王世君

(中鐵第一勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司,陜西西安 710043)

高速鐵路框架網(wǎng)(CP0)是勘測(cè)、施工及運(yùn)營(yíng)維護(hù)過(guò)程中的平面控制起算基準(zhǔn)?？蚣芫W(wǎng)建設(shè)涵蓋了鐵路建設(shè)及運(yùn)營(yíng)的整個(gè)生命周期,其成果質(zhì)量至關(guān)重要。

數(shù)據(jù)質(zhì)量是決定GPS基線(xiàn)解算精度的根本因素,在采用GAMIT/Bernese等軟件進(jìn)行基線(xiàn)解算前,對(duì)原始觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)質(zhì)量分析及數(shù)據(jù)編輯是獲取可靠成果的重要保障。由于衛(wèi)星信號(hào)傳播誤差是基線(xiàn)解算的一個(gè)重要誤差來(lái)源,因此在高速鐵路框架網(wǎng)建設(shè)中如何選擇合適的站點(diǎn),避免電磁干擾及多路徑效應(yīng)影響就顯得尤為重要。

1 TEQC功能分析

TEQC是由UNAVCO (University NAVSTAR Consortium)開(kāi)發(fā)研制的一套GPS/GLONASS數(shù)據(jù)預(yù)處理軟件,向全世界公開(kāi)。該軟件在GPS原始數(shù)據(jù)質(zhì)量檢測(cè)及CORS選址中得到了廣泛的應(yīng)用。TEQC是一個(gè)操作簡(jiǎn)單但功能強(qiáng)大的GPS數(shù)據(jù)預(yù)處理軟件,主要包含數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)編輯和數(shù)據(jù)質(zhì)量檢測(cè)三個(gè)功能模塊。

數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換模塊可將來(lái)自于不同廠(chǎng)家、不同型號(hào)接收機(jī)采集的GPS原始觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)的R INEX格式GPS數(shù)據(jù)文件。

TEQC具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)編輯功能,主要包括頭文件編輯、數(shù)據(jù)切割、數(shù)據(jù)合并、衛(wèi)星系統(tǒng)的選擇和衛(wèi)星系統(tǒng)的禁用、設(shè)置衛(wèi)星截止高度角及觀(guān)測(cè)值類(lèi)型。對(duì)于GPS、GLONASS雙星接收機(jī),可以用TEQC軟件禁用GLONASS衛(wèi)星,并且可以禁用任意一顆GPS衛(wèi)星。

本文將重點(diǎn)討論TEQC數(shù)據(jù)質(zhì)量分析原理及其在高速鐵路框架網(wǎng)CP0點(diǎn)選址中的應(yīng)用。

2 TEQC數(shù)據(jù)質(zhì)量分析原理

TEQC軟件主要利用偽距觀(guān)測(cè)值和相位觀(guān)測(cè)值的線(xiàn)性組合進(jìn)行GPS/GLONASS數(shù)據(jù)誤差分析,通過(guò)計(jì)算觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)的電離層延遲、多路徑影響、周跳、衛(wèi)星信噪比以及鐘漂移來(lái)反映觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)的質(zhì)量,并可采用QCVIEW軟件進(jìn)行直觀(guān)圖形顯示。

TEQC軟件有兩種數(shù)據(jù)檢核方式,分別為qc-lite、qc-full,默認(rèn)情況下,如果具備導(dǎo)航文件則采用qc-full方式,否則采用-qc-lite方式。進(jìn)行數(shù)據(jù)質(zhì)量檢核后,將生成如下幾個(gè)文件：

******.ion L2電離層觀(guān)測(cè)值

******.iod L2電離層觀(guān)測(cè)值變率

******.mp1 P1多路徑觀(guān)測(cè)值(包括接收機(jī)噪聲)

******.mp2 P2多路徑觀(guān)測(cè)值(包括接收機(jī)噪聲)

******.sn1 L1頻率上的信噪比

******.sn2 L2頻率上的信噪比

******.azi 衛(wèi)星方位角 (在廣播星歷和觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)同時(shí)使用時(shí)產(chǎn)生)

******.ele 衛(wèi)星高度角 (在廣播星歷和觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)同時(shí)使用時(shí)產(chǎn)生)

******.**S 質(zhì)量檢查摘要文件

其中******.**s是質(zhì)量檢查統(tǒng)計(jì)的結(jié)果文件,是TEQC軟件的核心部分,主要用于對(duì)觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)的質(zhì)量評(píng)定,一般情況下觀(guān)測(cè)人員主要是對(duì)該文件進(jìn)行檢查,從而確定觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)的質(zhì)量。其他幾個(gè)文件主要用于作圖,從而可直觀(guān)的對(duì)每一顆或全部衛(wèi)星的單項(xiàng)質(zhì)量進(jìn)行檢查。

檢查結(jié)果文件中的多路徑效應(yīng)影響的均方差(RMS)、觀(guān)測(cè)值與周跳的個(gè)數(shù)比值，能夠較好的反應(yīng)觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)的總體質(zhì)量,在數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查評(píng)定時(shí)具有重要的意愿。

設(shè)Mp1、Mp2分別表示為L(zhǎng)1、L2載波上的多路徑效應(yīng)對(duì)偽距和相位影響的綜合指標(biāo),其結(jié)果以均方差形式表述如下

Mp1=p1-[1+2/(α-1)]Φ1+[2/(α-1)]Φ2

Mp2=p2-[2α/(α-1)]Φ1+[2α/(α-1)]Φ2

式中,p1、p2分別是雙頻偽距觀(guān)測(cè)值,Φ1、Φ2為雙頻相位觀(guān)測(cè)值。

觀(guān)測(cè)值與周跳的個(gè)數(shù)比值以o/slps形式在質(zhì)量檢查結(jié)果文件中直接給出,這里不在贅述。

3 在框架網(wǎng)選址中的應(yīng)用

框架網(wǎng)存在于高速鐵路整個(gè)生命周期,為鐵路勘察、設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營(yíng)各個(gè)階段提供統(tǒng)一的平面控制基準(zhǔn)。因此，其點(diǎn)位選擇要求比其他幾級(jí)精密測(cè)量控制網(wǎng)顯得更為嚴(yán)格。高速鐵路框架網(wǎng)控制點(diǎn)位在具備良好的穩(wěn)定基礎(chǔ)之上,必須具備良好的觀(guān)測(cè)環(huán)境,譬如無(wú)電磁波干擾、無(wú)大面積光滑的反射區(qū)、視野開(kāi)闊等。

綜合以上原因,在高速鐵路框架網(wǎng)建站之前,很有必要采用雙頻GPS 接收機(jī)在初步選定的站址上進(jìn)行實(shí)地24 h的測(cè)試,以驗(yàn)證該點(diǎn)位是否適合作為CP0點(diǎn)。

在某高速鐵路框架網(wǎng)建設(shè)中,共設(shè)計(jì)建立11個(gè)CPO點(diǎn),采用這11個(gè)站點(diǎn)的24 h的連續(xù)觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù),運(yùn)用TEQC軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)質(zhì)量分析以判定初步選擇的站點(diǎn)是否滿(mǎn)足選址的要求。質(zhì)量分析統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表1所示。

從表1可以看出,除HD03站點(diǎn)之外,其他各站點(diǎn)數(shù)據(jù)質(zhì)量較好,完全能夠滿(mǎn)足高速鐵路框架網(wǎng)站點(diǎn)選址的需要。下面重點(diǎn)對(duì)HD03站點(diǎn)進(jìn)行分析。

HD03站點(diǎn)在L1、L2載波上多路徑效應(yīng)的影響值的均方差偏大,觀(guān)測(cè)值與周跳的個(gè)數(shù)比值(o/slps)過(guò)低,在數(shù)據(jù)質(zhì)量檢核結(jié)果文件中，該站點(diǎn)上觀(guān)測(cè)衛(wèi)星情況如圖1所示。

表1 多路徑影響值及觀(guān)測(cè)值與周跳比

通過(guò)對(duì)圖1的衛(wèi)星觀(guān)測(cè)情況分析,發(fā)現(xiàn)該站點(diǎn)主要存在以下問(wèn)題：①在觀(guān)測(cè)過(guò)程中發(fā)生大量鐘跳變,且各顆星的變化量不同,變化量為整毫秒；②相位中的電離層觀(guān)測(cè)值發(fā)生大量跳變；③PN03、PN018、PN024、PN029衛(wèi)星均發(fā)生衛(wèi)星鎖定失鎖現(xiàn)象；④P1的多路徑影響發(fā)生了跳變。

為了更直觀(guān)的反映L1、L2上多路徑效應(yīng)影響值,采用UNAVCO研制的QCVIEW軟件,利用TEQC進(jìn)行數(shù)據(jù)質(zhì)量檢核生成的*.mp1、*.mp2文件了進(jìn)行了數(shù)據(jù)質(zhì)量分析。

圖2、圖3分別是L1上所有衛(wèi)星的多路徑效應(yīng)影響值的綜合顯示以及影響最大的SV20衛(wèi)星的直觀(guān)圖形顯示。

圖2 HD03站點(diǎn)L1上所有衛(wèi)星多路徑效應(yīng)綜合影響

圖3 HD03站點(diǎn)L1上多路徑效應(yīng)綜合影響最顯著的SV20衛(wèi)星的影響

圖4是L2上所有衛(wèi)星的多路徑效應(yīng)影響的綜合顯示。

圖4 HD03站點(diǎn)L2上所有衛(wèi)星多路徑效應(yīng)綜合影響

通過(guò)對(duì)圖2～圖4的分析,多路徑效應(yīng)的影響值在L1、L2上均偏大,且L1上多路徑效應(yīng)綜合影響更大于L2上多路徑效應(yīng)的綜合影響。

綜合以上分析,運(yùn)用TEQC軟件很好的評(píng)定了該框架網(wǎng)的數(shù)據(jù)質(zhì)量,認(rèn)為HD03站點(diǎn)的初步選址并不理想,該位置并不適合作為高速鐵路框架網(wǎng)CP0點(diǎn),有必要選擇新的站點(diǎn)。

4 結(jié)束語(yǔ)

運(yùn)用TEQC軟件進(jìn)行GPS數(shù)據(jù)質(zhì)量檢驗(yàn),能夠更好的了解GPS數(shù)據(jù)質(zhì)量,為根據(jù)實(shí)際情況采取必要的措施來(lái)保證基線(xiàn)解算精度提供了重要的參考價(jià)值。通過(guò)對(duì)某高速鐵路框架網(wǎng)進(jìn)行GPS數(shù)據(jù)質(zhì)量檢驗(yàn)及實(shí)例分析,驗(yàn)證了其在高速鐵路框架網(wǎng)站點(diǎn)選址中的重要意義。

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