过境时应关机停测，并卸下天线以防雷击。(8)观测中应保证接收机工作正常，数据记录正确，每日观测结束后，应及时将数据转存至计算机硬盘，并对原始数据进行备份，确保观测数据不丢失。5.4.4 基线解算检验2050框架网基线采用2套通用的商业软件Ashteck Solution及Trimble TGO进行基线比较解算。为便于以后验算，当天的数据必须确认点号和天线高都正确无误后将原始数据保存起来。2050框架网基线解算采用精密星

16、历，为确保基线的解算质量，对解算基线时作如下规定：(1) 基线解算必须从有精确WGS84坐标的参考点开始(2) 数据利用率至少达到90%，即数据剔除率不能超过10%。(3)如果某颗卫星的数据质量不好，剔除该卫星计算基线时，剔除该卫星后PDOP值不能超过6。(4)求解基线向量时，要采用双差固定解。对GPS观测成果应进行如下几项检核：(1)同步多边形环闭合差的检核：同步环坐标分量闭合差应小于3ppm，其环线全长相对闭合差应小于5ppm。 (2)异步环闭合差的检核异步环闭合差是检核GPS基线质量的最重要的指标，异步环闭合差超限必须要返工。由若干条独立的GPS边构成N边形异步环闭合差应满足：式中：n：

17、异步环中基线边个数W：环闭合差； ：标准差；a：固定误差(mm)；b：比例误差系数(ppm)d：网中相邻点距离(km)5.4.5 补测与重测当异步环闭各差超限时，应分析、查明原因，及时重测质量较差的基线。对于由于点位不符合GPS测量要求而造成一个测站多次重测仍不能满足各项限差技术规定时，应另增造新点进行重测。复测基线的长度较差应满足下式要求： (3-7)5.5 平差计算平差计算采用大学测绘学院的Power ADJ后处理软件进行处理，分两步进行，先在WGS-84坐标系中固定一点的WGS-84坐标进行三维无约束平差，然后在独立坐标系中进行二维约束平差。无约束平差后，基线向量改正数的绝对值应满足下列

18、各式要求： Vx3 (3-8) Vy3 (3-9) Vz3 (3-10)约束平差在独立坐标系统中进行，输出结果包括重复基线互差统计表、同步闭合环统计表、异步闭合环统计表、平差结果统计表，平差结果统计表中包含基本平差信息、平差结果、GPS基线向量的残差、测站点位精度和误差椭圆元素、GPS测站间方向和距离的精度。基线向量的改正数与同名基线无约束平差相应改正数的较差应满足下列各式要求： dVx2 (3-11) dVy2 (3-12) dVz2 (3-13)5.6 项目特点及难点2050框架网市是整个市轨道交通项目的控制基准，是各地铁线路首级GPS C级控制网的起算基准及检核基准，使用周期长，控制围广

19、。因此，该项目的难点在选点布网及点位的保护。6 2号线一期C级GPS首级平面控制网设计方案6.1 项目概述轨道交通2号线作为市轨道交通东西向核心线路，十字核心线路中的一横，串联了城市东西向大客运枢纽(武广新火车站、火车站、汽车西站)和4大客流集散中心(荣湾镇、五一广场、芙蓉广场和袁家岭)。首期开工建设的2号线一期工程自汽车西站站金星大道站西湖公园站荣湾镇站橘子州站湘江大道站五一广场芙蓉广场迎宾路站袁家岭站火车站站东二环站万家丽路站古曲路站大道站体育新城黎托站新火车站黄花镇光达村站止，线路全长22.262km，均为地下线，设站19座，均为地下车站，平均站间距1186.6m；设换乘站6座，分别为荣

20、湾镇站(与5号线换乘) 、芙蓉广场站(与1号线换乘)、火车站(与2A线换乘)、万家丽广场站(与4号线换乘)、体育新城站(与3号线换乘)和新站(与3号线换乘)。轨道交通2号线一期工程，能切实缓解沿湘江一桥和五一大道的公交客流压力，能有效解决河东河西交通瓶颈，同时作为与其他规划线路的换乘枢纽，项目建成后，对引导河西新城、武广新火车站地区乃至全市经济社会发展都具有重要意义。6.2 精度要求2号线一期工程C级GPS首级平面控制网测量具体精度要求如下：最弱点点位中误差12mm；相邻点的相对点位中误差10mm；最弱边相对中误差1/10万；与旧有测量控制点的坐标较差50mm；6.3 布设方案6.3.1 GP

21、S图形结构设计 2号线一期工程C级GPS首级平面控制网沿2号线地铁走向布设，由多边形闭合环构成控制网多边形锁，每条边都为独立基线向量，并且要求闭合环中的边数不多于6条。按每一个车站埋设3点为基本原则，预计需埋设57点，其中基岩点10个，楼顶点47个，根据实际情况，在保证规及施工测量精度的要求下，应充分利用站与站之间的通视，减少控制点的埋设，降低成本。2号线一期工程C级GPS首级平面控制网已知点采用6个2050框架网点，图7为2号线一期工程C级GPS首级平面控制网结构图。图7：2号线一期工程C级GPS首级平面控制网结构图6.3.2 选点设计(1)为保证施工的绝对精度和绝对可靠，采取冗余设计，每个

22、车站布设3个点，离车站最近的点要有2各及以上的通视方向，离车站最近的点与车站的距离尽量控制在300米左右。(2)基岩控制点点位尽可能选在能长期保存的地点，充分考虑周围苗木、建筑物以及未来城市规划的影响。(3)楼顶控制点点位尽可能选在稳定的建筑物顶上，以便于永久保存；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；要与业主交涉好，便于控制点的保存及使用。楼高尽量控制在60米以下。这是本项目的难点。(4)所选点位便于安置GPS接收机天线，并视野开阔，视场周围障碍物高度角一般应小于15，并适当考虑交通情况，以提高作业效率。(5)点位应尽量远离大功率无线电发射源(如电视台、微波站及

23、微波通道等)及高压电线，其间距分别不小于200M和50M，以避免周围磁场对信号的干扰。(6)点位周围不应有对电磁波反射(或吸收)强烈的物体(如大片水域)，以减弱多路径效应的影响。(7) 选点中，尽量考虑站与站间的通视点，能充分利用以减少点数，缩减成本。6.3.3 标石埋设及编号2号线一期工程C级GPS首级平面控制点均要求埋设强制对中墩(含对中器)或强制对中钢标，根据现场情况及技术要求，分别埋设基岩点、楼顶点。基岩点设计为钢管式基岩标，采用钻探方式，打钻孔到岩层并进入岩层0.5米，将钻探用的127毫米直径金属放至岩层，管标底灌注水泥浆与基岩固结，然后挖开地表部分，将不锈钢标志头焊接在金属套管上成

24、为一个整体，做好水泥护柱，如图8。楼顶点标石设上下两标志，下标为固定在楼顶面303020厘米3的标石，上标为强制对中铁架，高1200mm,并安装400mm高的强制对中花杆，如图9。 图8：基岩点示意图 图9：楼顶点示意图控制点编号采用符号及地名双重编号，如勘测院楼顶，编号可以设计为：T02C01和02勘测院，02表示是2号线，C表示控制点的等级，01表示2号线的第一个点。画好点之记，包括：地名、交通路线图、概略地理坐标、详细点位，并照像。控制点标石埋好后，在标石上或半径1m醒目的地方，做好警示性的保护措施，条件允许的情况下，可委托附近的人保护看管。6.4 观测方案及成果检核6.4.1 观测仪器

25、及其检核拟采用2台套美国产阿司泰克公司Z-X双频机、5台套法国产泰雷兹公司Z-MAX双频机、2台JAVAD GPS双频机进行联合观测，接收机的标称精度都为5mm+1ppm，优于GPS B级网的精度要求。在工程开始观测和结束时对接收机进行基线检测各一次，检测的观测时间要求覆盖实际测量时的各个时段。在测前或测后要按规定对采用的GPS接收机进行鉴定。6.4.2 观测技术要求2号线一期工程C级GPS首级平面控制网测量作业的基本要求应符合表2的规定。表2：C级GPS首级平面控制网测量作业的基本要求项目要求接收机类型双频观测量载波相位接收机标称精度5mm110-6卫星高度角15有效观测卫星数4有效观测时段

26、长度(min)5公里以下边观测时间905公里以上边观测时间120数据采样间隔(S)15点位几何图形强度因子(PDOP)6重复设站数2同步观测接收机数36.4.3 观测计划及作业要求(1)作业组在进行施测之前，应事先编制GPS卫星可见性预报表。预报表应包括可见卫星号、卫星高度角和方位角、最佳观测卫星组、最佳观测时间、点位图形几何图形强度因子等容。(2)作业组在观测前应根据作业的接收机台数，GPS网形设计及卫星预报表编制作业调度表，其容应包括观测时间、测站号、测站名称及接收机号等项。(3)观测组应严格按调度表规定的时间进行作业。保证同步观测同一卫星组。当情况有变化需修改调度计划时，应经作业队负责人

27、同意。(4)接收机电源电缆和天线电缆应连接无误，接收机预置状态应正确，然后方可启动接收机进行观测。(5)每时段开机前，作业员应及时记录测站名、日期、天气情况等信息。(6)观测员在作业期间不得擅自离开测站，并应防止仪器受震动和被移动，防止人和其他物体靠近天线，遮挡卫星信号。(7)接收机在观测过程中不应在接收机近旁使用对讲机、手机，雷雨过境时应关机停测，并卸下天线以防雷击。(8)观测中应保证接收机工作正常，数据记录正确，每日观测结束后，应及时将数据转存至计算机硬盘，并对原始数据进行备份，确保观测数据不丢失。6.4.4 基线解算检验2号线一期工程C级GPS首级平面控制网基线采用2套通用的软件Asht

28、eck Solution及Trimble TGO进行基线比较解算。为便于以后验算，当天的数据必须确认点号和天线高都正确无误后将原始数据保存起来。2号线一期工程C级GPS首级平面控制网基线解算采用广播星历，为确保基线的解算质量，对解算基线时作如下规定：(1)基线解算必须从有较精确WGS84坐标的2050框架点开始。(2)数据利用率至少达到90%，即数据剔除率不能超过10%。(3)如果某颗卫星的数据质量不好，剔除该卫星计算基线时，剔除该卫星后PDOP值不能超过6。(4)求解基线向量时，要采用双差固定解。对GPS观测成果应进行如下几项检核：(1)同步多边形环闭合差的检核：同步环坐标分量闭合差应小于3

29、ppm，其环线全长相对闭合差应小于5ppm。 (2)异步环闭合差的检核异步环闭合差是检核GPS基线质量的最重要的指标，异步环闭合差超限必须要返工。由若干条独立的GPS边构成N边形异步环闭合差应满足： (4-1) (4-2) (4-3) (4-4) (4-5)式中：n：异步环中基线边个数W：环闭合差； ：标准差；a：固定误差(mm)；b：比例误差系数(ppm)d：网中相邻点距离(km)6.4.5 补测与重测当异步环闭各差超限时，应分析、查明原因，及时重测质量较差的基线。对于由于点位不符合GPS测量要求而造成一个测站多次重测仍不能满足各项限差技术规定时，应另增造新点进行重测。复测基线的长度较差应满

30、足下式要求： (4-6)6.5 平差计算平差计算采用大学测绘学院的Power ADJ后处理软件进行处理，分两步进行，先在WGS-84坐标系中固定一点的WGS-84坐标进行三维无约束平差，然后在独立坐标系中进行二维约束平差。无约束平差后，基线向量改正数的绝对值应满足下列各式要求： Vx3 (4-7) Vy3 (4-8) Vz3 (4-9)约束平差在独立坐标系统中进行，输出结果包括重复基线互差统计表、同步闭合环统计表、异步闭合环统计表、平差结果统计表，平差结果统计表中包含基本平差信息、平差结果、GPS基线向量的残差、测站点位精度和误差椭圆元素、GPS测站间方向和距离的精度。基线向量的改正数与同名基线无约束平差相应改正数的较差应满足下列各式要求： dVx2 (4-10) dVy2 (4-10) dVz2 (4-12)7 2号线一期精密导线控制网设计方案7.1 工程概况2号线一期工程自汽车西站站金星大道站西湖公园站荣湾镇站橘子州站湘江大道站五一广场芙蓉广场迎宾路站袁家岭站火车站站东二环站万家丽路站古曲路站大道站体育新城黎托站新火车站黄花镇光达村站止，线路全长22.262km，均为地下线，设站19座，均为地下车站，平均站间距1186.6m。该线路途径地段繁杂，其中：新火车站黄花镇光达村站为城郊地区，体育新城黎托站新火车站为施工地段，其他路线为城