沈陽市地鐵四號線GPS控制網(wǎng)

■李鐵亮

（沈陽市勘察測繪研究院遼寧沈陽110010）

沈陽市地鐵四號線GPS控制網(wǎng)

■李鐵亮

（沈陽市勘察測繪研究院遼寧沈陽110010）

地鐵建設(shè)是近年來我國建設(shè)比較多的建設(shè)項(xiàng)目，需要高精度GPS控制網(wǎng)。本文以沈陽市地鐵四號線GPS網(wǎng)為例，詳細(xì)闡述高精度GPS控制網(wǎng)觀測計(jì)算方法及精度評定。

地鐵四號線 GPS 控制網(wǎng) 精度

1 引言

沈陽市地鐵四號線一期屬于東北～西南走向，是連接城市東北部城區(qū)、城市核心區(qū)和渾河南岸地區(qū)的重要通道，軌道主要沿望花街、北大營街、北站路、南京南街、沈蘇路敷設(shè)。線路全長約35km，均為地下線路，共設(shè)車站23座，兩個檢修車輛段。車站站點(diǎn)綜合使用明挖、蓋挖、暗挖法施工，車站區(qū)間段采用明挖、暗挖與盾構(gòu)技術(shù)進(jìn)行貫通作業(yè)。為滿足上述工程需要，需布設(shè)GPS平面控制網(wǎng)，精度等級為城市二等。

1.1 已有控制資料

我院用美國ASHTECH公司生產(chǎn)的Step-1型單頻接收機(jī)于98年－99年布設(shè)二等GPS控制網(wǎng)，平面精度、邊長相對中誤差平均值為1：112萬，最弱邊中誤差1：70萬，最大點(diǎn)位誤差為2.2cm，平均值為1.2cm。最大方位角中誤差為0.55″,平均為0.29″，精度良好，可作為本次GPS平面控制網(wǎng)的起算數(shù)據(jù)。

控制點(diǎn)選用“桃仙小學(xué)”、“燥大屯”、“一七六中學(xué)”、“機(jī)電學(xué)院”、“行政學(xué)院”、“東陵”等6個控制點(diǎn)，利用原一號線控制點(diǎn)“農(nóng)墾大廈家屬樓”、二號線控制點(diǎn)“GPS207”、九號線南延線控制點(diǎn)“G新加坡城”、十號線控制點(diǎn)“G醫(yī)大四院”、有軌電車“G0402”五點(diǎn)并做檢核點(diǎn)，新埋設(shè)12對24個GPS點(diǎn)，共35點(diǎn)組成首級GPS控制網(wǎng)。

1.2 作業(yè)依據(jù)

（1）《城市軌道交通工程測量規(guī)范》GB 50308-2008；

（2）《全球定位系統(tǒng)（GPS）測量規(guī)范》GB/T 18314-2009；

（3）《城市測量規(guī)范》CJJ/T 8-2011；

（4）《衛(wèi)星定位城市測量技術(shù)規(guī)范》CJJ/T 73-2010；

（5）《測繪成果質(zhì)量檢查與驗(yàn)收》GB/T 24356-2009；

（6）《沈陽市地鐵四號線一期技術(shù)設(shè)計(jì)書》。

2 儀器設(shè)備

本次工程采用6臺美國Trimble公司生產(chǎn)的R8-4型雙頻GPS接收機(jī)，其標(biāo)稱精度均為：5mm+1ppm?D。

所有儀器經(jīng)遼寧省測繪儀器計(jì)量站檢定合格。

3 技術(shù)設(shè)計(jì)

本次GPS平面控制網(wǎng)在城市二等GPS網(wǎng)框架下布設(shè)，采用邊連式。新選GPS控制點(diǎn)24個，加上已知點(diǎn)位6個，線路共用點(diǎn)位5個，共計(jì)35個，整網(wǎng)網(wǎng)形圖如下：

采用6臺接收機(jī)同步靜態(tài)觀測，共觀測14個時段，主要技術(shù)指標(biāo)如下：

總點(diǎn)數(shù) 35個觀測時段數(shù) 14總基線數(shù) 210獨(dú)立基線數(shù) 70必要基線數(shù) 34多余基線數(shù) 36復(fù)測基線數(shù) 39總體可靠性指標(biāo) 0.51平均設(shè)站率 2.4

選點(diǎn)與埋設(shè)按照如下要求進(jìn)行：

●點(diǎn)位布設(shè)在車站附近，作為向隧道內(nèi)傳遞坐標(biāo)的聯(lián)系測量依據(jù)。

●點(diǎn)間距小于600M，點(diǎn)位滿足衛(wèi)星定位觀測的需要，易于尋找和到達(dá)，并且滿足GPS聯(lián)測和地鐵施工控制的需要。

●所選點(diǎn)位有利于安全作業(yè)，便于安置接收設(shè)備和操作，被測衛(wèi)星的地平高度角應(yīng)大于15°。

●所選點(diǎn)位遠(yuǎn)離大功率無線電發(fā)射源，距離不小于200m，遠(yuǎn)離高壓輸電線，微波無線電信號傳送通道，其距離不宜小于50m，遠(yuǎn)離有強(qiáng)烈干擾接收衛(wèi)星信號的物體。

數(shù)據(jù)采集按照如下要求進(jìn)行：

●天線安置必須嚴(yán)格對中、整平，對點(diǎn)中誤差小于1mm，并使定向標(biāo)志指向磁北。

●觀測時能鎖定4顆健康衛(wèi)星信號，歷元間隔5秒，衛(wèi)星截止高度角15度，同步時段觀測時間為120分鐘，數(shù)據(jù)完好觀測值比例均為100%，所有觀測值均大于設(shè)計(jì)要求的80%。在天線板上互隔120度的三處量取天線高，互差小于3mm，取中數(shù)。

●點(diǎn)位幾何圖形強(qiáng)度因子PDOP≤6。

4 數(shù)據(jù)處理

4.1 基線解算與精度評定

基線解算采用隨機(jī)軟件Trimble Business Center完成,平差采用COSA軟件完成。主要檢查的指標(biāo)包括：基線各分量的中誤差、模糊度解算情況、殘差，同步環(huán)閉合差、異步環(huán)閉合差、重復(fù)基線殘差等。

各時段基線的重復(fù)性反映了基線解的內(nèi)部精度，是衡量基線解質(zhì)量的一個重要指標(biāo)。

同一基線不同時段的較差應(yīng)滿足下式規(guī)定：d

式中：R為相應(yīng)分量的重復(fù)性。全網(wǎng)基線解算成果均為雙差固定解。全網(wǎng)重復(fù)基線共39條，最大互差為19.0279mm，限差為52.3284mm，基線為DYWJ-ZHDT，基線近似總長為17815.3510米。

4.2 同步環(huán)閉合差

每個分量的同步環(huán)閉合差需滿足下式：

由于同步環(huán)閉合差只能在同步觀測中生產(chǎn)，故本次對4個時段分別計(jì)算同步環(huán)閉合差。由于在重復(fù)基線計(jì)算之前已經(jīng)對各個時段的基線進(jìn)行了篩選，篩選后對每個時段均選取5個同步環(huán)進(jìn)行指標(biāo)計(jì)算。結(jié)果表明：

同步環(huán)閉合差最大為：10.9 mm，限差為：20.2 mm，閉合環(huán)為：ZHDT-724W-G015-ZHDT

閉合環(huán)全長：48198.631m，其余同步閉合環(huán)閉合差值均滿足限差要求。

4.3 異步環(huán)閉合差

異步環(huán)的坐標(biāo)分量相對閉合差應(yīng)滿足下式規(guī)定：

WX≤2，WY≤2，WZ≤2，W≤2。本次隨機(jī)選取了137個異步環(huán)，結(jié)果表明：閉合差最大值為：28.59mm，限差為：195.92mm，閉合環(huán)為：ZHDT-XZXY-JDXY-ZHDT，閉合環(huán)全長：63562.0914 m。其余異步閉合環(huán)閉合差值均滿足限差要求。

4.4 三維無約束平差及精度評定

三維無約束平差的目的主要有以下三個方面：

（1）粗差分析，以發(fā)現(xiàn)觀測量中的粗差并消除其影響；

（2）調(diào)整觀測量的協(xié)方差分量因子，使其與實(shí)際精度相匹配；

（3）對整網(wǎng)的內(nèi)部精度進(jìn)行檢驗(yàn)和評估。本次三維無約束平差在WGS-84系統(tǒng)下進(jìn)行，選擇“行政學(xué)院”（緯度41°491664073，緯度123°260828370，橢球高81.596m）作為起算約束點(diǎn)。

三維無約束平差的精度統(tǒng)計(jì)如下：

（1）基線向量改正數(shù)統(tǒng)計(jì)：

改正數(shù) V△× V△y V△z最大（cm） 1.15 -1.65 -1.68限差（cm） 6.04 8.40 11.66對 應(yīng) 基 線 G015-XBGJ JDXY-BDMM TXXX-XBGJ對應(yīng)基線長度（m） 9754.741 13775.146 19274.755

（2）邊長相對精度統(tǒng)計(jì)：

最弱邊 邊長（m） 相對精度 限差GFLH-NKDS 284.989 1:306000 1:100000

4.5 二維約束平差及精度評定

二維約束平差的目的是將GPS基線向量觀測值及其方差陣轉(zhuǎn)換到國家或地方坐標(biāo)系的二維平面（或球面）上，然后在國家或地方坐標(biāo)系中進(jìn)行二維約束平差。轉(zhuǎn)換后的GPS基線向量網(wǎng)與地面網(wǎng)在一個起算點(diǎn)上位置重合，在一條空間基線方向上重合，保證二維基線向量網(wǎng)與地面網(wǎng)之間只存在尺度差和殘余的定向差。平差精度統(tǒng)計(jì)如下：

●基線向量改正數(shù)統(tǒng)計(jì)：

改正數(shù) V△× V△y最大（cm） -1.8 1.86限差（cm） 12.40 8.68對 應(yīng) 基 線 JDXY-ZHDT TXXX –G015對應(yīng)基線長度（m） 30890.778 21562.075

●邊長相對精度統(tǒng)計(jì)：

最弱邊 邊長（m） 相對精度 限差GFLH-NKDS 274.4696 1:201000 1:100000

●點(diǎn)位精度統(tǒng)計(jì)：

最弱點(diǎn)點(diǎn)位中誤差（cm） 限差（cm）0.22 ±1.2相鄰點(diǎn)的相鄰點(diǎn)位中誤差（cm） 限差（cm）0.57 ±1.0

5 結(jié)論

沈陽地鐵四號線一期GPS平面控制網(wǎng)經(jīng)過外業(yè)觀測和數(shù)據(jù)處理，達(dá)到的技術(shù)指標(biāo)有：

●二維約束平差后其最大點(diǎn)位中誤差為0.22cm，小于規(guī)范規(guī)定的±1.2cm；

●相鄰點(diǎn)相對點(diǎn)位中誤差最大為0.57cm，小于規(guī)范規(guī)定的± 1.0cm；

●其最弱邊相對中誤差為1:201000，小于規(guī)范規(guī)定的1：100000;

其解算成果可以作為沈陽地鐵四號線一期基礎(chǔ)控制成果。

本網(wǎng)所有技術(shù)指標(biāo)均滿足設(shè)計(jì)要求。

U231+.1[文獻(xiàn)碼]B

1000-405X（2016）-5-235-2