王智，趙亞波

（青島市勘察測繪研究院，山東青島 266032）

QDCORS在青島地鐵控制網(wǎng)中的應(yīng)用研究

王智*，趙亞波

（青島市勘察測繪研究院，山東青島 266032）

提出以QDCORS作為青島地鐵衛(wèi)星定位控制網(wǎng)的起算基準(zhǔn)，介紹外業(yè)觀測時的注意事項(xiàng)及數(shù)據(jù)解算時的流程，結(jié)合其在青島地鐵控制網(wǎng)中的應(yīng)用和數(shù)據(jù)分析說明了用CORS作為城市地鐵控制網(wǎng)的起算數(shù)據(jù)可以有效保證各條地鐵線路空間基準(zhǔn)的統(tǒng)一性。

QDCORS；青島地鐵；控制測量；基線解算

1　概 述

CORS系統(tǒng)是衛(wèi)星定位技術(shù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、數(shù)字通訊技術(shù)等高新科技多方位、深度結(jié)晶的產(chǎn)物。它由基準(zhǔn)站網(wǎng)、數(shù)據(jù)處理中心、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)、定位導(dǎo)航數(shù)據(jù)播發(fā)系統(tǒng)、用戶應(yīng)用系統(tǒng)五個部分組成，各基準(zhǔn)站與監(jiān)控分析中心間通過數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)連接成一體，形成專用網(wǎng)絡(luò)［1］。2006年，青島市建成了山東省第一個GPS連續(xù)運(yùn)行參考站網(wǎng)系統(tǒng)（QDCORS）。該GPS基準(zhǔn)站網(wǎng)綜合應(yīng)用了虛擬參考網(wǎng)站技術(shù)（Virtual Reference Station，VRS）、高精度自動化后處理技術(shù)、水準(zhǔn)面擬合技術(shù)、現(xiàn)代通信技術(shù)、多種GPS定位技術(shù)、WEB網(wǎng)絡(luò)發(fā)布等先進(jìn)技術(shù)，是一個高標(biāo)準(zhǔn)、高精度、多功能的GPS連續(xù)運(yùn)行參考站網(wǎng)系統(tǒng)。

QDCORS共有10個基準(zhǔn)站［2］，主要采集的數(shù)據(jù)有各個觀測站的觀測數(shù)據(jù)、星歷數(shù)據(jù)、氣象數(shù)據(jù)?？刂浦行陌l(fā)布的后處理數(shù)據(jù)有原始數(shù)據(jù)（包括觀測文件、廣播星歷文件、氣象文件）、精密星歷文件，實(shí)時數(shù)據(jù)有RTCM的差分信號。

城市建設(shè)地鐵通常是總體規(guī)劃，分期建設(shè)，目前青島共規(guī)劃19條地鐵線路，市區(qū)已經(jīng)開展實(shí)施的地鐵控制網(wǎng)測量線路是1號線、2號線和3號線，本文通過介紹QDCORS在這三條地鐵線路控制網(wǎng)中的應(yīng)用情況說明了用CORS作為地鐵控制網(wǎng)的起算數(shù)據(jù)可以有效保證各條地鐵線路起算數(shù)據(jù)的一致性和空間基準(zhǔn)的統(tǒng)一性。

2　作業(yè)要點(diǎn)及數(shù)據(jù)解算

2.1作業(yè)要點(diǎn)

衛(wèi)星定位控制網(wǎng)采用靜態(tài)作業(yè)模式，宜采用雙頻接收機(jī)進(jìn)行觀測，作業(yè)前對衛(wèi)星接收機(jī)和天線等設(shè)備進(jìn)行常規(guī)檢查。采用統(tǒng)一印制的觀測手簿進(jìn)行記錄。觀測過程中，定時檢查接收機(jī)觀測狀況，并量取天線高至毫米。

由于CORS各個站點(diǎn)相距較遠(yuǎn)，通常為十幾千米至幾十千米，為了提高基線解算精度，首先選取地鐵衛(wèi)星定位控制網(wǎng)中的若干個點(diǎn)與起算CORS站點(diǎn)組成框架網(wǎng)，進(jìn)行長時間觀測，可采用的觀測參數(shù)如表1所示:

GPS外業(yè)觀測技術(shù)參數(shù)　表1

在外業(yè)觀測過程中應(yīng)按下列要求執(zhí)行:天線安置的對中誤差不應(yīng)大于 1 mm，天線高量取應(yīng)精確至1 mm，在120°方向三次量取，較差不大于2 mm取中數(shù)使用；觀測作業(yè)應(yīng)嚴(yán)格按調(diào)度表進(jìn)行，保證同步觀測同一組衛(wèi)星，不得中間關(guān)機(jī)，改變天線位置或觀測參數(shù)及進(jìn)行其他調(diào)試等觀測中，應(yīng)避免在接收機(jī)近旁使用無線電通訊工具；觀測員在作業(yè)期間不得擅自離開測站，并應(yīng)防止儀器受震動和被移動，防止人和其他物體靠近天線，遮擋衛(wèi)星信號；作業(yè)同時應(yīng)填好觀測手簿，包括控制點(diǎn)點(diǎn)名、接收機(jī)序列號、儀器高、天線類型、開關(guān)機(jī)時間等相關(guān)的測站信息，不得缺項(xiàng)。

2.2數(shù)據(jù)解算

為了提高長基線的解算精度，骨架網(wǎng)應(yīng)采用專業(yè)高精度軟件進(jìn)行解算，如Gamit和Bernese等軟件，其他可用儀器隨機(jī)軟件進(jìn)行解算，如天寶儀器采用TBC解算，徠卡采用LGO解算，基線應(yīng)經(jīng)重復(fù)基線及環(huán)閉合差檢核，檢核不合格時或基線解算精度較差時應(yīng)對相應(yīng)的基線做精化處理，主要精化處理方法如下:

（1）基線起點(diǎn)坐標(biāo)不準(zhǔn)確:使用坐標(biāo)準(zhǔn)確度較高的點(diǎn)作為基線解算的起點(diǎn)，較為準(zhǔn)確的起點(diǎn)坐標(biāo)可以通過進(jìn)行較長時間的單點(diǎn)定位或通過與WGS-84坐標(biāo)較準(zhǔn)確的點(diǎn)聯(lián)測得到；也可以采用在進(jìn)行整網(wǎng)的基線解算時，所有基線起點(diǎn)的坐標(biāo)均由一個點(diǎn)坐標(biāo)衍生而來，使得基線結(jié)果均具有某一系統(tǒng)偏差，然后再在GPS網(wǎng)平差處理時，引入系統(tǒng)參數(shù)的方法加以解決。

（2）衛(wèi)星觀測時間太短:刪除該衛(wèi)星的觀測數(shù)據(jù)，不讓其參加基線解算，從而保證基線解算結(jié)果的質(zhì)量。

（3）周跳問題:在發(fā)生周跳處增加新的模糊度參數(shù)或刪除周跳嚴(yán)重的時間段，從而改善基線解算結(jié)果的質(zhì)量［3］。

（4）多路徑效應(yīng):通過縮小編輯因子的方法來剔除殘差較大的觀測值，也可以采用刪除多路徑效應(yīng)嚴(yán)重的時間段或衛(wèi)星的方法［4］。

（5）對流層或電離層影響:提高截止高度角，剔除易受對流程或電離層影響的低高度角觀測數(shù)據(jù)；分別采用模型對對流層和電離層延遲進(jìn)行改正；使用無電離層觀測值對GPS雙頻觀測值進(jìn)行基線解算［5］。

平差前，在城市坐標(biāo)系下，對擬采用的CORS站起算點(diǎn)進(jìn)行兼容性檢查分析，另結(jié)合點(diǎn)位分布情況，最終選用兼容性好的點(diǎn)位作為二維約束平差的起算數(shù)據(jù)，考慮到Gamit與TBC、LGO解算精度相差較大，在平差軟件中應(yīng)分別定權(quán)導(dǎo)入相應(yīng)的基線文件，合并后再進(jìn)行平差計(jì)算，數(shù)據(jù)解算流程如圖1所示:

圖1　數(shù)據(jù)解算流程圖

衛(wèi)星定位控制網(wǎng)最終各項(xiàng)精度指標(biāo)如2表所示，根據(jù)平差后的結(jié)果對GPS控制網(wǎng)做出精度評定。

地鐵衛(wèi)星定位控制網(wǎng)主要技術(shù)指標(biāo)　表2

3　工程應(yīng)用

3.1青島地鐵3號線GPS控制網(wǎng)測量及復(fù)測維護(hù)

青島地鐵3號線是山東省首條地鐵線路，GPS控制網(wǎng)于2010年建立，共32個點(diǎn)位，觀測時選取網(wǎng)中GPS001、GPS011、GPS015、GPS025、QD12和3個QDCORS起算點(diǎn)紅島站、青銀路站和小港站組成框架網(wǎng)進(jìn)行長時間觀測。觀測網(wǎng)圖如圖2所示。

圖2　青島地鐵3號線GPS控制網(wǎng)圖

經(jīng)解算，所有合格的基線均通過重復(fù)基線、同步環(huán)和異步環(huán)檢驗(yàn)，選取網(wǎng)中合格的獨(dú)立基線，在WGS84坐標(biāo)系中，固定青銀路站的坐標(biāo)進(jìn)行三維無約束平差，基線向量改正數(shù)統(tǒng)計(jì)表如表3所示:

三維無約束平差基線向量改正數(shù)統(tǒng)計(jì)表　表3

二維約束平差前，在青島城市坐標(biāo)系下，對青銀路、紅島和小港基準(zhǔn)站進(jìn)行兼容性檢查分析，滿足要求后以這三個點(diǎn)作為二維約束平差的起算數(shù)據(jù)。二維平差后最弱點(diǎn)為SD10，x分量誤差0.14 cm，y分量誤差0.12 cm，點(diǎn)為中誤差 0.18 cm。最弱邊 GPS26-GPS27，邊長840.559 m，邊長誤差0.09 cm，相對中誤差1/918000。

在青島城市坐標(biāo)系下，將GPS約束平差后坐標(biāo)反算GPS邊長與全站儀精密測距邊進(jìn)行比較，統(tǒng)計(jì)情況如表4所示。

GPS網(wǎng)中相鄰?fù)ㄒ曔吪c實(shí)測邊長比較表　表4

通過上表的統(tǒng)計(jì)可以看出，統(tǒng)計(jì)的8條邊長較差均小于限差，滿足相關(guān)規(guī)范要求。聯(lián)測了2個已有城市控制點(diǎn)，坐標(biāo)較差如表5所示，滿足規(guī)范要求的50 mm的限差要求。

GPS網(wǎng)中相鄰?fù)ㄒ曔吪c實(shí)測邊長比較表　表5

青島地鐵3號線GPS控制網(wǎng)分別于2011年6月和和2012年11月進(jìn)行了復(fù)測，復(fù)測方案與技術(shù)路線與首期測量一致，仍以小港、青銀路和紅島站作為起算點(diǎn)。

第一次復(fù)測最終二維約束平差后最弱點(diǎn)的點(diǎn)位中誤差為1.3 mm，最弱邊的相對中誤差為1/1076000，滿足規(guī)范要求，聯(lián)測的已有城市控制點(diǎn)QD15坐標(biāo)較差如表6所示:

第一次復(fù)測與已有城市控制點(diǎn)聯(lián)測的坐標(biāo)較差　表6

與首期測量對比，第一次復(fù)測成果X坐標(biāo)較差最大值為-11.5 mm，Y坐標(biāo)較差最大值為10 mm，滿足《城市軌道交通工程測量規(guī)范》要求的25 mm限差要求。第二次復(fù)測各項(xiàng)指標(biāo)也均滿足規(guī)范要求，具體不再贅述。

3.2不同線路重合點(diǎn)成果的比較

目前青島市區(qū)布設(shè)的地鐵控制網(wǎng)主要有2010年4月布設(shè)的3號線控制網(wǎng)、2011年11月布設(shè)的2號線控制網(wǎng)以及2014年11月布設(shè)的1號線控制網(wǎng)，這三個控制網(wǎng)均采用QDCORS作為起算，三條線路共有14個重合點(diǎn)，如圖3所示。

圖3　青島市區(qū)地鐵GPS控制網(wǎng)圖

最近的一次復(fù)測成果對比如表7～表9所示:

地鐵1號線與2號線GPS重合點(diǎn)成果對比表　表7

點(diǎn)號　1號線成果　2號線成果X Y X Y △X/mm　△Y/mm GPS035　****07.744 8　****71.520 8　****07.747 5　****71.526 2　2.7　5.4 GPS036　****02.287 0　****28.384 4　****02.287 0　****28.384 1　0.0　-0.3 GPS037　****54.093 3　****90.951 3　****54.095 0　****90.950 3　1.7　-1.0

地鐵1號線與3號線GPS重合點(diǎn)成果對比表　表8

地鐵2號線與3號線GPS重合點(diǎn)成果對比表　表9

從上表可以看出，雖然各條地鐵線路在不同時間建設(shè)，控制網(wǎng)測量時間也均不相同，但由于都采用穩(wěn)定可靠的QDCORS作為起算數(shù)據(jù)，使得各條線路重合點(diǎn)的平差結(jié)果基本相同，較差均在規(guī)范要求的25 mm限差之內(nèi)。

4　總 結(jié)

本文介紹了城市CORS系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與原理，用其作為地鐵控制網(wǎng)起算點(diǎn)的優(yōu)勢，根據(jù)該方法特點(diǎn)介紹了作業(yè)時的技術(shù)要點(diǎn)及數(shù)據(jù)處理過程。通過青島地鐵1號線、2號線以及3號線控制網(wǎng)解算的應(yīng)用實(shí)例說明了該方法的優(yōu)勢及不同線路數(shù)據(jù)成果的穩(wěn)定及相互兼容性。

從文中分析可以得出以下結(jié)論:

（1）由于無需建立專門的城市地鐵控制網(wǎng)及常年的維護(hù)，將CORS用于地鐵控制網(wǎng)解算可以節(jié)約建設(shè)成本。

（2）通過青島地鐵3號線GPS控制網(wǎng)的復(fù)測可以看出，將CORS用于地鐵控制網(wǎng)解算可以有效保證地鐵線路建設(shè)過程中首級控制網(wǎng)的穩(wěn)定性及可靠性。

（3）CORS用于地鐵控制網(wǎng)可以有效保證城市各條地鐵線路空間基準(zhǔn)的統(tǒng)一性，避免交叉線路控制點(diǎn)成果不一致帶來的施工矛盾。

［1］汪偉，史廷玉，張志全.CORS系統(tǒng)的應(yīng)用發(fā)展及展望［J］.城市勘測，2010（3）：45～47.

［2］柏銘.QDCORS網(wǎng)的精度分析與完備性研究［D］.青島：山東科技大學(xué)，2009.

［3］生仁軍.GPS載波相位定位中周跳探測方法的研究［D］.南京：東南大學(xué)，2006.

［4］戴吾蛟，丁曉利，朱建軍.GPS動態(tài)變形測量中的多路徑效應(yīng)特征研究［J］.大地測量與地球動力學(xué)，2008，28 （1）：65～71.

［5］張雙成，張鵬飛，范朋飛.GPS對流層改正模型的最新進(jìn)展及對比分析［J］.大地測量與地球動力學(xué)，2012，32 （2）：91～95.

Study on the Application of QDCORS in Qingdao Metro Control Network

Wang Zhi，Zhao Yabo
（Qingdao Institute of Geotechnical Investigation and Surveying Research，Qingdao 266032，China）

Using QDCORS as the Qingdao Metro satellite positioning benchmark control network.The process of attention and data calculation in the field of foreign trade observation.Combined with its in Qingdao Subway control network application illustrates the use of CORS as city subway control network of the initial data can effectively ensure the unity of the subway line space datum.

QDCORS；Qingdao subway；control surveying；baseline calculation

1672-8262（2016）04-106-04

P228

B

2016—01—04

王智（1986—），男，注冊測繪師，碩士，工程師，研究方向:精密工程測量和工業(yè)測量。