论构建城市轨道交通工程测量控制网的必要性

付绅 （延安大学西安创新学院，陕西　西安　710100）

【摘 要】摘　要：本世纪以来，我国城市轨道交通工程建设蓬勃发展，为其服务的城市轨道交通专用控制测量技术也随之发展起来.然而，我国城市轨道交通事业起步晚，在大规模建设过程中仍然存在众多问题.城市轨道交通工程测量如何结合自身工程特点，引进工程测量高新技术以得到不断完善、创新和进步，是一个新的课题.原城市控制网已不能满足大规模建设的需要，建立一个覆盖全部线路的整体控制网是必要的.

【期刊名称】赤峰学院学报（自然科学版）

【年(卷),期】2016(000)001

【总页数】3

【关键词】城市轨道交通；控制网；建设；必要性

1　引言

2014年初，世界人口突破72亿.人口数量的迅速增长与社会水平的不断提高，使担任城市交通主角的汽车产量骤增，在土地资源有限的市区，道路交通所固有的平面交叉、空间冲突等引发了大中型城市普遍的道路交通拥挤、堵塞等问题，对市民的正常出行和经济活动效率产生了严重影响，也带来了环境污染、能源危机等一系列负面效应，成为制约城市发展的重要瓶颈.目前公认的解决城市交通拥堵的对策，是发展以轨道交通为骨干、常规交通为主体的城市交通体系，这是解决城市资源与环境危机的重要措施，也是城市可持续发展的重要途径.

近年来，我国数十个城市相继开展了大规模的城市轨道交通建设.GB503088-2008《城市轨道交通工程测量规范》对交通轨道交通单条线路是设计、施工、运营各阶段所涉及的控制测量、地形测量、专项调查与测绘、线路定线及纵横断面测量、车辆段测量、联系测量、车站、高架结构测量、铺轨基标测量等做了详细的技术规定，对工程建设有重要的指导作用.与此同时，国外发达国家则致力于将城市轨道交通与城际铁路、高铁等形式衔接起来形成现代化的交通网络.我国也加大了城市轨道交通建设力度，各大城市陆续出台了以地铁、轻轨等轨道交通形式为主的公交交通网近、远期规划，城市轨道交通进入飞速发展时期.

2　城市轨道交通控制网现状

我国最早对城市轨道交通进行明确定义是在1985年的《城市公共交通常用名词术语》中，当时的定义是：“通常以电能为动力，采取轮轨运转方式的快速大运量公共交通之总称.”一般包括城市地铁、轻轨交通、有轨电车等.80年代中期国家首次将建设大城市轨道交通列入议事日程.1994年《中国二十一世纪议程》中确定“在城市中流量大的交通走廊，规划建设大容量的快速轨道交通和地铁客运交通.发展多种形式的城市客运交通工具”.此后我国开展了大规模的城市轨道交通工程建设，城市轨道交通专用控制测量技术也随之发展起来.

由于轨道交通一般以线路为单位，呈条带状，早期城市轨道交通工程测量的理论和方法主要来源于公路、铁路、矿山、隧道等工程测量领域.1958年，北京市筹备修建地铁，控制测量工作先行，确立了以三角测量方法布设相对点位误差在1～2公分的控制网基本思路.此时，我国测绘事业正处于起步和摸索阶段，主要为工程设计和施工提供地形资料和施工放线等常规工作，服务于工程建设前期.并且没有相应的规范可供执行.我国于50年代初期开始建立统一的大地控制网，60年代末基本完成.北京市区三角网是在1950年委托军委测绘局建立的，经过1956年开始的控制网改建，已形成控制面积四万平方公里的主干控制网及加密了一些地区的三等三角点.

20世纪80年代开始，我国工程测量技术发生了根本性的转变，工程测量从简单的地形测绘、施工放样发展到地形图、管线图测绘、线路初测和定测、专用控制网测量、施工放样测量、贯通测量、铺轨和设备安装测量、竣工测量、规划验收测量等.与此同时，以全站仪、数字水准仪、GPS为代表的先进测绘仪器也逐步应用.导线测量实现了外业观测的数字化与计算机记录；导线平差软件的不断完善，提高了内业计算的效率，城市一二级导线网复测基本进入良性循环.80年代初期，一些院校和科研单位开始对GPS技术应用进行研究.80年代中期，我国有关部门开始研制导航型接收机，并在多领域开始引进这项技术.

80年代末，各国已将GPS技术成功用于大地测量和精密工程测量，特别是隧道工程，如加拿大太平洋铁路Rogers山口麦克唐纳山隧道、美国的Locarno隧道等.通过广泛实践，GPS在精度和效益等方面取得明显的效果，获得优异成绩.1990年我国铁路系统在云台山隧道原有的光电导线地表平面控制网基础上，对GPS测量精度进行了实验测试，成为GPS测量技术在国内铁路隧道控制测量中的首次应用，实践结果证明了GPS技术的定位精度满足长大隧道贯通对地面控制精度的要求.90年代，GPS技术已广泛应用于建立、改造和加密测量控制网，包括国家等级大地网、城市测量控制网、矿区、油田测量控制网等.经多年科研和生产实践已积累了丰富经验，1992年，国家测绘局发布了我国测绘行业标准《全球定位系统（GPS）测量规范》来规范GPS测量生产和成果的质量.

最早采用GPS进行首级控制测量的城市轨道交通工程是1990年的北京地铁复八线.该控制网布设成单三角锁，由10个点构成.10点中纳入了2 个I等三角点，3个Ⅱ等三角点，即全网共有5个已知点，5个未知点，全网东西长11.6km，南北宽1.2km.高差46m，点间距离平均为2.2km，最长4.6km，最短1.0km.以车站附近的复兴门、商业部和市委3个GPS点定为控制测量的主控点，组成三种图案观测方案，采用2台WM101单频接收机观测，应用POPS 2.02后处理软件在AST-286微机上进行处理，并对成果进行分析，取得预期的效果.通过1994年对该GPS网复测与扩建证明，北京地铁复八线热八区间精密导线GPS测量是成功的，表现了GPS技术在测定精密导线点平面坐标时较高的功效，精度高，较短的工期内获取优质的测量成果.在此之前，铁道部第一勘测设计院和隧道局等单位在长边测量中已取得很好的效果，本次实践表明在短边测量中，GPS同样可以获得较好的精度.

进入90年代，随着我国城市轨道交通工程建设的快速发展，GPS已成为应用于北京地铁西客站预埋隧道、上海地铁、广州地铁等大型工程中.GPS的应用成果证明了该技术在地铁工程中的优势：效率高、费用省、成果可靠，完全满足地铁建设的需要.随着我国测绘技术领域的标准化和规范化日趋成熟.90年代中期，建设部委托北京城建勘测设计研究院作为主编单位，联合国内十几家科研、教学和从事生产一线的勘测单位，编制完成了《地下铁道、轻轨交通工程测量规范》和《地下铁道、轻轨交通岩土工程勘察规范》两部国家标准，填补了城市轨道交通勘测工作领域技术标准的空白，城市轨道交通工程测量开始规范起来.

3　目前城市轨道交通控制测量存在问题分析

我国城市轨道交通事业起步较晚，但发展迅猛、规模浩大.目前，城市轨道交通技术测量体系已基本建立，但随着我国城市轨道交通建设事业高潮的来临和测绘科学技术的迅速发展，一些问题逐渐涌现出来，亟待解决.

3.1　多阶段控制测量数据不一致

线路建设经历初期勘察设计、施工设计、轨道铺设、设备安装、运营阶段等多个阶段，各项测量工作有不同的采集精度和使用参考.如在规划选线阶段，城市轨道交通工程控制网尚未建成，主要依据城市现有大比例尺地形图、航空摄影测量、卫星遥感、地下管线等资料，这些数据呈现多源性，时间、精度、分辨率等有较大差异.尽管各城市陆续将这些数据整合到基于GIS技术建设的城市基础信息数据库，但由于新旧城市坐标系的差异、数据采集时间和精度等的限制，数据的一致性和基准的统一仍然没有得到切实的解决.这可能造成初期选线与施工设计等阶段的测量结果不一致.

3.2　多期线路控制测量数据不一致

目前，各大城市从长远发展出发，总体布局，设计若干条线路构成城市轨道交通网.但由于投资大、建设周期长，一般单条线路或几条线路同时开工，分期建设.为加快施工进度，一条线路往往被化分成多个标段，由不同的单位各自按照工程特点建立独立控制网，这些控制网采用不同的基准，不利于数据共享和多条线路之间的正常衔接，扩充性差.

3.3　控制网覆盖范围小

以单条线路建立的控制网覆盖范围小，部分规划线路的边界远离市区，超出原有城区控制网的范围.逐步扩充的方式已很难满足未来多条新线路的建设要求.控制网整体性较差，扩充后变形超限、多期成果不一致等问题不能得到有效解决，不利于远期发展.这包括新线控制网和既有线控制网的衔接、不同城市控制网之间的转换和衔接等问题.

3.4　控制网缺乏集中管理机制

尽管多线路、多标段同时施工可以加快施工进度，但由于专用工程控制网缺乏集中管理机制，各单位涉及数据使用权限等问题不能对现有控制点成果进行有效的使用和管理.在较长的建设周期中多发生控制点破坏、移位等情况而不能及时的更新，造成测量成果质量达不到要求、反复施工等不良后果.

4　建立城市轨道交通整体控制网的必要性

根据各大城市出台的城市轨道交通近期规划，城市轨道交通在线路长度与数量上逐步增长，工程规划设计范围与规模也不断扩大，从城市内部向临近的两城市或多城市发展.各地区从长远发展目的出发，总体布局，设计了若干条线路，形成了城市轨道交通.但随着多线路衔接、与高铁线路的连接等问题接踵而来，多期线路、线路多阶段控制测量成果不一致、与原有城市控制网不一致等问题逐渐涌现出来，对线路贯通的标准要求提出新的挑战.解决问题的关键是构建一个覆盖规划全路线的城市轨道交通工程测量整体控制网.

4.1　建立整体控制网可解决多线路衔接问题

由于轨道交通工程投资巨大、建设周期长，一般单条线路或几条线路同时开工，分期建设.各线路由不同的单位设计、施工，按照线路特点建立独立控制网，这些控制网采用不同的基准，在线路交接处往往需要坐标系统的转换，一般通过相同控制点的坐标拟合方法.转换精度与控制点选取的质量和分布等有关，很难保证控制网整体的转换精度，不利于线路之间的正确衔接.建立一个覆盖全线路的整体控制网可在纳入已建工程测量数据的同时，最大限度的保障多线路控制网相似结构的精度一致，并能保证线路对接点坐标的一致性.

4.2　建立整体控制网可解决多标段数据管理问题

即使是单条线路施工，为加快施工进度，一条线路往往被划分成多个标段，由不同的单位施工，整体控制网可解决统一享用数据和测绘成果.由于众多参与单位数据管理制度与保密权限不同，多标段数据管理是分别独立的，各施工队伍不同阶段的测量成果也是独立的，不利于多标段数据共享与数据可靠性检验，加大了贯通难度.建立整体控制网对测量控制网分级管理能增强多标段不同阶段数据管理的自由度和适应性，也能有效解决不同时期、不同标段数据共享问题，是目前控制网“三网合一”必备的基本要求.

4.3　建立整体控制网可解决单线路控制网覆盖范围小、扩展困难问题

城市轨道交通各线路分期建设，工程测量成果隶属不同的施工单位，测量系统的不一致使新旧控制网存在差异，新线路与既有线路交叉、连接处数据衔接困难.一些单位尝试以既有线路为基础，将新线路控制网扩充到原有控制网中，但由于原线路控制网地形特点与基准选择时的独特性，扩充性后控制网变形大、精度差、稳定性不高.整体控制网先行，既扩大了控制范围，又保证了相似的分期施工线路的精度结构.

4.4　建立整体控制网可解决城市控制网对接问题

目前，城市轨道交通正逐渐外扩，形成地区城际交通网.原本只为满足各城市建设需要的城市独立坐标系间无法建立联系，在更大范围建立城市轨道交通工程测量整体控制网是必要的.整体控制网建立在与两城市或多城市都能兼容的独立坐标系下，既保证了整体控制网的相对独立性，又解决了不同城市控制网间的对接问题，对未来一定时期的区域社会经济建设有重要的促进作用.

5　结论

基于目前我国各大城市普遍存在交通拥堵的现状，优先发展城市轨道交通为大势所趋.随着规划轨道交通网规模不断加大，各大城市规划了线路众多的交叉网络.考虑到工程测量涉及单位众多、仪器设备众多、社会和自然环境影响因素多，多线路建设时间不同，建立一个覆盖近期规划所有线路的专有工程控制网是必要的，这样便于各独立工作单位或相邻标段协调使用统一的坐标高程系统和测量作业标准，极大的提高工作效率.

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