特大区域城市轨道交通首级控制网建设研究

刘 敏

（1．广州市城市规划勘测设计研究院，广东 广州 510060）

轨道交通工程线路控制网作为城市轨道建设的一个重要组成部分，具有控制全局与指导生产的作用。本文以广州城市轨道控制网建设为切入点，分析了特大区域城市首级控制网建设的难度与技术特点，从规程建设入手建设高精度空间坐标基准，从底层设计上保证了高精度与全覆盖；在数据观测、数据处理及其后期维护方面进行了大量的技术创新，为特大区域城市轨道首级控制网建设提供了典范。

1 建设难度与技术特点

特大区域城市轨道交通首级平面和高程控制网的精度与可靠性是地铁施工的精度质量基础，具有以下特点：

1）建设周期长。广州轨道交通建设历史证明，特大区域城市轨道建设经过一个长期过程，新旧城市轨道网之间的衔接、兼容是城市轨道建设无法回避的技术问题。

2）控制面积广。由于要为整个轨道交通线路以及远景规划线路提供首级控制，因此涉及广州市所辖各区市，控制面积达8 000 km2。

3）精度要求高。轨道交通隧道贯通和线路建设等精密施工对控制测量的精度要求较高。例如，GB50308-2008《城市轨道交通工程测量规范》明确要求：最弱点点位中误差≤±12 mm，相邻点相对点位中误差≤±10 mm，最弱边相对中误差≤1/100 000，不同线路控制网重合点坐标较差≤±25 mm等[1]。

4）新旧线路衔接难度大。广州市轨道交通平面控制网建设覆盖全市10余条不同时期、不同阶段建设的线网，存在新旧控制网的协调以及点位兼容等难题。除要求控制网本身的高精度外，还应保持精度均匀性，以满足地铁隧道高精度的贯通要求和各轨道线路之间的连接一致性要求。

5）控制点选点要求高。规范设计要求每个站点有一个平面控制点，且每个控制点至少2个通视方向，同时要求在轨道线路交叉地方尽量利用原轨道交通控制点，从而增大了外业选点的难度。

6）控制网情况复杂。轨道建设线路（已建成线路9条、在建线路13条、远景规划若干条）与国家高速铁路网（武广高铁、贵广高铁、广珠城际高铁等）、城际轨道交通网（广佛地铁、穗莞城际轨道交通）衔接，要求轨道首级框架网具有良好扩展性，要实现各线路异构网的融合，为国家高速铁路网、城际轨道交通网、城市轨道交通网建设提供空间框架支撑。

7）外业观测难度大。广州市轨道交通建设线路大多位于中心市区，对于精密GPS测量和精密水准测量而言，观测环境较差、测量难度较大；此外，广州地处珠江三角洲冲积平原，市内河流众多，珠江等超大河流密布，跨河水准测量距离较远，不利于水准外业观测的实施，既对跨河水准提出更高要求，也增加了水准网优化设计的难度[2]。

2 关键技术

2.1 多投影带重叠投影技术

本项目针对特大区域多个跨带及其投影带边缘精度不高的特点，在原有地方坐标（广州市平面坐标系）的基础上，改变原有的克拉索夫斯基椭球参数，采用与国家高铁控制相一致的WGS84参考椭球，同时对原有地方坐标系中央子午线进行平移，建立东投影带坐标系，为特大区域城市轨道交通建设提供与历史资料相兼容的，与其他线网相衔接的统一平面基准体系。

针对特大区域城市轨道交通建设特点，采用尊重原平面坐标系统、改变参考椭球参数及投影子午线等方法，解决了原地方坐标系统投影带覆盖不全、边缘精度不高等问题，满足了特大区域城市轨道交通跨带的设计、施工、管理、运营等多方面的要求[3]。

2.2 城市轨道首级控制网稳定性与可靠性技术

本项目在选点及其点位布设上，参照INSAR地面历史监测数据与GZCORS浅层地壳监测成果，采用图形优化方法，科学选点，有效保证了控制网网点的可靠性与稳定性；在点位埋设上，充分考虑保存与利用的双重需要，采取基岩钻孔点位的建立方法，埋设高稳定性的基岩控制点，有效保持点位稳定性；在点位稳定性监测上，与GZCORS站进行联测检测，实现了控制网稳定性的实时动态化监测，保证了整个控制网的可靠性[4]。

2.3 多网络整体平差技术

本项目建立城市轨道框架网，实现了城市轨道首级控制网的全覆盖，并保持良好的兼容性，实现了与轨道交通历史控制网的整体平差，有效地保证城市轨道交通控制网的精度与良好扩展性。首先利用重合点及其历史观测数据进行总体平差，保持控制网总体兼容性与精度统一，较好解决了现有轨道与新建线路接驳精度问题，保证新建轨道控制网的可扩展性与可利用性；其次规范了数据处理策略，确定平差模型、参数设置、相关分级精度指标与观测、复测模式，较好地解决了城市轨道框架网与分级网、施工网施测、数据处理等关键技术问题[5]。

2.4 快速、高效生产作业模式

本项目在施测过程中，充分利用连续运行基准站无人值守、连续观测的优势，如联测了GZCORS系统横沥、沙头、五山、永和以及新华等5个基准站。通过引入连续运行基准站增加了全网站点数，增强了控制网图形强度，强化了网形联系，大大提高了全网解算精度和成果可靠性。

本项目在实施精密水准观测时，针对北部山区特点，采用精密三角高程、GPS跨河水准观测（结合GZGEOID）等一系列新技术，替代一部分二等水准观测方式，减少了传统水准测量外业工作量。全网约370个水准点，共进行二等水准测量1 149 km（如按常规二等水准观测，设计长度超过4 000 km），其中跨河水准测量30余处（其中约60%采用GPS跨河水准观测）。

2.5 三维空间框架体系融合应用

广州市三维空间框架体系主要包括GZCORS与GZGEOID支撑成果[1]。本项目将GZCORS全天候观测星历数据与轨道交通首级控制网观测数据进行融合，有效保证了城市首级平面网与轨道交通首级控制网的高度兼容；在城市轨道交通高程网水准整体平差时，引入GZGEOID成果作为约束因子，有效提高了城市轨道网高程精度[5,6]。

3 应用效果

本项目的研究成果成功地在广州市城市轨道首级控制网建设中得到全面应用，实现了全市10余条不同历史时期新旧控制网（国家铁路、城际轨道交通网）的大规模精密衔接，也为今后广州市轨道交通的后续规划线路预留充分的发展空间。提交的成果已在地铁线路及站点详细设计、施工导线网布设、隧道精密掘进、无碴轨道铺设以及施工及运营安全监测等各项工作中得到了广泛应用，取得了显著的效益[7]。

[1]付仲花，刘静. GPS在地铁控制测量中的应用[J].地理空间信息,2013,11(1)：45-48

[2]李春华, 张献州. GPS技术在成都市地铁建设中的应用[J].测绘工程, 2003, 12(3)：26-28

[3]张亚勇. 二等跨河水准测量在城市轨道交通工程中的应用实例分析[J].铁道勘察, 2008(3): 29-30

[4]姜雁飞，唐红军. 利用GPS建立城市轨道交通专用坐标系和平面控制网的探讨[J].测绘通报, 2010(9): 19-22

[5]杨光.基于CORS平台的三维坐标在线转换系统[J]. 测绘通报, 2008(11)：10-13

[6]杨光，林鸿，欧海平，等. 广州市亚厘米级高精度似大地水准面的确定[J]. 测绘通报，2007(1)：24-32

[7]黄义勇，李珊. 城市轨道交通控制网布设及数据处理方案[J].城市勘测,2009(4)：36-37