上海隧道工程质量检测有限公司  上海闵行  201109
        摘要：本文对地铁工程建设过程中GPS静态控制测量的作用和优点进行论述，并通过工程实例验证了GPS静态控制网能够有效的保障工程精度。
        关键词：GPS静态1；控制测量2；地铁工程3
        Application of GPS static control measurement in metro engineering
        JIANG Ling-Peng
        Abstract：In the course of subway construction，the accuracy of the measurement control network greatly affects the overall quality of the project.This paper discusses the functions and advantages of GPS static control measurement in the course of subway construction，and verifies that GPS static control network can effectively guarantee project accuracy by engineering examples.
        Key words：GPS static；control measurement；metro engineering.
       
       
0 引言
        近年来，我国越来越多的城市加入到地铁建设的行列。作为大运量快速城市公共交通系统，地铁已成为许多都市用以解决交通堵塞问题的重要途径。在地铁施工过程中必须要建立测量控制网，用于各结构部位的测量放样，并为盾构掘进和后期运营监测提供起算依据。因此，控制网的精度将在很大程度上影响地铁工程的总体质量。1
        1 GPS静态控制测量优势
        采用传统全站仪进行控制测量虽然单站精度较高，但是控制网的测量误差随着线路长度的延伸不断累积。地铁线路一般穿越市区，长度超过20km，若经过10~20测站的传递，则控制点的精度难以保证，再进行现场测量放样，此时的精度很难满足地铁重要结构测量放样1cm的精度要求。
        近年GPS测量技术不断发展，现已广泛应用于工程测量的诸多领域，尤其是在采用静态控制测量建立大范围控制网方面优势明显！GPS测量具有无需通视、误差分布均匀、精度高、可全天候作业的特点，与传统全站仪测量相比，效率大大提高，能大幅度节省人力和时间。
        2 GPS静态控制测量原理
        GPS静态机主要用于控制测量，以载波相位作为基本观测量、以相对定位模式确定各控制点之间的相互关系。测量时将多台GPS静态接收机安置在待测控制点上，接收机设置成静态模式，对相同的GPS卫星进行同步观测，通过软件计算各测站在WGS-84坐标系中的相对位置或基线向量，再引入已知点从而算得各测站点的坐标。多部接收机同步观测可有效减弱、消除由于卫星轨道误差、卫星钟差、接收机钟差、电离层对流层折射误差的影响，从而提高静态测量的精度，是目前GPS定位中精度最高的方法。
        3 工程实例
        3.1 工程概况
        福州市城市轨道交通4号线一期工程线路全长28.4公里，共设23座地下车站和2座停车场。其中1标段全长约9.57公里，位于福州市仓山区和鼓楼区，区间横穿闽江，自橘园站至塔头站（不含洪塘路站及塔头站车站），共含8站9区间1停车场1出入场线。
        3.2 精度要求
        工程采用坐标系为福州城市地方平面直角坐标系，测区中央子午线经度为119°18′23.05134″、克拉索夫斯基参考椭球，投影面大地高为0米，高程基准为罗零高程系统。根据第三方测量单位福勘院的交桩资料，本标段的GPS控制点有20个，采用全面网的布网形式，外业观测时采用整体向前推进的观测方案。按照《城市轨道交通工程测量规范》GB/T 50308-2017中二等控制网[1]的精度要求进行测量，复测成果与第三方测量数据较差不得大于10mm。
       
        图1 福州市城市轨道交通4号线一期工程1标段控制网布置图
        3.3 工作进度
        本次GPS静态控制测量投入人员6人，仪器为6台中海达V90（静态平面定位精度：±2.5mm+1ppm）。采用边连接的方式进行观测（即每个异步环之间观测1条公共边），每站独立观测2个时段，每时段观测60分钟，数据采样间隔为10s。共计观测5个异步环，外业工作时间为4天，内业处理时间为2天。
        3.4 GPS首级控制网精度分析
        GPS外业观测原始数据用中海达V1.1.2数据处理软件进行处理，首先检查现场手簿记录准确性（检验测站号、仪器高等原始数据是否合规），再删除掉频繁失锁及接收时间太短等影响数据质量的卫星信号，然后进行基线解算，满足规范精度指标后，依次通过三维网无约束平差、二维约束平差、闭合差、重复基线较差计算，最终生成平差报告。
        以目前开工的金牛山站所在第二个观测环的首级控制点为例，我方和第三方所测成果对比如表1所示。
       
表1 我方和第三方首级控制网成果对比一览表
               
由表1可知，GPS静态控制测量的成果精度极高，双方所测成果差值均在5mm以内，是采用传统的全站仪导线测量方式难以达到的。
        3.5 全站仪导线测量二级加密控制网精度分析
        针对金牛山站布设二级加密导线控制网，用于该项目后续测量放样工作。金牛山站加密控制点为JM1~JM4四个点，导线测量线路为5G13-5G16-JM1-JM2-JM3-JM4-4G06-4G07，所用全站仪为索佳CX101（标称精度：1″，1+1ppm），按照《城市轨道交通工程测量规范》GB/T 50308-2017中三等控制网的技术要求进行测量，利用“科傻地面控制测量数据处理系统”进行严密平差。由于起始边和结束边均源自GPS首级控制网成果，精度较高，严格约束了该加密线路的误差传递，可以预见能够得到极佳的测量精度！经平差处理后的加密控制测量成果亦证明了这一点，详见表2。
       
表2 金牛山站加密控制点复测成果对比一览表
               
4、注意事项
        采用GPS静态控制测量的方法布设首级控制网，再通过全站仪导线测量的方式布设二级加密网，在作业效率和成果精度上较传统导线测量具有极大的优势，尤其在大范围控制测量方面，GPS静态测量已经逐步取代了传统的导线测量方法。在GPS静态控制测量过程中，应采取有效措施保障控制网的可靠性和精度。
        ①GPS首级网布设时控制点位置应便于观测和使用，尽量抢占制高点确保视野开阔，向上15°视角范围内避免有障碍物。点位选取亦要顾及地铁车站位置、便于后续进行加密控制测量；
        ②控制网应尽量包括符合条件的已有控制点，由此可比较控制点在原控制网中的坐标差异，提高坐标系转换的精度；
        ③受到地铁线路走向的约束，首级网一般呈现狭长型，为了获得更多的多余观测量、提高精度，异步环之间必须采用边连接方式，使控制网具有更高的图形强度；
        ④作为首级网，每个闭合环的独立基线数不大于6条，每个控制点应分别通过独立基线与两个以上的相邻点连接；
        ⑤测量过程中应增加观测期数，得到更多的独立基线数，提升控制网精度；
        ⑥保证一定的重复设站次数，观测多个时段时，在每个时段必须重新架设仪器和测量天线高，避免此过程中人员因素的影响；
        ⑦在平差前必须对用于约束平差的已知点进行精度分析，高精度的已知点可以有效提升整个首级控制网的精度；
        ⑧作为地铁工程的首级网，不应仅仅满足于规范精度，在精度上应留有一定的余量，若首级控制网能够获得高精度，则在二级加密网中起算数据的误差就很小、甚至可以忽略不计，将大大益于后续的工程质量。
        5 积极意义
        为提高整个地铁工程控制网的精度，沿地铁线路先使用GPS静态控制测量布设首级网，作为整个工程控制网的骨架，再使用高精度全站仪进行控制点加密，此项技术能够大大提高控制网精度、确保工程质量，势必将在地铁工程中得到越来越广泛的应用！
        作者联系方式

                        参考文献
        [1]GB/T 50308-2017 城市轨道交通工程测量规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2017.
        [2]李征航，黄劲松.GPS测量与数据处理[M].武汉：武汉大学出版社，2005.
        作者简介：姜凌鹏（1985-），男，江苏无锡人，工程师，从事工程测量及检测工作。