林飛

(杭州市勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，浙江 杭州 310012)

基于CORS的城市軌道交通GPS網(wǎng)的布設(shè)及精度分析

林飛*

(杭州市勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，浙江 杭州 310012)

就城市CORS系統(tǒng)作為起算數(shù)據(jù)布設(shè)軌道交通GPS控制網(wǎng)的情況進(jìn)行了介紹，并且依托杭州至臨安城際鐵路工程GPS控制網(wǎng)測(cè)量項(xiàng)目，通過(guò)采用分級(jí)平差法，解決了因CORS站點(diǎn)距離線路太遠(yuǎn)而帶來(lái)的精度問(wèn)題，并和整體式平差的結(jié)果做了各項(xiàng)對(duì)比，說(shuō)明分級(jí)平差所得結(jié)果更加可靠。

CORS；GPS；分級(jí)平差；精度對(duì)比

1 前 言

在城市軌道交通的控制測(cè)量中，首級(jí)GPS控制網(wǎng)作為整個(gè)工程的平面測(cè)繪基準(zhǔn)至關(guān)重要。在解算城市軌道交通GPS控制網(wǎng)時(shí)，用城市CORS站作為起算依據(jù)是比較常見(jiàn)且行之有效的方法，其具有點(diǎn)位穩(wěn)定、觀測(cè)條件好、觀測(cè)時(shí)段長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，有利于提高整個(gè)GPS控制網(wǎng)的精度，同時(shí)節(jié)省了在已知點(diǎn)設(shè)站觀測(cè)的工作量，有利于縮短工期。然而，有時(shí)會(huì)因工程覆蓋范圍過(guò)大、工程線路所在位置離既有城市CORS站的距離過(guò)遠(yuǎn)等原因，導(dǎo)致沿線GPS控制點(diǎn)與CORS站之間的基線邊長(zhǎng)過(guò)長(zhǎng)，此時(shí)如果直接進(jìn)行統(tǒng)一平差則會(huì)影響平差精度。我單位在利用CORS站點(diǎn)布設(shè)軌道交通GPS網(wǎng)時(shí)就曾遇到過(guò)這種問(wèn)題，下面就以我們遇到的情況作為實(shí)例來(lái)做具體分析。

2 測(cè)區(qū)概況及GPS控制網(wǎng)的布設(shè)

杭州至臨安城際鐵路工程項(xiàng)目位于杭州市主城區(qū)與臨安市之間，中間既有平原、丘陵，也有河流和群山，沿線點(diǎn)間高差較大，地形條件復(fù)雜，對(duì)觀測(cè)的條件和精度要求較高。工程線路沿線共布設(shè)了29個(gè)GPS點(diǎn)，并且聯(lián)測(cè)了3個(gè)城市C級(jí)點(diǎn)和3個(gè)與該線路相連的地鐵五號(hào)線的GPS點(diǎn)。我們根據(jù)實(shí)際情況選擇了距離工程線路最近的4個(gè)CORS站點(diǎn)作為約束點(diǎn)參與平差，但是即使這最近的4個(gè)CORS站點(diǎn)與線路沿線的控制點(diǎn)之間也有著十幾千米甚至幾十千米的距離，如果直接將CORS點(diǎn)與線路沿線GPS點(diǎn)進(jìn)行統(tǒng)一平差(以下稱(chēng)為統(tǒng)一平差法)，精度不可避免地會(huì)受到影響。因此，為了解決這個(gè)問(wèn)題，通過(guò)研究分析，我們決定采用分級(jí)平差法，先從工程線路沿線GPS點(diǎn)中選擇幾個(gè)合適的點(diǎn)作為框架結(jié)點(diǎn)與CORS站構(gòu)成一個(gè)框架網(wǎng)(以下稱(chēng)為一級(jí)網(wǎng))進(jìn)行基線解算，網(wǎng)圖如圖1所示：

圖1 一級(jí)網(wǎng)示意圖

然后再以這幾個(gè)框架結(jié)點(diǎn)作為起算數(shù)據(jù)與其他剩余GPS點(diǎn)構(gòu)成二級(jí)網(wǎng)進(jìn)行解算，如圖2所示。

圖2 二級(jí)網(wǎng)示意圖

3 GPS控制網(wǎng)的施測(cè)

外業(yè)采用6臺(tái)Trimble雙頻GPS接收機(jī)同步進(jìn)行，其中考慮到作為框架網(wǎng)結(jié)點(diǎn)的幾個(gè)控制點(diǎn)將用來(lái)作為二級(jí)網(wǎng)的起算點(diǎn)，為了盡量提高這幾個(gè)控制點(diǎn)的精度，將其觀測(cè)時(shí)間延長(zhǎng)至4個(gè)小時(shí)以上，其余點(diǎn)的具體觀測(cè)作業(yè)按表1規(guī)定執(zhí)行：

GPS測(cè)量作業(yè)技術(shù)指標(biāo) 表1

4 GPS數(shù)據(jù)處理及精度對(duì)比

4.1 基線解算

所有基線均采用Trimble公司的GPS精密靜態(tài)數(shù)據(jù)處理軟件Trimble Business Center 進(jìn)行基線解算。在一級(jí)網(wǎng)的基線解算中，為了提高一級(jí)網(wǎng)中長(zhǎng)基線邊的處理精度，在進(jìn)行基線解算前導(dǎo)入了觀測(cè)當(dāng)天的精密星歷。全部基線解算結(jié)果中，最大PDOP值均小于6，水平精度均小于 0.02 m，解算類(lèi)型均為固定解，RMS均小于 0.03 m。

4.2 網(wǎng)平差網(wǎng)平差均采用武漢大學(xué)的COSA GPS數(shù)據(jù)處理軟件進(jìn)行。

(1)一級(jí)網(wǎng)的網(wǎng)平差

選取CORS站HAZH的空間直角坐標(biāo)作為三維無(wú)約束平差的起算數(shù)據(jù)，在CGCS2000坐標(biāo)系下進(jìn)行無(wú)約束平差，然后用選取的4個(gè)CORS站點(diǎn)的本地坐標(biāo)作為起算數(shù)據(jù)進(jìn)行二維約束平差。

三維無(wú)約束平差后基線向量改正數(shù)的絕對(duì)值及限差統(tǒng)計(jì)如圖3所示：

圖3 一級(jí)網(wǎng)三維無(wú)約束平差后基線向量改正數(shù)及限差統(tǒng)計(jì)

各項(xiàng)平差指標(biāo)統(tǒng)計(jì)如表2所示。

一級(jí)網(wǎng)三維無(wú)約束平差及二維約束平差指標(biāo)統(tǒng)計(jì) 表2

由以上數(shù)據(jù)可知，一級(jí)網(wǎng)的基線解算及網(wǎng)平差的各項(xiàng)指標(biāo)均滿足精度要求，且精度很高，可以作為分級(jí)平差法的二級(jí)控制網(wǎng)的平差基準(zhǔn)。

(2)二級(jí)網(wǎng)的網(wǎng)平差

三維無(wú)約束平差以點(diǎn)GPSD002在CGCS2000坐標(biāo)系下的空間直角坐標(biāo)作為起算數(shù)據(jù)，二維約束平差以一級(jí)網(wǎng)的平差成果作為起算數(shù)據(jù)。平差后的基線向量改正數(shù)及限差統(tǒng)計(jì)如圖4所示：

圖4 分步平差法二級(jí)網(wǎng)三維無(wú)約束平差后基線向量改正數(shù)及限差統(tǒng)計(jì)

精度指標(biāo)統(tǒng)計(jì)如表3所示：

二級(jí)網(wǎng)三維無(wú)約束平差及二維約束平差指標(biāo)統(tǒng)計(jì) 表3

4.3 精度對(duì)比

為了比較分級(jí)平差法與統(tǒng)一平差法的精度，我們將兩種方法所得二維平差和三維平差的各項(xiàng)精度指標(biāo)進(jìn)行對(duì)比，如表4所示：

兩種解算方式的各項(xiàng)精度指標(biāo)對(duì)比 表4

由表4的對(duì)比可以看出，除了三維無(wú)約束平差的最弱點(diǎn)點(diǎn)位中誤差這一項(xiàng)，其余各項(xiàng)精度指標(biāo)中，分級(jí)平差法均要優(yōu)于統(tǒng)一平差法。

5 成果可靠性對(duì)比

GPS數(shù)據(jù)處理之后，將已有控制點(diǎn)的原成果與本次測(cè)量成果進(jìn)行比較，對(duì)已有控制點(diǎn)進(jìn)行穩(wěn)定性和兼容性分析。

我們分別比較了統(tǒng)一平差法和分級(jí)平差法所測(cè)成果與原有成果的坐標(biāo)分量差值，X坐標(biāo)差值對(duì)比圖和Y坐標(biāo)差值對(duì)比圖分別如圖5和圖6所示：

通過(guò)圖5和圖6可以很明顯得看出：兩種方法的計(jì)算成果與原成果的坐標(biāo)分量差均 <±2.4 cm，滿足《城市軌道交通工程測(cè)量規(guī)范》中的要求，且分級(jí)平差法所得結(jié)果相比統(tǒng)一平差法要更接近原有成果，即分級(jí)平差法所得結(jié)果更加可靠。

圖5 兩種平差法與原有成果的X坐標(biāo)差值對(duì)比

圖6 兩種平差法與原有成果的Y坐標(biāo)差值對(duì)比

6 結(jié) 語(yǔ)

本文所述分級(jí)平差法可以較好地消除在利用CORS站點(diǎn)布設(shè)軌道交通GPS控制網(wǎng)時(shí)，因起算點(diǎn)與布設(shè)的GPS控制點(diǎn)距離過(guò)長(zhǎng)所帶來(lái)的對(duì)精度的不利影響，雖然解算過(guò)程比通常的直接統(tǒng)一平差要煩瑣且多耗時(shí)間，但是所得結(jié)果更加可靠，精度更高。當(dāng)然，更有效且長(zhǎng)遠(yuǎn)的解決方法是在整個(gè)城市的范圍內(nèi)，選擇合適的位置，建立一個(gè)由高精度框架點(diǎn)構(gòu)成的統(tǒng)一的框架網(wǎng)系統(tǒng)，不僅可以保證某些區(qū)域在距離CORS站較遠(yuǎn)的情況下有合適距離的起算點(diǎn)可用，也可以保證一個(gè)城市的不同軌道交通線路之間能夠更好地銜接，從而納入一個(gè)統(tǒng)一的測(cè)繪基準(zhǔn)中。

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GPS Network Layout and Accuracy Analysis of Urban Rail Transit Based on CORS

Lin Fei

(Hangzhou Institute of Survey and Design，Hangzhou 310012，China)

In this paper，the process of laying the GPS control network of the rail transit with the CORS station as the starting data was introduced，the accuracy is usually affected because some CORS point may be too far away from the line. This paper relies on the GPS control network project of Hangzhou-Linan intercity railway project，and adopts the hierarchical adjustment method to solve the precision problem brought by the long baseline because some CORS point may be too far away from the line.And the comparison with the result of unified adjustment shows that the results of classification adjustment are more reliable.

CORS；GPS；sequential adjustment；accuracy comparison

1672-8262(2017)03-83-04

P228

B

2016—10—08

林飛(1990—)，男，助理工程師，碩士，研究方向?yàn)檐壍澜煌üこ虦y(cè)量。