深圳地鐵三號(hào)線GPS平面控制網(wǎng)建立及精度分析

1、深圳地鐵三號(hào)線GPS平面控制網(wǎng)建立及精度分析摘要本文全面介紹了深圳地鐵三號(hào)線gps平面控制網(wǎng)的布設(shè)方案,包括gps控制網(wǎng)技術(shù)設(shè)計(jì)、外業(yè)觀測(cè)、基線向量解算、控制網(wǎng)平差及精度分析和可靠性檢驗(yàn)等。同時(shí)對(duì)地鐵gps平面控制網(wǎng)建立的有關(guān)問題提出一些建議。關(guān)鍵詞基線向量解算;網(wǎng)平差;精度分析;可靠性檢驗(yàn)1工程與測(cè)區(qū)概況深圳地鐵三號(hào)線工程初期建立線路起自紅嶺中路站,止于龍興街站,沿線所經(jīng)區(qū)域有羅湖區(qū)的東門、水貝、布心片區(qū),龍崗區(qū)布吉鎮(zhèn)、橫崗鎮(zhèn)、龍崗中心城及龍崗鎮(zhèn)。正線全長(zhǎng)32.91k,其中地下線長(zhǎng)692k,高架線長(zhǎng)25.71k。全線共設(shè)21個(gè)車站和1個(gè)車輛段,其中紅嶺中路站至布心站6個(gè)車站為地下站,布吉聯(lián)檢

2、站至龍興街站14個(gè)車站為高架站,塘坑站為半地下站。該工程全線位于特區(qū)內(nèi),特別是地下線局部紅嶺中路老街東門中路三站兩區(qū)從東門老街商業(yè)繁華地帶穿過,高樓林立、街道狹窄、交通繁忙、城市無線電干擾嚴(yán)重,給gps測(cè)量帶來困難。2gps控制網(wǎng)設(shè)計(jì)2.1布網(wǎng)原那么本工程gps控制網(wǎng)根據(jù)?地下鐵道、輕軌交通工程測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)?、?城市測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)?以及?全球定位系統(tǒng)城市測(cè)量技術(shù)規(guī)程?中相關(guān)技術(shù)要求布網(wǎng)。gps網(wǎng)沿地鐵線路呈帶狀分布,采用邊連接形式構(gòu)網(wǎng),由多個(gè)同步大地四邊形或三角網(wǎng)組成,網(wǎng)內(nèi)重合了4個(gè)城市二等控制點(diǎn),并對(duì)包括重合點(diǎn)在內(nèi)的控制網(wǎng)進(jìn)展長(zhǎng)邊大地四邊形觀測(cè),以便對(duì)整網(wǎng)進(jìn)展長(zhǎng)度基準(zhǔn)控制。gps控制網(wǎng)由非同步獨(dú)立觀測(cè)

3、邊構(gòu)成閉合環(huán)或附合道路,每個(gè)閉合環(huán)或附合道路中的邊數(shù)不大于6條。2.2選點(diǎn)與埋石根據(jù)布網(wǎng)原那么和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況,沿線路每隔2k左右布設(shè)一對(duì)互相通視的gps點(diǎn),為保證精細(xì)導(dǎo)線聯(lián)測(cè)需要每個(gè)gps點(diǎn)至少與兩個(gè)相鄰gps點(diǎn)通視,每對(duì)gps點(diǎn)邊長(zhǎng)8002000。gps點(diǎn)均選在利于保存、便于施測(cè)的建筑物頂面,點(diǎn)位視野開闊,遠(yuǎn)離高壓輸電線和無線電發(fā)射裝置。2.3主要技術(shù)指標(biāo)根據(jù)?地下鐵道、輕軌交通工程測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)?的技術(shù)要求,本工程gps控制網(wǎng)按gps級(jí)網(wǎng)施測(cè)。最弱點(diǎn)位中誤差不大于12,相鄰點(diǎn)相對(duì)點(diǎn)位中誤差不大于10,最弱邊相對(duì)中誤差不大于1/9萬,與原有控制點(diǎn)的坐標(biāo)較差不大于50。3外業(yè)觀測(cè)gps控制網(wǎng)采用6臺(tái)

4、trible5700雙頻(標(biāo)稱精度為5+1pp)接收機(jī)作業(yè)。gps測(cè)量作業(yè)前,接收機(jī)在一般檢視和通電檢驗(yàn)后,還進(jìn)展了gps接收機(jī)內(nèi)部噪聲程度測(cè)試和接收機(jī)天線平均相位中心穩(wěn)定性檢驗(yàn),并對(duì)基座光學(xué)對(duì)中器和卷尺進(jìn)展檢校。根據(jù)編制的gps衛(wèi)星可見性預(yù)報(bào)表及衛(wèi)星的幾何圖形強(qiáng)度(其pdp值不應(yīng)大于6),選擇最正確觀測(cè)時(shí)段。觀測(cè)時(shí)按相對(duì)靜態(tài)定位形式進(jìn)展觀測(cè),每條邊觀測(cè)時(shí)段2,每個(gè)觀測(cè)時(shí)段長(zhǎng)度90in,衛(wèi)星高度角15,天線整平對(duì)中誤差1。每時(shí)段觀測(cè)前后各量取天線高一次,兩次量測(cè)值互差3,并取平均值作為最后天線高。全網(wǎng)共聯(lián)測(cè)4個(gè)原有城市二等控制點(diǎn)(27望海嶺、32紅花頂、37求水坳、82深勘大廈)、1個(gè)城市三等

5、控制點(diǎn)(526植物園)共5個(gè)重合點(diǎn)以及新布設(shè)的32個(gè)gps點(diǎn)。觀測(cè)時(shí)除對(duì)gps控制網(wǎng)內(nèi)短邊未知點(diǎn)進(jìn)展構(gòu)網(wǎng)觀測(cè),全線還選擇7個(gè)gps控制點(diǎn)(gps04、gps06、gps21、gps23、gps27、gps30、gps32)和5個(gè)重合點(diǎn)構(gòu)成長(zhǎng)邊圖形觀測(cè),保證了gps網(wǎng)的精度均勻及減少了尺度比的誤差影響。深圳市地鐵3號(hào)線gps控制網(wǎng)聯(lián)測(cè)圖如圖1。4基線向量解算4.1基線向量解算基線向量解算是利用二個(gè)或多個(gè)測(cè)站的gps同步載波相位觀測(cè)值確定測(cè)站之間坐標(biāo)差的過程。本工程采用trible隨機(jī)軟件tg162按靜態(tài)相對(duì)定位形式解算,基線解算采用衛(wèi)星播送星歷坐標(biāo)作為基線解的起算數(shù)據(jù)。因測(cè)區(qū)處于經(jīng)濟(jì)興旺地區(qū),城

6、市無線電信號(hào)強(qiáng)烈,再加上太陽等天體輻射影響gps信號(hào)通過電離層時(shí),傳播途徑和傳播速度會(huì)發(fā)生變化,從而影響gps衛(wèi)星至地面接收機(jī)之間的觀測(cè)間隔 ,假設(shè)不加以仔細(xì)改正,會(huì)嚴(yán)重?fù)p害gps觀測(cè)值精度。本工程在施測(cè)時(shí)利用多臺(tái)gps雙頻接收機(jī)進(jìn)展同步觀測(cè),并在基線解算時(shí)通過高級(jí)參數(shù)設(shè)置,利用tg電離層改正模型對(duì)大于4k的基線進(jìn)展電離層改正。電離層改正模型考慮了折射率中的高階項(xiàng)以及地磁場(chǎng)的影響,并且沿著信號(hào)傳播途徑進(jìn)展積分,通過基線解算精度比擬,參加改正模型后的精度均優(yōu)于2,可顯著進(jìn)步基線向量解算觀測(cè)值程度和垂直精度。4.2基線向量質(zhì)量控制與精度分析基線向量質(zhì)量控制是為了后續(xù)數(shù)據(jù)處理分析提供合格的基線向量結(jié)

7、果。對(duì)基線向量質(zhì)量可根據(jù)以下基線解算指標(biāo)進(jìn)展控制:4.2.1相對(duì)指標(biāo)(1)單位權(quán)方差因子即參考因子;(2)觀測(cè)值的rs即觀測(cè)值殘差的均方根,rs值越小越好;(3)數(shù)據(jù)刪除率,數(shù)據(jù)刪除率越高說明觀測(cè)值質(zhì)量越差;(4)比率rati,它反映了所確定的整周未知數(shù)參數(shù)的可靠性,該值越大,可靠性越高,它主要與觀測(cè)時(shí)衛(wèi)星星座的數(shù)量和幾何分布圖形有關(guān);(5)衛(wèi)星強(qiáng)度因子rdp,它的值的大小與觀測(cè)時(shí)間段有關(guān)。以上五個(gè)指標(biāo)均在一定程度上反映觀測(cè)值質(zhì)量的優(yōu)劣,但還無法斷定基線解算質(zhì)量是否合格。4.2.2半相對(duì)半絕對(duì)指標(biāo)同步環(huán)閉合差,從理論上講同步觀測(cè)基線間具有一定內(nèi)在聯(lián)絡(luò),閉合差三維向量總和應(yīng)該為0。但在理論中只要

8、數(shù)學(xué)模型正確,數(shù)據(jù)處理無誤,即使觀測(cè)值質(zhì)量不好,同步環(huán)閉合差也有可能非常校當(dāng)同步環(huán)閉合差超限,那么能說明閉合環(huán)中至少有一條基線向量有問題,但當(dāng)閉合差不超限時(shí)也不能說明環(huán)中所有基線質(zhì)量均合格。4.2.3絕對(duì)質(zhì)量指標(biāo)4.2.3.1異步環(huán)閉合差當(dāng)異步環(huán)閉合差滿足限差要求,說明組成異步環(huán)的所有基線解算質(zhì)量均合格。深圳地鐵三號(hào)線gps控制網(wǎng)基線向量異步環(huán)閉合差統(tǒng)計(jì)見表1?；€向量異步環(huán)閉合差限差為(為基線向量的弦長(zhǎng)中誤差(),n=3),可見本工程基線向量所有異步環(huán)閉合差均滿足限差要求。4.2.3.2重復(fù)觀測(cè)基線較差指不同的觀測(cè)時(shí)段對(duì)同一條基線進(jìn)展重復(fù)觀測(cè)的觀測(cè)值間的差異,當(dāng)其滿足限差要求時(shí)說明基線向量解

9、算是合格的,當(dāng)不滿足時(shí)那么說明至少有一個(gè)時(shí)段觀測(cè)的基線有問題,這條基線可通過多條復(fù)測(cè)基線來斷定哪個(gè)時(shí)段的基線觀測(cè)值有問題。深圳地鐵三號(hào)線gps控制網(wǎng)重復(fù)觀測(cè)基線較差統(tǒng)計(jì)見表2。重復(fù)觀測(cè)基線向量較差限差為。以上統(tǒng)計(jì)說明:本工程所有重復(fù)觀測(cè)基線向量較差均滿足標(biāo)準(zhǔn)限差要求,即gps控制網(wǎng)中所有基線向量解算均合格,基線解算成果可靠。影響基線向量解算的因素很多,很復(fù)雜,對(duì)于基線向量解算質(zhì)量好壞的斷定比擬簡(jiǎn)單和實(shí)用的方法是條件允許時(shí)利用全站儀重復(fù)觀測(cè)基線,看能否滿足重復(fù)觀測(cè)基線較差的限差要求。5控制網(wǎng)平差及精度分析gps控制網(wǎng)平差包括三維無約束平差和二維約束平差,平差數(shù)據(jù)采用基線向量的雙差固定解進(jìn)展。網(wǎng)平

10、差和坐標(biāo)轉(zhuǎn)換均利用西南交通大學(xué)研制的xjgps商用軟件,以27望海嶺的gs-84系的三維坐標(biāo)作為起算數(shù)據(jù),在gs-84坐標(biāo)系中進(jìn)展三維無約束平差,以檢定基線向量網(wǎng)自身的內(nèi)符合精度及其系統(tǒng)誤差和粗差。經(jīng)三維無約束平差計(jì)算,基線向量網(wǎng)中最弱邊相對(duì)中誤差為ii37gps31:1/611744;最大方位角中誤差為ii37gps31:0.31;最弱點(diǎn)點(diǎn)位中誤差為37:0.55。經(jīng)統(tǒng)計(jì)所有基線向量改正數(shù)的絕對(duì)值均滿足?地下鐵道、輕軌交通工程測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)?中限差要求。三維無約束平差計(jì)算通過后,再以深圳城市控制點(diǎn)的城市平面直角坐標(biāo)對(duì)基線網(wǎng)進(jìn)展邊長(zhǎng)和方位角約束平差,并將gps平面控制點(diǎn)的gs-84坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為深圳城市

11、平面直角坐標(biāo),即得到gps平面控制網(wǎng)中各點(diǎn)的坐標(biāo)成果。經(jīng)二維約束平差計(jì)算,gps控制網(wǎng)最弱邊相對(duì)中誤差為ii37gps31:1/3450874;最大方位角中誤差為ii37gps31:0.05;最弱點(diǎn)點(diǎn)位中誤差為gps31:0.08。通過以上數(shù)據(jù)分析,全網(wǎng)共32個(gè)新設(shè)點(diǎn),點(diǎn)位中誤差均小于限差12精度要求,同時(shí)也滿足最弱邊相對(duì)中誤差1/9萬的精度要求。6點(diǎn)可靠性檢驗(yàn)在二維約束平差前要對(duì)點(diǎn)可靠性進(jìn)展檢驗(yàn),以確保所采用的點(diǎn)的正確性。先以37求水坳、82深勘大廈為點(diǎn)進(jìn)展二維約束平差,對(duì)其它點(diǎn)的坐標(biāo)進(jìn)展比擬。點(diǎn)坐標(biāo)與作未知點(diǎn)二維約束平差坐標(biāo)間較差如表3。從表3中可看出點(diǎn)間具有較高的相對(duì)精度,滿足與原有控制

12、點(diǎn)的坐標(biāo)較差50限差要求。因此,采用27望海嶺、32紅花頂、37求水坳、82深勘大廈4個(gè)二等城市控制點(diǎn)對(duì)整個(gè)gps平面控制網(wǎng)進(jìn)展二維約束平差,保證了約束坐標(biāo)的正確性和高精度。7完畢語(1)地鐵gps控制網(wǎng)應(yīng)采用邊連接形式構(gòu)網(wǎng),由多個(gè)同步大地四邊形或三角網(wǎng)組成,并要對(duì)包括重合點(diǎn)在內(nèi)的控制網(wǎng)進(jìn)展長(zhǎng)邊大地四邊形觀測(cè),以便對(duì)整網(wǎng)進(jìn)展長(zhǎng)度基準(zhǔn)控制。(2)gps基線向量的解算非常重要。要加強(qiáng)基線解算質(zhì)量控制,嚴(yán)格用異步環(huán)閉合差和重復(fù)觀測(cè)基線較差兩個(gè)絕對(duì)質(zhì)量指標(biāo)來斷定基線解算質(zhì)量。(3)影響基線解算質(zhì)量的原因較多,但最根本的是觀測(cè)條件,即觀測(cè)點(diǎn)位置和觀測(cè)時(shí)段。觀測(cè)點(diǎn)位置主要考慮多途徑效應(yīng)的影響及無線電干擾,

13、選點(diǎn)時(shí)應(yīng)盡量避開高大建筑物、大面積水域及遠(yuǎn)離高壓輸電線和無線電發(fā)射裝置;觀測(cè)時(shí)段主要根據(jù)衛(wèi)星星歷預(yù)報(bào)圖和衛(wèi)星星座相對(duì)測(cè)區(qū)的幾何分布,選擇最正確觀測(cè)時(shí)間。(4)在城市中進(jìn)展高精度gps控制測(cè)量,為減小電離層對(duì)基線解算的影響,在施測(cè)時(shí)可利用多臺(tái)gps雙頻接收機(jī)進(jìn)展同步觀測(cè),并在基線解算時(shí)利用tg電離層改正模型對(duì)長(zhǎng)基線進(jìn)展電離層改正。通過本工程基線解算精度比擬,參加改正模型后的精度均優(yōu)于2,可顯著進(jìn)步觀測(cè)值基線向量解算精度。(5)對(duì)高精度的gps控制網(wǎng)重復(fù)基線觀測(cè)非常重要,控制網(wǎng)中骨干網(wǎng)點(diǎn)應(yīng)重復(fù)觀測(cè),重復(fù)觀測(cè)次數(shù)2,通過多條重復(fù)觀測(cè)基線可直接斷定基線解算質(zhì)量和整個(gè)基線向量網(wǎng)的好壞。(6)在二維約束平差前應(yīng)對(duì)點(diǎn)進(jìn)展可靠性檢驗(yàn),對(duì)參與