南昌城市轨道交通工程GPS控制网的建立方法陈荣林南昌市测绘勘察研究院南昌 330038摘要：介绍南昌城市轨道交通工程控制网的建立方法，重点对轨道交通工程控制网的基准设计和图形设计的方法进行讨论，对GPS技术在高精度工程控制网测量中的应用提出几点看法关键词：轨道交通工程控制网 GPS1、南昌轨道交通1、2号线工程简介轨道交通是一个城市经济社会发展达到较高水平的象征，是一个城市整体形象和品位的展示。
南昌轨道交通1、2号线工程建设的启动，标志着南昌市的交通迈向轨道交通时代，将整体提高南昌市城市综合实力，缓解中心城区交通压力，改善城市环境，提高城市居民的生活质量。
南昌轨道交通1号线由双港大道站至奥体中心站，2号线由红角洲的高速客运西站至城区的玉带河站，总长度分别为28.4公里和24.7公里。
沿线穿越蛟桥镇、经济技术开发区、红谷滩新区、东湖区、西湖区、青山湖区、高新技术开发区等，线路在赣江东侧呈东西走向，在赣江西侧呈南北走向，其中东西跨越约22公里，南北跨越约16公里，全部采用地下形式敷设，沿途设置地下车站共43座。
沿线有城市老城区的商业繁华区和建筑密集区，跨过艾溪湖、八一广场、赣江等地质条件复杂区域，对工程控制网的测量提出了很高要求。
2、轨道交通工程GPS控制网的设计2.1、轨道交通工程GPS控制网设计要求（1）、工程建设前应在城市二等平面控制网的基础上，建立专用的平面施工控制网，其与原有城市控制网重合点的坐标较差应小于50mm。
（2）、轨道交通工程平面控制网分两级布设，一等网为卫星定位(GPS)控制网，二等网为精密导线网。
（3）、若城市轨道交通工程线路轨道的平均高程与城市投影面高程的高差影响每千米大于5mm时，应采用其线路轨道的平均高程作为投影面高程。
（4）、轨道交通工程一等GPS控制网的平均边长约3.0公里，相邻点的相对点位中误差小于±10mm，最弱点的点位中误差小于±12mm，最弱边的相对中误差小于1/10万（5）、轨道交通工程一等GPS控制网的基线平差精度评价要求：无约束平差后：基线向量改正数的绝对值应满足：VΔx≤3σ、VΔy≤3σ、VΔz ≤3σ（σ为标称精度）；约束平差后：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：dVΔx≤2σ、dVΔy≤2σ、dVΔz≤2σ；2.2、轨道交通工程GPS控制网的基准设计GPS控制网的基准设计主要是确定坐标系统（基准）的参数、起算数据及起算点的可靠性。
（1）、轨道交通1、2号线工程在南昌城建坐标系统中存在较大长度变形南昌城建坐标系统参数为：中央子午线为115度30分，投影面高程为参考椭球，参考椭球为克拉索夫斯基椭球，投影方式为高斯投影。
因轨道交通1、2号线工程范围距离中央子午线115度30分约在25-50公里之间，工程平均面的高程为黄海高程约10米（距参考椭球面高度约58米）。
因此，轨道交通工程平均高程面上横向东西跨度每公里长度的投影变形和高程归化改正值如下表：横坐标平均值Ym（Km）投影变形PPm (mm/Km)工程面高程Hm(m)高程归化PPm (mm/Km)合计长度变形PPm (mm/Km)备注10 1.2 10 -9.1 -7.920 4.9 10 -9.1 -4.225 7.7 10 -9.1 -1.4 轨道交通工程范围30 11.1 10 -9.1 +2.0 轨道交通工程范围35 15.1 10 -9.1 +6.0 轨道交通工程范围40 19.7 10 -9.1 +10.6 轨道交通工程范围50 30.7 10 -9.1 +21.6 轨道交通工程范围上表中，在南昌市城建坐标系统中，轨道交通工程所在范围内横向东西跨度每公里长度的投影变形和高程归化的影响均大于5毫米，同时有15公里的横向东西跨度范围，每公里长度合计变形大于5毫米，均超过《城市轨道交通工程测量规范》要求。
因此，必须建立新的轨道交通工程平面坐标系统及参数。
（2）、轨道交通工程平面坐标系统参数确定的依据通过调整中央子午线和投影面的高程，建立轨道交通工程平面坐标系统及参数，使得：①、城市轨道交通工程线路轨道长度的高程归化影响值：每千米小于5毫米；②、城市轨道交通工程线路轨道长度的投影变形影响值：每千米小于5毫米；③、尽量使长度的高程归化值和投影变形值的合计影响值最小；（3）、南昌轨道交通工程平面坐标系统的参数①、1954年北京坐标系（克拉索夫斯基椭球，高斯-克吕格投影）②、中央子午线：115度55分③、投影面高程：黄海高程H=10米（4）、换算和转换方法通过下列步骤，将现有南昌城建平面坐标换算和转换到轨道交通工程平面坐标系统上：①、坐标换带：按高斯换带公式计算，消除投影变形的影响。
②、高程归化改正：根据高程归化改正原理，按四参数（DX=0、DY=0、α=0、K=9.1ppm）进行转换计算，消除高程归化的影响。
③、通过正射转换（四参数DX=40705.528m、DY=67.911m、α=-0.1956°、K=1.000），使某同一点在轨道工程坐标系统中的坐标值的数字与在南昌城建坐标系统中的坐标值数字最为接近，从而可以方便地与城市规划进行衔接。
(5)、对起算数据（现有城市二等GPS控制网点）进行复测检验及选择利用①、选择轨道交通1、2号线工程周边的现有4个城市二等GPS点：JX7、GPS160、GPS110、GPS401组成检测网。
按《全球定位系统城市测量技术规程》中的二等GPS 控制网的测量要求，采用4台leica SR530 GPS接收机同步观测2时段，进行检测。
②、检测网以GPS110、GPS401、JX7为已知点进行约束平差，检测点GPS160的检测值与已知点坐标值较差为5.7mm＜50mm，所以四个城市二等GPS点可以作为轨道交通工程一等GPS控制网的起算数据。
并将起算点的城建系统坐标换算和转换为轨道交通工程坐标系统的坐标。
2.3、轨道交通工程一等GPS控制网的图形设计GPS控制网的图形设计主要包括网的连接方式和观测方案，主要考虑同步接收机数量、时间段的连接方式、重复设站率、独立基线向量的选择等。
（1）、GPS控制点的选择和标石埋设①、工程一等GPS平面控制点选在轨道交通沿线和两侧、施工变形区外的建筑物楼顶上或视野开阔的地面且易于长期保存的地方，点位便于安置接收机和操作，有利于其他测量手段进行扩展和联测，点位均远离大功率无线电发射源和高压输电线等。
②、当点位选在站点附近的屋顶上并可直接用于施工的点，在楼顶承重结构上埋设强制归心观测墩。
其他点位可埋设普通基本标石。
③、相邻点尽量相互通视，相邻GPS点间距在城区建筑密集区约为2.5KM；其他区段约为3.5KM；④、工程一等GPS控制点共埋设强制归心观测墩10个，普通基本标石16个。
（2）、轨道工程一等GPS控制网的图形设计南昌轨道交通1、2号线工程一等GPS控制网，选取4个城市二等GPS点与新选的22个控制点组成，分两级观测，即先由4个城市二等GPS点组成检测网，再由26个控制点组成轨道工程一等GPS控制网。
按边连接方式扩展布设。
南昌轨道工程一等GPS控制网布设示意图南昌轨道工程一等GPS控制网的主要设计指标：总点数26 必要基线数25 同步接收机数量8 多余基线数24观测时段数7 复测基线数34总基线数162 总体可靠性指标0.49独立基线数49 平均设站率 2.2总体可靠性指标0.49＞0.3，平均设站率2.2＞2.0。
符合《城市轨道交通工程测量规范》的要求。
3、GPS控制网外业观测GPS控制网按静态观测方法，采用6台leica SR530和2台leica 1230双频GPS 接收机进行同步观测。
根据按卫星星历预报编制的观测计划进行观测组织，天线安置严格整平对中，天线的定向标志指向正北。
卫星高度角≥15度，有效观测卫星数≥4，PDOP≤6，观测时段长120分，数据采样间隔10 秒。
每时段开机前后取天线高，平均值为天线高的最后结果。
由于控制点标石有强制归心观测墩和普通基本标石，观测用的接收机也有两种型号，因此丈量天线高时要特别注意天线的垂直偏差情况要记录清楚。
观测过程中，要尽量避免外界干扰。
4、轨道交通工程一等GPS控制网数据处理4.1、基线解算采用“Leica LGO 7.0 GPS数据处理系统”进行基线解算。
基线解算时，选择观测时间较长和观测条件较好点作为单点定位点，单点定位点的WGS84坐标作为GPS控制网的WGS84起算坐标。
按优先推算路线逐条解算GPS基线，构成GPS基线网，如图所示。
对不符合要求的基线观测值，要分析原因，消除影响因素,对确实不能满足要求的基线予以删除。
在GPS基线网的32个异步环中，最大的环闭合差为47.1mm，其允许值为72.0mm （环DT1006—DT1010—GPS013，环基线长9873.4米，环闭合差允许值W=2√(3n)σ）。
34条复测基线中，复测基线较差相对最大的为28.1mm，其允许值为30.2mm（为基线DT1006—Ⅳ-442，基线长1924.7米，复测基线较差允许值W=2√2 σ）。
4.2、GPS控制网平差采用“同济TGPPS数据处理软件”进行GPS控制网平差。
（1）、在WGS84坐标系中进行三维无约束平差无约束平差：基线向量改正数的绝对值的最大值为：VΔx=3.4mm＜3σ、VΔy=35.5mm＜3σ、VΔz=35.1mm＜3σ。
（基线DT1006—DT1002，基线长为5394.4米， 3σ=44.1mm）（2）、二维约束平差①、采用4个城市二等GPS点的坐标作为约束条件，进行二维约束平差。
②、二维约束平差：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的最大值分别为：dVΔx =0.7＜2σ、dVΔy =3.0＜2σ、dVΔz=1.1＜2σ。
（基线为GPS160—GPS013，基线长为2568.7米，2σ=22.6mm）。
③、约束平差后：最弱点2-2025的点位中误差M=5.7mm小于允许的最弱点点位中误差12mm。
④、最弱边4-469—2-2025的相对中误差1.74PPM=1/57.4万，小于允许的最弱边相对中误差1/10万。
（3）、结论从上述平差结果的各项精度指标可以判定：南昌轨道工程一等GPS控制网的测量精度达到设计要求，完全满足《城市轨道交通工程测量规范》要求，5、GPS控制网基线边长检测为了保证轨道工程一等GPS控制网的可靠性，确保能够满足轨道工程施工要求，采用高精度全站仪leica1700，检测了3条GPS控制网的边长，经改正计算，并投影在轨道交通工程平面坐标系上，与GPS控制网的平差结果进行比较，情况如下：序号检测边平差结果S（m）检测S（m）△S（m）△S/S 限差备注1 DT1004—DT1007 2190.5657 2190.5756 -0.0099 1/22万1/10万符合要求2 DT1002—GPS013 2945.3905 2945.4002 -0.0097 1/30万1/10万符合要求3 DT1004—GPS003 2367.6596 2367.6587 0.0009 1/263万1/10万符合要求上表检测边长的相对中误差，精度高于《城市轨道交通工程测量规范》要求。