测绘新技术在深圳3号线勘测中的应用
2008-12-20 19:25
测绘新技术在深圳地铁3号线勘测中的应用
摘 要 介绍在深圳市地铁3号线工程勘测中大量运用测绘新技术、新方法,如应用航测正射影像、航测数字化测图及纵横断面测绘、GPS定位技术、全站仪、数字水准仪与计算机组合测量和数据处理系统;通过物探方法,进行地下管线探测等新技术的综合应用,取得良好的经济社会效益。
关键词 地铁 工程测量 测绘新技术 综合应用
由于地铁建设多在建筑物密集、地下管线繁多的城市环境中,技术含量高、造价昂贵,不仅工程测量精度要求高,而且测量方法特殊。深圳市地铁3号线地下段从东门老街繁华商业地带穿过,高楼林立、交通繁忙、人流拥挤;高架段基本沿205国道中央绿化带布置,205国道车流量大,昼夜不断,两侧已城市化,房屋成片,高楼大厦间有分布。全线工程测量条件极其困难,而且不安全。因此,在深圳市地铁3号线勘测设计中,大量运用测绘新技术、新方法。
1 航测概况
对地铁沿线开展1∶3000大比例尺彩色航空摄影,用航测方法测绘地铁工程所需的1∶500带状数字地形图和1∶1000带状彩色正射影像图。这些资料直观、详细、信息丰富,大大减少了设计人员现场核对调查的时间,为确定线路走向、稳定线路方案、站位布置等设计工作起到非常重要的作用,提高了勘测设计速度和质量。彩色正射影像图应用于设计图纸中,也使初步设计文件更加直观、漂亮。
1.1 航测外业
外控点布设采用航带法平高区域网布点方式,平高控制点的航向跨度为3条基线,为了提高测图的高程控制精度,在相邻二对外控点中间增加了一个平高控制点或高程控制点。为了给线路方案优化创造条件,要求外控点应控制整个摄影范围。
外控点选刺除满足实地辨认精度外,点位还必须考虑GPS的观测要求,有部分点位就因GPS接收信号不好,又重新观测或移位另外选刺。当点位选在高出或低于地面的目标时,量注比高,在点位说明和略图旁,加绘断面图。
外控点联测采用GPS接收机,按快速静态法测定平面和高程,网平差及坐标转换采用西南交通大学XJGPS软件包进行计算。高程拟合时采取不同的拟合方法进行比较,以确定最合适的拟合方法,保证高程拟合精度。
1.2 航测内业制图
航测内业制图采用Helava、JX-4C和VirtuoZo等数字摄影测量工作站,制图宽度为400 m。用光线束法区域网平差程序进行电算加密,航线旁向连接点采用双排点布设,避免了连接点在一条直线上,加强了旁向连接的构网强度。
航测外控时不调绘,内业测图先参照既有地形图进行室内判释调绘,然后用1∶500地形图到实地进行调绘补测的方式进行制图。测绘房屋时区分性质和楼层,遇有阴影或摄影相对漏洞时,首先考虑采用相邻航线或相邻像对能否测绘,确实无法替代时,圈定范围,由外业实地补测。高程注记点分布均匀,道路中间、桥梁、涵洞均有高程点,便于设计人员读取高程。仪器采集的原始数字地形图文件数据导入Auto CAD 2004环境中的Mapedit图形编辑系统上进行编辑,接边、检查和按线路走向带状分幅。
测图完成后到现场调查核对,进行修改。隐蔽和新增地物采用全站仪和皮尺丈量的方法补测。为检查地形图精度,用全站仪实测44个平面、59个高程检查散点,经统计计算地形图平面中误差为Ms=±0. 22 m,高程中误差为Mh=±0.13 m,满足规范要求。
1.3 正射影像图制作
采用Helava和Virtuo Zo数字摄影测量工作站进行1∶1000带状彩色正射影像图制作,制图宽度为800m,影像扫描采用Helava DSW600扫描仪进行彩色扫描,以像对为单位,进行数字地面模型(DEM)的自动获取并映射到模型上,进行检查。对于房屋密集的地方采用高程取平均值的方法进行DEM内插,城市中的高架桥、高等级公路,则要修改等高线使之垂直穿过路桥,并使高程与地面匹配,这样就避免了正射影像的制作引起建筑物大的变形。修改完成后,以正确的数模为基础,对核线影像进行精确纠正,获取该像对的正射影像。
由于摄影、摄影处理、扫描等环节的影响,每个像对的正射影像都存在着颜色偏差、饱和度不一样等问题,用影像处理软件进行匀光处理。以单张正射影像为单位划镶嵌线,镶嵌线避开高大建筑物,并根据影像成果反复修改镶嵌线,使正射影像成果中地物没有大的扭曲变形。随后再用Photoshop对TIF影像成果进行适当的修饰整理,调整影像亮度及对比度,使整幅图形色调一致、逼真,进行地名、街道、单位、河流等名称的汉字注记,并在影像边缘添加格网坐标。
1.4 线路纵横断面测量
利用测绘1∶500地形图的航测资料,用航测技术测绘线路纵横断面图,在JX-4C数字摄影测量工作站上模型恢复定向后,进入横断面专用测图程序,导入线路直线曲线要素文件,生成线位后采集纵断面或横断面数据,断面特征点加注说明。如断面位于树林、阴影、水下,在断面图上标注“需实测地段”,由测量人员在现场实地补测修改。
用航测技术测绘纵横断面图,可把大量的野外实测工作转变成室内作业,减轻劳动强度,大大改善了工作环境,不受天气和道路上行人汽车的干扰。采集的数据与后续专业实现数字化接口,导入设计软件转换成AutoCAD格式图形,进行地质填图和施工图设计。解决了繁华商业地带和205国道测量极其困难、安全难以保障等问题,安全、高效地完成了勘测工作。
2 控制测量
GPS、导线和水准测量各工序之间的衔接完全实现数字化、无纸化,观测数据直接传入计算机,打印观测原始记录资料,进行计算、复核和验算。既提高了效率,又避免了人工录入数据出现的差错,从而保证了作业质量,也减少了外业人员和缩短了工期。
2.1 GPS控制测量
GPS控制点沿地铁线路呈带状布设,重合了4个二等和1个三等城市控制点,点间距为950~2 500 m。控制点布设兼顾施工控制的需要,埋设在车站或重点工程附近,均选在线路附近楼房顶上,便于保存和施测,且通视条件和卫星信号接收条件好,但要注意楼顶是否有无线电发射塔架。
采用Trmi bleGPS双频接收机,按静态相对定位模式进行测量,全网采用边连接形式构网,由多个重叠大地四边形和中点多边形组成。除对GPS控制网内短边未知点构网观测外,全线共选择7个GPS控制点和5个重合点构成长边图形观测,从而保证了GPS网的精度均匀及减少了尺度比的误差影响。
基线解算采用TGO软件,对GPS控制网外业观测的全部数据进行了同步环、异步环和同一条基线不同时段观测解算长度较差的检查。用双差固定解进行网平差,以Ⅱ27的WGS-84三维坐标为起算数据,在WGS-84坐标系中进行三维无约束平差,网平差及坐标转换采用XJGPS软件。在约束平差前对已知点的可靠性进行检核,先用2个已知二等点进行二维约束平差,表1列出了对比其他3个城市控制点的坐标较差。
从表1可看出已知点间具有较高的相对精度,最后用4个二等城市控制点约束平差,把WGS-84坐标转换为城市坐标。不但保证了约束坐标的正确性和高精度,还与城市控制网有良好的兼容性。二维约束平差后,最弱边相对中误差为1/832 413,最大方位角中误差为±0. 24″,最弱点点位中误差为±0. 8 mm,满足规范要求。
2.2 精密导线测量
精密导线沿地铁线路所经过的地区敷设成附合导线、多边形闭合导线和多个结点的导线网,精密导线起闭于GPS控制点。为保证地铁各区间与车站线路相连的统一性和连贯性,精密导线增加了与GPS控制点的联测条件,所有精密导线点构成一个整网,按导线网严密平差方法进行整体严密平差计算。
精密导线点位间距一般为300~500 m,平均边长368 m,能控制地铁区间线路和车站范围。除4个点位于地面外,其他导线点均位于楼房顶,便于在施工过程中保持点位稳定和长期保存。GPS控制点与相邻的精密导线点间的垂直角均小于30°。
精密导线测量采用Leica TC1800全站仪,外业观测时的温度及气压值直接输入全站仪进行气象改正。为了便于从精密导线点上直接测量控制地物点的三维坐标和地面放线测量的需要,在进行导线平面测量的同时对精密导线点进行三角高程测量。采用全站仪PCMCIA存储卡自动记录测量数据,并传输到计算机中,通过自主开发的数据处理软件进行预处理,分离出导线各点的边长、连接角及高差,形成平差计算的数据文件。平差计算前分段进行单导线平差验算,各段导线方位角闭合差和全长相对闭合差均满足规范要求,测角中误差为±1. 51″。严密平差后,每边测距中误差最大为±1.9 mm,测距相对中误差最大为1/86 000,相邻点的相对点位中误差最大为±4. 7 mm,最弱点的点位中误差为±8. 8 mm,满足规范要求。各段三角高程导线高程闭合差均满足四等三角高程测量的要求,整网平差后,每千米高差中误差为±7. 97 mm,最弱点的高程中误差为±11. 0 mm,满足图根点、控制地物点和地面定线测量的高程精度要求。
2.3 高程控制测量
高程控制测量在原深圳市城市二等高程控制网的基础上沿地铁线路建立专用的二等高程控制网,然后再进行精密水准测量。水准测量采用数字水准仪,与传统的光学水准仪相比,其优点是精度高、测量速度快、操作简单,并能自动记录。
二等水准点沿线路布设,采用图上设计和现场踏勘相结合的方法,在每个车站附近布设一个二等水准点。二等水准点选在离施工场地变形区外稳固的地方,地质条件不好的做深埋桩处理。在首级二等水准点下布设精密水准网,沿地铁线路布设成附合路线或结点网,精密水准点平均点间距为300 m。
水准测量采用LeicaDNA03电子水准仪,仪器自动记录观测数据和进行测站数据检核。在每天外业结束后,即将当天观测数据传入计算机,打印观测原始记录资料,然后进行复核和验算,检查各项指标是否符合规范要求,对超限部分及时提出外业补测,保证各段水准测量往返测较差、路线闭合差均满足规范要求。二等水准测量整网严密平差后,每千米高差偶然中误差为±0.39mm,每千米高差全中误差为±1.15mm,最弱点的高程中误差为±2.06 mm,相邻点的高差中误差最大为±1.87 mm。精密水准测量整网严密平差后,每千米高差偶然中误差为±0.47 mm,每千米高差全中误差为±0.83mm,最弱点的高程中误差为±0.93mm,相邻点的相对高差中误差最大为±0. 68 mm,均满足规范要求。
3 专项调查与控制地物点测量
3.1 专项调查
采用现场调查和物探相结合的方法,对给水、排水、燃气、工业和电力、电信等地下管线进行探测。对地下段沿线的城市道路、居民区、工厂的人防工程、过街地道、地下商场、地下仓库、地下停车场、建筑物桩基、地下隐蔽工程及既有地铁工程等对地铁工程有影响的地下建筑物进行了详细调查,收集桩基资料。对高架段跨线建筑物,如立交桥、天桥、架空管线等地面控制地物,采用1∶1000带状彩色正射影像图室内判释和重点核对的方法进行调查。
3.2 控制地物点测量
根据地下管线、地下建筑物和跨线建筑物调查结果以及设计的需要,对地铁施工限界范围内和地铁施工可能影响范围内的建筑物墙角、柱子、地下室、大型管道等控制地物点进行坐标、高程测量。测量方法为采用全站仪从精密导线点上加密一级导线,对控制地物点采用附合导线或支导线极坐标法进行测量,高程采用全站仪三角高程测量。用极坐标法测量控制地物点坐标时,采用了丈量两目标点的距离或由另一测站再次观测该目标点的方法进行了检核。两次坐标较差小于5 cm、高程较差小于3 cm,并取其平均值。并根据调查收集的建筑物设计、竣工资料,向后续专业提供建筑物桩基的深度和地下建筑物墙壁厚度。测绘资料以电子文件及图形方式提供给设计专业使用。
4 结语
在深圳市地铁3号线工程勘测中,航测正射影像、航测数字化测图及纵横断面测绘、GPS定位技术、全站仪、数字水准仪与计算机组合测量和数据处理系统、物探方法进行地下管线探测等新技术的综合应用,取得了良好的经济社会效益。随着高新技术的迅猛发展,各学科间的相互渗透和影响,不断为工程测量提供新的技术和方法,这将更好地为地铁工程测量工作服务。
注:本项目(深圳地铁3号线工程测量)2006年获“四川省测绘局优质测绘工程金奖”; 2007年获“国家测绘局优秀测绘工程银奖”。
参考文献
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