廣州 GPS平面控制網(wǎng)擴(kuò)建與使用

1、鐵路英才網(wǎng)一覽YL使命：加速中國(guó)職業(yè)化進(jìn)程使命：加速中國(guó)職業(yè)化進(jìn)程專業(yè)知識(shí)分享版摘要：為了滿足2015年地鐵新線建設(shè)規(guī)劃，廣州地鐵對(duì)GPS控制網(wǎng)進(jìn)行了擴(kuò)建。本文介紹了擴(kuò)建控制網(wǎng)的圖形設(shè)計(jì)、測(cè)量、數(shù)據(jù)處理以及精度評(píng)價(jià)等環(huán)節(jié)的主要內(nèi)容。并結(jié)合在工程中的實(shí)際使用效果，對(duì)控制網(wǎng)的改進(jìn)和使用提出了建議，可為類似GPS控制網(wǎng)測(cè)量和使用提供參考。關(guān)鍵詞：擴(kuò)建；基線；精度；平差0引言2004年廣州建立了覆蓋整個(gè)廣州城區(qū)的三等GPS控制網(wǎng)（以下簡(jiǎn)稱為原網(wǎng)）。2009年為了滿足2015年地鐵新線建設(shè)規(guī)劃，廣州進(jìn)行了GPS控制網(wǎng)的擴(kuò)建（以下簡(jiǎn)稱為擴(kuò)建網(wǎng)）?？刂凭W(wǎng)擴(kuò)建的主要原因有：原網(wǎng)是在二等GPS“孤”點(diǎn)的基礎(chǔ)上建

2、立的三等控制網(wǎng)，由于沒有建立二等控制框架網(wǎng)，原網(wǎng)的整體精度有待提高；控制網(wǎng)的整體性不強(qiáng)。原網(wǎng)建成后，根據(jù)線路建設(shè)需要，在原網(wǎng)的基礎(chǔ)上進(jìn)行了幾次局部擴(kuò)網(wǎng)；對(duì)已建成的三等GPS控制網(wǎng)進(jìn)行復(fù)測(cè)。1網(wǎng)形設(shè)計(jì)11設(shè)計(jì)原則擴(kuò)建網(wǎng)的設(shè)計(jì)原則有：技術(shù)指標(biāo)需滿足規(guī)范要求；擴(kuò)建網(wǎng)既要滿足在建線路的需要又要滿足2015年新增線路需要；應(yīng)建立二等GPS框架網(wǎng)。12擴(kuò)建網(wǎng)構(gòu)成如圖1，GPS擴(kuò)建網(wǎng)由二等GPS框架網(wǎng)和三等GPS控制網(wǎng)構(gòu)成。其中：二等GPS框架網(wǎng)39個(gè)、原網(wǎng)舊點(diǎn)103個(gè)和新增線路GPS控制網(wǎng)45個(gè)。多邊形以三邊形和四邊形為主，并且要求閉合環(huán)中的邊不數(shù)最多超過6條。新增點(diǎn)位的選點(diǎn)和標(biāo)石埋設(shè)均滿足規(guī)范要求。1廣

3、州GPS平面控制網(wǎng)鐵路英才網(wǎng)一覽YLKXJ鐵路英才網(wǎng)一覽YLKXJ使命：加速中國(guó)職業(yè)化進(jìn)程使命：加速中國(guó)職業(yè)化進(jìn)程2外業(yè)觀測(cè)GPS控制網(wǎng)觀測(cè)具體參數(shù)見表1。表1二等GPS框架網(wǎng)和三等GPS控制網(wǎng)觀測(cè)具體參數(shù)項(xiàng)目二等GPS框架網(wǎng)觀測(cè)翌求駕GP5控制網(wǎng)觀測(cè)要求接收機(jī)類型天寶R8儀器拓普康H1PER儀器栽波相位載波相位接收機(jī)標(biāo)稱精度靜董5mm4-0.5ppi靜態(tài)hm+lppm衛(wèi)星高度角1515有效觀測(cè)衛(wèi)星數(shù)1顆34有效觀測(cè)時(shí)段長(zhǎng)度(min)M120數(shù)據(jù)采樣間隔佔(zhàn))1010點(diǎn)位幾應(yīng)凰形強(qiáng)度(roop)6電石重產(chǎn)設(shè)站數(shù)吩32同步觀測(cè)接收機(jī)數(shù)(臺(tái))33最弱邊相對(duì)中謀差1/127J1/10773數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)

4、處理采用框架網(wǎng)和三等網(wǎng)的整網(wǎng)平差，并將控制網(wǎng)納入廣州市平面基準(zhǔn)進(jìn)行平差計(jì)算。坐標(biāo)系統(tǒng)采用廣州市平面坐標(biāo)系統(tǒng)。31起算點(diǎn)選擇起算點(diǎn)的選擇原則：所選擇的起算點(diǎn)應(yīng)達(dá)到較高精度、具有良好的兼容性；原則上采用廣州市二等以上城市高等級(jí)控制點(diǎn)作為起算，在條件許可的情況下還應(yīng)盡量采用廣州市二等網(wǎng)的框架點(diǎn)作為起算；所選用的起算點(diǎn)在網(wǎng)中應(yīng)盡量均勻分布，網(wǎng)形薄弱處應(yīng)適當(dāng)增加起算點(diǎn)，確保全網(wǎng)更好地得到控制。32基線解算321框架網(wǎng)基線解算框架網(wǎng)的基線解算采用Trimble公司的處理軟件TGO(TrimbleGeomaticOffice)來完成，選取廣播星歷進(jìn)行解算。在解算中每一條基線都按雙差固定解來解算。同時(shí)，根據(jù)同

5、步和異步閉合環(huán)的閉合差值及時(shí)了解基線的質(zhì)量情況。二等框架網(wǎng)共解算獨(dú)立基線94條，其中最長(zhǎng)邊27072.680m，最短邊2515.092m,平均邊長(zhǎng)10803.095m?；€長(zhǎng)度010km有48條，1020km有43條，超過20km有3條。3.22三等GPS網(wǎng)基線解算采用Trimble公司的處理軟件TGO來完成，利用了廣播星歷進(jìn)行解算，每一條基線都要求雙差固定解。根據(jù)設(shè)計(jì)網(wǎng)形和同步、異步閉合環(huán)的閉合差值及時(shí)了解基線的質(zhì)量情況。三等GPS網(wǎng)全網(wǎng)共解算獨(dú)立基線431條，其中最長(zhǎng)邊15332.38m，最短邊593.084m，平均邊長(zhǎng)4074.27m?；€長(zhǎng)度03km有331條，510km有96條，超過

6、10km有4條。33整網(wǎng)平差平差計(jì)算采用后處理軟件TGPPSWforWIN32完成。整網(wǎng)平差以地鐵框架網(wǎng)中的二等GPS控制點(diǎn)作為骨架點(diǎn)，將地鐵框架網(wǎng)和三等GPS控制網(wǎng)合并在一起作整體平差，從而直接得到二等GPS框架網(wǎng)和三等GPS網(wǎng)坐標(biāo)成果。331異步環(huán)閉合差及重復(fù)基線檢驗(yàn)整網(wǎng)共由187個(gè)點(diǎn)組成，實(shí)際采用獨(dú)立觀測(cè)基線向量共525條，其中有78條重復(fù)觀測(cè)向量，共組成閉合環(huán)261個(gè)。在261個(gè)閉合環(huán)中，其坐標(biāo)差分量、環(huán)閉合差全部滿足全球定位系統(tǒng)城市測(cè)量技術(shù)規(guī)程要求。鐵路英才網(wǎng)一覽YL最大環(huán)閉合差為6.30ppm（限差要求為9.50ppm）,最小為0.06ppm；閉合環(huán)差值02ppm有172個(gè),24p

7、pm有75個(gè)，46ppm有12個(gè)，68ppm有2個(gè)。重復(fù)基線較差最小為0.21ppm，最大為18.06ppm（限差31.5ppm）,重復(fù)基線較差平均為3.68ppm。重復(fù)基線較差02ppm有36個(gè)，24ppm有26個(gè)，46ppm有12個(gè)，大于6ppm有4個(gè)。332WGS-84無約束平差以二等GPS控制點(diǎn)WS作為固定點(diǎn)，以其絕對(duì)定位的WGS-84坐標(biāo)為起算點(diǎn)數(shù)據(jù)，平差后基線向量的改正值分布情況見表2。表2基線向蚩改正值統(tǒng)計(jì)表改正數(shù)區(qū)阿0.0-1.（）2.0-3.03.0-最小值最人值（cm平均值42272121605.60.66Vy（個(gè)數(shù)356423907.560.97盂（個(gè)數(shù)）3S497401

8、405.730.76基線向量的改正值都在限差范圍內(nèi)，表明基線中沒有粗差。333WGS-84三維約束平差三維約束平差的目的是計(jì)算出全網(wǎng)所有點(diǎn)的WGS-84坐標(biāo)。選用5個(gè)二等GPS控制點(diǎn)作為起算點(diǎn)。分別為：E3、YH、SH、HL、WS。這五個(gè)點(diǎn)都擁有高精度的WGS-84坐標(biāo)。三維約束平差后，最弱點(diǎn)為TP，統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表3。表3WGSS4三維約朿平謹(jǐn)結(jié)果統(tǒng)計(jì)表0-L01.0-2.024最小值最大值平均值X-/j向700.451.490.72Y-用向155棗0.963.221.42X-/向159EE0051.640.76結(jié)果表明，WGS-84三維約束平差結(jié)果較好。334廣州坐標(biāo)約束平差整網(wǎng)平差共采用16

9、個(gè)廣州市二等GPS控制點(diǎn)作為起算點(diǎn)進(jìn)行平差，如圖1,只有M2點(diǎn)為非二等GPS框架點(diǎn)。約束平差后，基線向量的改正數(shù)與同名基線無約束平差相應(yīng)改正數(shù)的較差符合規(guī)范要求，分布情況見表4。表4基線向量改正數(shù)弓同名基線無約束平差相應(yīng)改正數(shù)較菱統(tǒng)計(jì)表較差區(qū)間0.0-1.（1個(gè)數(shù)）1.0-2.0個(gè)數(shù)）2.0-3.0個(gè)數(shù)）3.0-（個(gè)數(shù)）最小值最夫值平均值DVX40974291305.28DVY491313002.78G.29DVZ47S逼8703.6303S點(diǎn)位精度。約束平差后，最弱點(diǎn)為平崗（09）,點(diǎn)位中誤差為1.17cm，小于1.2cm。整網(wǎng)內(nèi)符合使命：加速中國(guó)職業(yè)化進(jìn)程鐵路英才網(wǎng)專業(yè)知識(shí)分享版精度很高，

10、滿足點(diǎn)位中誤差規(guī)范要求。最弱邊精度情況。最弱邊為80-B7（593.084m）,邊長(zhǎng)相對(duì)中誤差為9.84ppm（1/10.1萬），滿足1/10萬的設(shè)計(jì)要求。相鄰點(diǎn)位精度。根據(jù)城市軌道交通工程測(cè)量規(guī)范，相鄰點(diǎn)的相對(duì)點(diǎn)位中誤差可用下式進(jìn)行計(jì)算:式中：（Mg）GPS網(wǎng)中最弱點(diǎn)的點(diǎn)位中誤差（mm）；（MG）ijGPS網(wǎng)中相鄰點(diǎn)的相對(duì)中誤差（mm）；GIJ按本網(wǎng)最弱點(diǎn)點(diǎn)位中誤差（MG）=11.7mm代入上式，計(jì)算得（MG）Ij=8.27mm，符合相鄰點(diǎn)位中誤差小于10mm的要求。3.4整網(wǎng)平差結(jié)果與舊點(diǎn)原有坐標(biāo)的比較整網(wǎng)平差結(jié)果與舊點(diǎn)原有坐標(biāo)比較結(jié)果詳見附表，整網(wǎng)平差結(jié)果滿足不同線路控制網(wǎng)重合點(diǎn)坐標(biāo)較差

11、25mm的要求。統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表5。表蕪整網(wǎng)平菱結(jié)果與舊點(diǎn)原有坐標(biāo)比較統(tǒng)讓表較差區(qū)間0.0-LO1.0-2.02.0-最小值Qn】最大值平均值gm）AX(cm)693340.022470.76AY(cm)712960.030.87MS(rm)3162M0.10248L2535擴(kuò)建網(wǎng)技術(shù)成果全網(wǎng)平差結(jié)果最小點(diǎn)位中誤差4.0mm,最大點(diǎn)位中誤差11.7mm,平均點(diǎn)位中誤差為6.4mm，相鄰點(diǎn)最弱相對(duì)中誤差為8.3mm，最弱邊相對(duì)中誤差9.84ppm（1/10.1萬），其各項(xiàng)精度指標(biāo)優(yōu)于城市軌道交通工程測(cè)量規(guī)范的要求。4控制網(wǎng)的使用擴(kuò)建網(wǎng)與原網(wǎng)比較，在精度和整體性方面都有所提高。該網(wǎng)成果于2009年開始

12、使用于九號(hào)線、十三號(hào)線精密導(dǎo)線測(cè)設(shè)以及六號(hào)線精密導(dǎo)線復(fù)測(cè)，使用結(jié)果證明該網(wǎng)精度能滿足地鐵工程建設(shè)需要。但使用中也存在一些需要注意的地方。4.1精密導(dǎo)線起算數(shù)據(jù)選擇的合理性直接影響到導(dǎo)線的精度、使用。擴(kuò)建網(wǎng)中三等GPS平面控制測(cè)量網(wǎng)，平均邊長(zhǎng)4074.27m米，其中最長(zhǎng)邊15332.38m米，最短邊593.084m米。平均邊長(zhǎng)過長(zhǎng)，除了由于瞄準(zhǔn)影響測(cè)角而不利于提高精密導(dǎo)線精度外，也不利于導(dǎo)線的維護(hù)。因此，新版地鐵測(cè)量規(guī)范對(duì)導(dǎo)線結(jié)點(diǎn)間角度個(gè)數(shù)作了限制。擴(kuò)建網(wǎng)為了滿足在建線路需要，網(wǎng)中局部邊長(zhǎng)較短。邊長(zhǎng)較短同樣不利于精密導(dǎo)線布設(shè)。閉合環(huán)或附合環(huán)內(nèi)的導(dǎo)線在2km左右或?qū)Ь€結(jié)點(diǎn)間角度個(gè)數(shù)為68,比較有利

13、于導(dǎo)線的測(cè)設(shè)、使用與維護(hù)；導(dǎo)線過長(zhǎng)應(yīng)布設(shè)成結(jié)點(diǎn)導(dǎo)線網(wǎng)的形式。42選點(diǎn)盡量使GPS點(diǎn)有兩個(gè)以上通視方向。精密導(dǎo)線網(wǎng)復(fù)測(cè)中發(fā)現(xiàn)，存在部分GPS測(cè)站角度較差超限現(xiàn)象。經(jīng)過分析，主要原因有以下幾點(diǎn)：GPS測(cè)站觀測(cè)傾角大；GPS邊長(zhǎng)長(zhǎng)，觀測(cè)視線差；需要瞄準(zhǔn)遠(yuǎn)、近距離相差懸殊的目標(biāo)也會(huì)影響GPS測(cè)站的測(cè)角精度。若有兩個(gè)以上通視方向，至少在測(cè)角中可以起到檢核作用。4.3新線建設(shè)精密導(dǎo)線布設(shè)可以直接采用整網(wǎng)平差結(jié)果，但是對(duì)于舊線已建精密導(dǎo)線，在采用GPS成果時(shí)，需要經(jīng)過綜合考慮：重測(cè)網(wǎng)結(jié)果與原網(wǎng)舊點(diǎn)原有坐標(biāo)比較較差較小的，可采用重測(cè)網(wǎng)也可采用原網(wǎng)結(jié)果。較差較大的，需觀測(cè)該點(diǎn)與周圍相鄰點(diǎn)的邊角關(guān)系，判斷該點(diǎn)是否發(fā)生變動(dòng)。若未變動(dòng)，一般采用原網(wǎng)結(jié)果，以保持精密導(dǎo)線連續(xù)性。若已變動(dòng)，一般采用擴(kuò)建網(wǎng)結(jié)果，以保持精密導(dǎo)線正確性。選用新、舊成果時(shí)，即要考慮該點(diǎn)坐標(biāo)較差，又要考慮相鄰點(diǎn)坐標(biāo)較差以及兩點(diǎn)之間的距離。地下鐵道、使命：加速中國(guó)職業(yè)化進(jìn)程專業(yè)知識(shí)分享版輕軌交通工程測(cè)量規(guī)范GB50308-20