基于CORS的城市軌道交通GPS網(wǎng)的布設(shè)及精度分析

林飛

(杭州市勘測設(shè)計研究院，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*

(杭州市勘測設(shè)計研究院，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)測量項目，通過采用分級平差法，解決了因CORS站點距離線路太遠(yuǎn)而帶來的精度問題，并和整體式平差的結(jié)果做了各項對比，說明分級平差所得結(jié)果更加可靠。

CORS；GPS；分級平差；精度對比

1 前 言

在城市軌道交通的控制測量中，首級GPS控制網(wǎng)作為整個工程的平面測繪基準(zhǔn)至關(guān)重要。在解算城市軌道交通GPS控制網(wǎng)時，用城市CORS站作為起算依據(jù)是比較常見且行之有效的方法，其具有點位穩(wěn)定、觀測條件好、觀測時段長等優(yōu)點，有利于提高整個GPS控制網(wǎng)的精度，同時節(jié)省了在已知點設(shè)站觀測的工作量，有利于縮短工期。然而，有時會因工程覆蓋范圍過大、工程線路所在位置離既有城市CORS站的距離過遠(yuǎn)等原因，導(dǎo)致沿線GPS控制點與CORS站之間的基線邊長過長，此時如果直接進(jìn)行統(tǒng)一平差則會影響平差精度。我單位在利用CORS站點布設(shè)軌道交通GPS網(wǎng)時就曾遇到過這種問題，下面就以我們遇到的情況作為實例來做具體分析。

2 測區(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，沿線點間高差較大，地形條件復(fù)雜，對觀測的條件和精度要求較高。工程線路沿線共布設(shè)了29個GPS點，并且聯(lián)測了3個城市C級點和3個與該線路相連的地鐵五號線的GPS點。我們根據(jù)實際情況選擇了距離工程線路最近的4個CORS站點作為約束點參與平差，但是即使這最近的4個CORS站點與線路沿線的控制點之間也有著十幾千米甚至幾十千米的距離，如果直接將CORS點與線路沿線GPS點進(jìn)行統(tǒng)一平差(以下稱為統(tǒng)一平差法)，精度不可避免地會受到影響。因此，為了解決這個問題，通過研究分析，我們決定采用分級平差法，先從工程線路沿線GPS點中選擇幾個合適的點作為框架結(jié)點與CORS站構(gòu)成一個框架網(wǎng)(以下稱為一級網(wǎng))進(jìn)行基線解算，網(wǎng)圖如圖1所示：

圖1 一級網(wǎng)示意圖

然后再以這幾個框架結(jié)點作為起算數(shù)據(jù)與其他剩余GPS點構(gòu)成二級網(wǎng)進(jìn)行解算，如圖2所示。

圖2 二級網(wǎng)示意圖

3 GPS控制網(wǎng)的施測

外業(yè)采用6臺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)點的幾個控制點將用來作為二級網(wǎng)的起算點，為了盡量提高這幾個控制點的精度，將其觀測時間延長至4個小時以上，其余點的具體觀測作業(yè)按表1規(guī)定執(zhí)行：

GPS測量作業(yè)技術(shù)指標(biāo) 表1

4 GPS數(shù)據(jù)處理及精度對比

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。在一級網(wǎng)的基線解算中，為了提高一級網(wǎng)中長基線邊的處理精度，在進(jìn)行基線解算前導(dǎo)入了觀測當(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)作為三維無約束平差的起算數(shù)據(jù)，在CGCS2000坐標(biāo)系下進(jìn)行無約束平差，然后用選取的4個CORS站點的本地坐標(biāo)作為起算數(shù)據(jù)進(jìn)行二維約束平差。

三維無約束平差后基線向量改正數(shù)的絕對值及限差統(tǒng)計如圖3所示：

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

各項平差指標(biāo)統(tǒng)計如表2所示。

一級網(wǎng)三維無約束平差及二維約束平差指標(biāo)統(tǒng)計 表2

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

(2)二級網(wǎng)的網(wǎng)平差

三維無約束平差以點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)計如圖4所示：

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

精度指標(biāo)統(tǒng)計如表3所示：

二級網(wǎng)三維無約束平差及二維約束平差指標(biāo)統(tǒng)計 表3

4.3 精度對比

為了比較分級平差法與統(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精度指標(biāo)進(jìn)行對比，如表4所示：

兩種解算方式的各項精度指標(biāo)對比 表4

由表4的對比可以看出，除了三維無約束平差的最弱點點位中誤差這一項，其余各項精度指標(biāo)中，分級平差法均要優(yōu)于統(tǒng)一平差法。

5 成果可靠性對比

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

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

通過圖5和圖6可以很明顯得看出：兩種方法的計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量規(guī)范》中的要求，且分級平差法所得結(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)差值對比

圖6 兩種平差法與原有成果的Y坐標(biāo)差值對比

6 結(jié) 語

本文所述分級平差法可以較好地消除在利用CORS站點布設(shè)軌道交通GPS控制網(wǎng)時，因起算點與布設(shè)的GPS控制點距離過長所帶來的對精度的不利影響，雖然解算過程比通常的直接統(tǒng)一平差要煩瑣且多耗時間，但是所得結(jié)果更加可靠，精度更高。當(dāng)然，更有效且長遠(yuǎn)的解決方法是在整個城市的范圍內(nèi)，選擇合適的位置，建立一個由高精度框架點構(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可用，也可以保證一個城市的不同軌道交通線路之間能夠更好地銜接，從而納入一個統(tǒng)一的測繪基準(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，研究方向為軌道交通工程測量。