现代有轨电车基准框架的设计和建立

蒋胜华，张晓章，郑岘，王磊

(武汉市测绘研究院，湖北 武汉 430022)

现代有轨电车基准框架的设计和建立

蒋胜华*，张晓章，郑岘，王磊

(武汉市测绘研究院，湖北 武汉 430022)

结合有轨电车工程实例，探索出一条现代的城市有轨电车基准框架建立的方法；讨论了综合运用静态GPS技术、连续运行卫星定位服务系统、水准测量等多种测量模式时所出现的相关问题；并对多种测量模式在现代有轨电车基准框架建设中的应用研究以及如何提高测量精度和可靠性等方面作了一些探讨。

有轨电车；基准框架；GPS控制网；数据处理

1 引 言

现代有轨电车是一种新型绿色的公共交通方式，具有安全、环保、运营成本低、舒适性好、交通效率高等优点，既弥补了轨道交通覆盖率低的缺陷，又改善了常规公交运量不足的弱点，对城市格局、多模式多层次的公共交通系统以及产业发展起到关键的推动作用，具有重要的战略意义[1]。而在现代有轨电车的建设中，为了提供必要的图件和资料用于制定合理的施工方案，保证有轨电车建设项目后续工作的顺利进行，现代有轨电车基准框架的设计和建立就显得至关重要。

在GPS技术广泛应用之前，线状工程普遍采用全站仪导线测量的方式建立能够覆盖测区范围的工程控制网框架，并在此基础框架下完成工程所有的测绘和测设工作[2，3]。由于目前卫星导航技术得到突飞猛进发展，卫星定轨精度的提高、各种误差模型的精化、模糊度固定求解算法的改善以及高精度数据事后处理软件的发展，都极大地推动了GPS技术在工程测量领域的应用[4]。本文以某城区有轨电车工程为例，详细介绍了如何综合运用静态GPS技术、连续运行卫星定位服务系统、水准测量等多种测量模式实现现代有轨电车基准框架的设计和建立，并对GPS数据处理过程以及如何提高测量精度的工程测量方案进行探讨。

2 有轨电车基准框架规范要求

建立符合城市坐标系的有轨电车测量基准框架是所有测量工作的基础，直接影响到项目建设后续工作的顺利进行。按照GB50308-2008《城市轨道交通工程测量规范》、CJJT73-2010《卫星定位城市测量技术规范》和CJJ/T 8-2011《城市测量规范》等相关规范的要求，有轨电车工程需首先布设首级卫星定位控制网[5]。其难点在于首级控制网需要满足D级卫星定位控制网和二等水准网的要求，精度指标如表1和表2所示。由于现代有轨电车工程具有长宽比例大、测区带状分布、路线主要经过城区等特性，使得控制网的建立也存在一些特殊性[6]。另外在实际工作中，由于静态GPS技术、连续运行卫星定位服务系统、全站仪测量、水准测量等新老测量模式的综合利用，能否保证各测量模式均在一个测绘基准中使得控制点间的系统误差尽可能小，便成为影响工程质量好坏的关键。

D级GPS控制网的精度标准 表1

其中，基线精度按式(1)计算：

(1)

式中，σ表示标准差，即基线向量的弦长中误差(mm)，a表示与接收设备有关的固定误差(mm)，b表示比例误差系数(1×10-6)，d表示相邻点间的距离(km)。

水准网的精度标准 表2

其中：L表示水准路线长度，单位为km。

3 有轨电车基准框架的设计

控制网选点时应均匀布设在整个测区，有利于控制整个区域，方便地形图测量，尽量使控制网网点与国家各级控制网点重合，充分利用原有控制点的标石；控制网点之间应保持2个方向通视，点位的基础应坚实稳定，易于长期保存，视野开阔，并远离大功率无线电发射源[7，8]。

在武汉某城区有轨电车工程中，严格遵循从高级到低级布设控制网的原则，利用高等级控制点作为起算点进行施测[7，9]。平面控制网采用分级布设的方法，首级控制网采用静态GPS方式布设，并以三级RTK点加密；高程控制网采用直接水准的方式布设。测区周边B级GPS点2个，C级GPS点3个均为二等水准点，作为本工程控制起算依据，如表3所示。

测区基本控制点汇总 表3

本工程共布设D级GPS点27个(含三等水准点25个)，三级GPS RTK点73个，控制网点的统计情况如表4所示。

控制网点情况统计 表4

4 有轨电车基准框架的建立

4.1 D级静态GPS控制测量

为完成该城区有轨电车工程控制网的外业测量，数据采集所用的观测设备全部进行了鉴定并在出测之前均进行了对中器、水准气泡的检校，其中所用的GPS接收机均为南方S82-V系列双频接收机。

在静态GPS控制测量中，采用GPS网连式的方式进行同步观测，外业观测每个时段长度增加50%。分一期和二期布设控制网，实施数据采集工作，虽然保障了工期，但也带来了两期成果间的系统误差。为克服该项误差，保障有轨电车的顺利合拢，对两期控制点进行了重复观测，利用多种测量模式，增加多余观测值。

本文采用南方GPSPro Ver4.0软件来对两期控制网外业数据进行处理，得到基线向量的双差固定解以及测站坐标[10，11]。一期控制网得到有效基线91条，基线向量构成闭合环共计921个，其中同步闭合环224个，异步闭合环697个；二期控制网得到有效基线114条，基线向量构成闭合环共计 1 728个，其中同步闭合环633个，异步闭合环 1 095个。

在轨道工程中，控制网的内符合精度尤为重要，为分析本工程GPS网的内符合精度，将基线相对精度分布情况进行统计，其统计结果如表5所示。其中，两期控制网最弱边分别为GD01～GD02、GD16～GD18，最弱边相对中误差分别为1/125238、1/122617，满足设计要求。

在通过基线检验的基础上，选取有效基线组成三维GPS向量网，进行WGS-84椭球基准下的三维无约束平差。严格平差后，各点位的中误差如图1所示：

从图1可以看出，最小点位中误差为 1.78 mm(GD06)，最大点位中误差为 7.95 mm(GD24)，所有点位的中误差均优于设计要求的 12 mm。

图1 GPS控制测量点位中误差

4.2 三级RTK控制测量

在三级点的加密中充分利用了城区的连续运行卫星定位服务系统(WHCORS)。利用基于WHCORS的网络RTK测量技术，结合似大地水准面格网数值模型，实现了平面及高程的厘米级实时定位，取代了常规低等级控制测量，省去测量标志保护与维护的费用；此外在碎部点采集中也得到了充分利用，很大程度取代了常规的全站仪采集数据，降低测绘劳动强度和成本，大大提高了作业效率。

三级点的加密共布设控制点73个，施测前和施测后对高级控制点各检核一次，平面检测误差不小于 5 cm，满足规范要求。施测时，采用三脚架，严格进行了对中整平，PDOP值均控制在4.0以内，每次观测 3 min，分三个时段对同一点进行数据采集，其三次施测平面较差小于 ±2 cm，高程较差小于 ±3 cm，最后取其平均值作为RTK施测的控制成果。质量统计如表6所示。

在采用RTK测量时为加强检核，三级点与相邻高等级控制点进行了联测，共进行了40个定边定角检查，精度均符合设计要求，其中定角检查最大差值为23″，定边检查最大差值为 0.021 m。

RTK三级控制测量质量 表6

4.3 二等水准控制测量

水准测量利用数字水准仪(莱卡 DNA03 349033)及铟钢尺(50804 50809)进行施测，采用中丝读数法进行往返观测，两条线路分别起闭于二等水准点，共计三等水准点25个。水准测量外业观测中，严格按照设计书的要求进行，具体精度如表7所示。

水准测量精度 表7

以上结果表明，此次测量成果完全达到设计书的要求，即达到《国家一、二等水准测量规范》的限差要求，也即优于《城市轨道交通工程测量规范》的二等水准要求，完全满足项目的施工等各项要求。

5 结 语

现代有轨电车的建设，既弥补了轨道交通覆盖率低的缺陷，又改善了常规公交运量不足的弱点。建立一套符合城市坐标系的有轨电车测量基准框架对后续现代化有轨电车建设意义重大。

本文结合某城区现代有轨电车建设工程实例，探索出一条符合规范的城市有轨电车基准框架建立的方法。以D级静态GPS控制网作为基准框架的首级控制网，高程控制网采用二等水准的方式布设，并充分利用城区CORS网络RTK测量技术，结合似大地水准面格网数值模型，实现平面及高程的厘米级实时定位，取代了常规低等级控制测量，为后续有轨电车建设工作提供了宝贵的经验。

为保证基准框架的内符合精度满足要求，除增加观测时段长度、增加重复设站次数等措施外，静态GPS、CORS、水准测量等多种测量模式的综合运用能够相互印证数据的准确性，保障了成果的可靠性。

[1] 崔亚南. 现代有轨电车应用模式及区域适用性评价研究[D]. 北京：北京交通大学，2012.

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[4] 蒋胜华，郑岘，薛卫星. 城区有轨电车首级控制网的设计研究[J]. 城市勘测，2015(5)：95～98.

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[6] 马全明. 城市轨道交通工程精密施工测量技术的应用与研究[J]. 测绘通报，2010(11)：41～45.

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Design and Establishment of Modern Tram Reference Framework

Jiang Shenghua，Zhang Xiaozhang，Zheng Xian，Wang Lei

(Wuhan Geomatic Institute，Wuhan 430022，China)

Combining a tram engineering instance，an establishment method of modern tram reference framework is explored in line with norms，and the issue is discussed when using multi-mode measurement techniques，including static GPS，CORS，leveling surveying，etc. This paper also makes some discussion on the application of multi-mode measurement techniques in city tram building and how to improve the measurement accuracy and reliability.

tram；reference framework；GPS control network；data processing

1672-8262(2017)03-94-03

P228，P258

B

2016—07—29

蒋胜华(1984—)，男，高级工程师，注册测绘师，主要从事城市勘测技术管理工作。