关于高速铁路GPS控制网测量技术探讨

关于高速铁路GPS控制网测量技术探讨摘要：文章结合笔者的工作经验和总结，主要阐述了gps网优化设计及优化，在此基础上，针对高速铁路gps控制网测量技术进行了探讨了研究，以供测量人员参考与借鉴。关键词：高速铁路；gps控制网；优化设计；测量技术一、gps网优化设计指标gps控制网优化设计三种指标。1）精度指标。根据gps基线向量所建立法方程，可以得到gps网协因数阵qxx。在gps网设计阶段，可采用协因数阵qxx的迹来衡量gps网精度指标。一般应用协因数阵qxx的特征值最大值最小、特征值的行列式最小、迹最小、迹的平均值最小和最大特征值与最小特征值之间的比值或差值为准则来实现对整体网精度的优化。2）可靠性指标。gps网的可靠性是指发现或探测观测值粗差的能力和抵抗观测值粗差对平差结果影响的能力，其中前者被称为内部可靠性，后者被称为外部可靠性。3）费用指标。在gps网建设过程中，经费消耗主要跟网中点的总数和重复设站数有关，重复设站数越多，精度和网的可靠性越高，则建网费用越高。因此权衡三者关系，对gps网进行优化设计，可以实现工程资源和工程质量的最佳配置。二、gps网优化设计（1）gps零类优化设计。基线固定点的误差会给基线结果带来一定的误差，因此必须对网的位置基准进行优化设计。gps工程控制网多为约束网，只需要选择国家、地方坐标系或转化为高程抵偿面的任意带高斯投影直角坐标系（平面和高程）下的一个或多个已知点作为位置基准，但有时候根据特定要求，方位基准可由网中给定的起算方位角值确定；尺度基准可根据边长的不同采用其它测量方法确定，如采用较高精度的测距仪或全站仪施测2～3条基线边。在上述多基准约束网中，最好先对它们进行相容性检验，以免由于某个基准不匹配引起网形和比例尺发生变化。若网中无任何其它类型的己知起算点数据时，可将网中一点多次进行gps观测得到的坐标作为网的位置基准，或按秩亏网处理，选择重心基准。（2）gps网一类优化设计gps网一类优化设计即gps网形设计。gps网中点的精度与点位分布无关，它不受网本身几何图形的限制，主要和网中基线的边长有关，从gps网平差的原理可知，网的形状对gps网的质量没有直接影响网常用的布网形式有以下几种：跟踪站式、会战式、多基准站式、同步图形扩展式和单基准站式。以单基准站式为例，它称为星形网方式，它是以一台gps作为基准站，在某个测站持续观测，其余接收机在其周围流动观测，这样就与基准站建立起若干条同步基线，其形状类似于星形，故称之。其特点是布网效率高，但图形强度弱。三、高速铁路gps控制网测量技术3.1基准网和gps的建立我国基准网、gps和cpⅱ主体是应用gps静态测量技术测设的在进行gps静态测量时，天线严格置平对中，其中基准网宜建成强制归心标志。每个时段观测前、后各量天线高一次，两次较差值小于2mm，取均值作为最后成果；天线定向标志线指向正北；观测过程中不得在天线附近50m以内使用电台，10m以内使用对讲机；在一时段观测过程中不允许进行以下操作：接收机关闭又重新启动，进行自测试，改变卫星截止高度角和数据采样间隔，按动关闭文件和删除文件等功能。gps基准网、cpi和cpⅱ构成三角形与四边形独立闭合环，一般应用四台gps仪器同步观测，尽量保证足够的重复设站数目，以确保控制网有足够的多余观测数。在进行gps外业测量过程中，对当天的观测数据进行初处理，以便及时发现问题，确保观测数据的质量。数据的初处理采用广播星历和商用软件解算当天观测的基线，用于解算基线的起算点在wgs-84坐标系中的绝对坐标精度不低于3m，可通过单点定位得到。基线观测值应进行异步独立环闭合差检核gps基准网的基线解算，以我国境内igs站的itrfz000坐标为起算数据，因此需要联测igs站点。采用igs精密星历，使用gamit精密基线解算软件进行计算，各个时段基线解算时的参数设置如下：1）钟差改正采用广播星历中的钟差参数，接收机钟差改正由伪距观测值计算；）电离层折射影响用lc观测值消除，对流层折射根据标准大气模型用萨斯坦莫宁模型改正，并在每个测站上每隔4小时加上一个天顶方向上的折射量偏差参数；）星天线相位中心偏差改正采用软件的设定值若量取接收机天线高时计入了其相位中心偏差，则将接收机天线的相位中心偏差设置成o；4）卫星截止高度角为15度，历元间隔为秒；5）固定igs轨道，固定起算点坐标；6）数据处理时首先采用autcln模块自动对失周进行处理，如果autcln不能全部修复或标定失周，再用cview进行人工修复或标定。由gamit解算的精密基线的同步环闭合差严格为o，基线解算质量主要通过重复边和异步环闭合差来检核。3.2cpⅱ的建立（1）按导线网形式测量。cpⅱ控制点采用tca20o3、tca1800全站仪或其他同精度的全站仪进行施测。导线边长测量，读数至0.1毫米。距离和竖直角往返各观测3测回，竖角指标差簇15”，外业采用竖直角计算平距。其中tcazoo3全站仪测角精度0.52”或者1”，测距精度1mm十1ppm。导线测量数据使用电子手簿记录，导线边应离开障碍物1m以上，数据微机传输整理。对测距边水平距离进行高程归化和投影改化后进行严密平差计算。gpⅱ导线边长度比较接近，可以看作是等边直伸导线网。（2）使用gps建立gpⅱ根据《客运专线无碴轨道铁路工程测量暂行规定》规定，应执行c级网施测。施测时联测cp工gps网关联的基线，基线质量检验的限差应符合cpi级网测量的要求，以关联的cpi级gps点为起算数据，测量成果的精度应同全站仪的要求。设站点应选择在稳固可靠且不易被施工破坏的范围内，便于测量及施工放线的地方。点位应便于安置gps接收机或全站仪，周围视野开阔，便于gps卫星信号的接收，便于下一级cpih控制点测量；离大功率无线电发射源（电视台、微波站）的距离不小于200m，离高压输电线距离不得小于50m；附近不应有强烈干扰卫星信号接收的物体，尽量避开大面积水域。点位中误差同样控制在士15m范围内。相邻点中误差可控制在10mm范围内。3.3建立cpⅲcpⅲ基桩控制网按五等导线标准按后方交会方法进行施测。本文主要论述精密测量，暂时不再赘述。四、结语综上所述，通过对gps控制网测量方案分析，并进一步探讨高程控制网各项技术指标。如高程精密测量中，高程系统的高差换算成1985国家高程基准。平差前应进行测段往返测高差不符值、闭合或附合路线闭合差检核和每km高差中数偶然中误差计算等，以供大家参考。参考文献：[1]朱颖，客运专线无柞轨道铁路工程测量技术[j]北京：中国铁道出版社，2009[2]梅熙，gps技术建立铁路客运专线平面控制网若干问题的探讨[j]铁道勘察，2005