-PAGE38-GPS控制網(wǎng)設(shè)計(jì)及數(shù)據(jù)處理分析概述目錄TOC\o"1-3"\h\u24728GPS控制網(wǎng)設(shè)計(jì)及數(shù)據(jù)處理分析概述 132041.1鄭阜高鐵概況 144061.2控制網(wǎng)分級 1188031.3控制網(wǎng)設(shè)計(jì) 2283371.1.1GPS網(wǎng)的基準(zhǔn)設(shè)計(jì) 2292531.1.2GPS網(wǎng)的圖形設(shè)計(jì) 3138351.4布設(shè)控制網(wǎng) 3178921.5GPS控制網(wǎng)數(shù)據(jù)處理 4288761.5.1基線解算 4237921.5.2觀測成果的外業(yè)檢核 575191.5.3GPS網(wǎng)平差 61.1鄭阜高鐵概況鄭阜高速是鄭州至阜陽的一條高速鐵路，它從鄭州南站出發(fā)，經(jīng)過許昌火車站、周口火車站、淮陽火車站，最后與阜陽火車站相連。其設(shè)計(jì)速度為每小時350km。鄭阜高速鐵路河南段2016年7月16日正式開工，安徽段2016年8月18日正式開工，計(jì)劃于2019年12月竣工，整個工程歷時四年，總投資427.2億元。鐵路沿線共有11個站點(diǎn)，其中，8個站點(diǎn)位于河南省，3個站點(diǎn)位于安徽省，另有動車所1座，為鄭州南動車所。該項(xiàng)目的主線為277km，其中，路基長度18.574km，占總里程的6.7%，而區(qū)間路基為2.368km，占總里程的12.7%。有關(guān)項(xiàng)目：總長度為40.289km，其中，路基部分為9.42km，占總里程的21.4%。1.2控制網(wǎng)分級依據(jù)《鐵路工程衛(wèi)星定位測量規(guī)范》（TB10054-2010)，將我國高鐵GPS網(wǎng)絡(luò)劃分為1-5級。圖3-1中列出了各個級別的GPS控制網(wǎng)絡(luò)的主要技術(shù)參數(shù)。如表3-1所示：表3-1各等級GPS測量作業(yè)的基本技術(shù)要求等級項(xiàng)目一等二等三等四等框架控制網(wǎng)專用網(wǎng)靜態(tài)測量衛(wèi)星截止高度角(°)≥15≥15≥15≥15≥15同時觀測有效衛(wèi)星數(shù)≥4≥4≥4≥4≥4有效時段長度(min)300≥120≥90≥60≥45觀測時段數(shù)≥4≥2≥21-21-2數(shù)據(jù)采樣間隔3010-6010-6010-6010-30接收機(jī)類型雙頻雙頻雙頻雙頻單/雙頻PDOP或GDOP--≤6≤6≤8≤10各等級GPS相鄰點(diǎn)間弦長精度用下式表示：式中σ一弦長中誤差(mm)；a一固定誤差(mm)；b一比例誤差系數(shù)(mm/km)；D一相鄰點(diǎn)間的距離(km)。各等級網(wǎng)的精度指標(biāo)應(yīng)滿足表3-2的要求表3-2衛(wèi)星定位測量控制網(wǎng)的主要技術(shù)要求等級固定誤差a(nm)比例誤差系數(shù)b(nm/km)基線方位角中誤差(”)約束點(diǎn)間的相對中誤差約束平差后最弱邊邊長相對中誤差二等≤5≤11.31/2500001/180000三等≤5≤11.71/1800001/100000四等≤5≤22.01/1000001/70000注：在基準(zhǔn)長度小于500m的情況下，第二、第三等邊長的誤差不超過5mm，第四等邊長的誤差不超過7.5mm。1.3控制網(wǎng)設(shè)計(jì)1.1.1GPS網(wǎng)的基準(zhǔn)設(shè)計(jì)GPS接收器所測得的資料，均為美國WGS—84座標(biāo)系統(tǒng)中的三維坐標(biāo)中各點(diǎn)的三維坐標(biāo)。所以，在進(jìn)行全球定位系統(tǒng)的建設(shè)與設(shè)計(jì)時，必須先了解控制系統(tǒng)的座標(biāo)系。這些原始數(shù)據(jù)決定了在參考系統(tǒng)中的座標(biāo)，并且決定了應(yīng)該怎樣進(jìn)行控制。在建設(shè)項(xiàng)目中，經(jīng)常會應(yīng)用到建設(shè)項(xiàng)目中的坐標(biāo)測度。有幾種例外的情形，但是還是要用到定向測量。在此基礎(chǔ)上，通過對電磁波投射變形的精確計(jì)算，選取適當(dāng)?shù)闹凶游缇€，并對其進(jìn)行經(jīng)度、臺面高度等參數(shù)的選取，以確保在實(shí)際建設(shè)過程中，所產(chǎn)生的電磁波/毫米級的變形量能夠滿足建設(shè)項(xiàng)目的需要。1.1.2GPS網(wǎng)的圖形設(shè)計(jì)GPS控制網(wǎng)的繪圖設(shè)計(jì)是其中的關(guān)鍵。這些關(guān)鍵的繪圖函數(shù)，將會對所得到的控制量的繪圖及測量結(jié)果的準(zhǔn)確度產(chǎn)生直接的影響。與現(xiàn)有的新GPS控制網(wǎng)的圖形化功能相結(jié)合，這種新型的控制觸頭不需要通過電線進(jìn)行直接通訊，而且其布置方式非常靈活，因而在進(jìn)行不同的圖形化結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)時，更具優(yōu)越性。目前，國內(nèi)對GPS控制線路的研究多集中在多種設(shè)計(jì)方式上，雖然格網(wǎng)聯(lián)接的設(shè)計(jì)方式更高效，但其設(shè)計(jì)精度不高，難以支撐目前還未完全實(shí)現(xiàn)的建筑高速設(shè)計(jì)與建設(shè)，這是國家對軌道技術(shù)品質(zhì)與設(shè)計(jì)精度的根本要求。雖然網(wǎng)絡(luò)連接類型的設(shè)計(jì)精確度很高，但并不理想，因?yàn)樗枰罅康墓ぷ鲾?shù)據(jù)采集和昂貴的費(fèi)用。1.4布設(shè)控制網(wǎng)高速鐵路精確勘測所需的車架控制網(wǎng)（CP0）、基座控制網(wǎng)（CPI）、線路控制網(wǎng)（CPII）、軌道控制網(wǎng)絡(luò)（CPIII）等四種控制網(wǎng)以實(shí)現(xiàn)整體化?？蚣芸刂凭W(wǎng)：沿直線布置50m，在直線的兩端，最少要有一個CP0控制點(diǎn)?；A(chǔ)水準(zhǔn)控制網(wǎng)絡(luò)：在初期勘測時布設(shè)，并與CP0相連。控制點(diǎn)應(yīng)設(shè)在距線中心50~1000米之間，并應(yīng)選在易于觀測和穩(wěn)定性好的地區(qū)。網(wǎng)路通常采用邊接方式，以產(chǎn)生一條帶型，包括一條三角或一條測地四邊形。水平線控制網(wǎng)絡(luò)：完成定位后，與CPI聯(lián)接.測控點(diǎn)的位置要在50~200米的范圍內(nèi)，測控點(diǎn)要穩(wěn)定、可靠。與CPI類似的網(wǎng)絡(luò)，是由CPI聯(lián)合調(diào)查構(gòu)成的。軌道控制網(wǎng)絡(luò)：在高速鐵路勘測結(jié)束后，通過對CPI、CPII的形變監(jiān)測與二次試驗(yàn)，采用自由站方法測定轉(zhuǎn)角處的相交。這些控制點(diǎn)的排列是必需的，而且每隔400至800米就會有一個CPI或CPII的控制點(diǎn)被共用地被測定。各個級別的控制網(wǎng)的布置要求如圖3-3所示。表3-3各級控制網(wǎng)的布網(wǎng)要求控制網(wǎng)測量方法測量等級相鄰點(diǎn)間距相對中誤差/mm備注CP0GPS--20CPIGPS二等10CPIIGPS三等8導(dǎo)線測量三等8附合導(dǎo)線網(wǎng)CPIIIGPS--1為此，應(yīng)針對各資料的特點(diǎn)，進(jìn)行GPS控制網(wǎng)的布置。一般情況下，檢測基線方位的時候，會選用一種邊界聯(lián)接結(jié)構(gòu)。在此基礎(chǔ)上，提出了一種綜合了基準(zhǔn)與網(wǎng)格方差的檢驗(yàn)方法，并結(jié)合復(fù)測邊界與圖形封閉情況，確定觀測網(wǎng)絡(luò)的型式。在同等檢測條件下，該方法具有較高的可信度，適用于對高鐵列車運(yùn)行過程進(jìn)行控制精度分析。1.5GPS控制網(wǎng)數(shù)據(jù)處理1.5.1基線解算因此，在實(shí)際應(yīng)用中，需要對實(shí)測資料進(jìn)行預(yù)處理，以保證實(shí)測資料的質(zhì)量、實(shí)測資料的精度。本處理系統(tǒng)采用鐵道四所研發(fā)之SYGPS軟體，對資料進(jìn)行分析與評價，并觀察資料品質(zhì)。若要實(shí)現(xiàn)同步測量，最少應(yīng)采用3個GPS接收器。在這段時間內(nèi)，三臺接收器中的每個點(diǎn)都會有一個基線向量，這種基線向量的校正叫做基線解算?；€運(yùn)算函數(shù)主要是對現(xiàn)場實(shí)測資料進(jìn)行詳盡的分析與處理，從中找出大量可供后續(xù)調(diào)整使用的資料。有下列主要數(shù)據(jù)：（1）將TF卡從GPS接收機(jī)的卡槽中取下，再用專門的閱讀器將TF卡中的數(shù)據(jù)輸入到電腦中進(jìn)行處理。（2）將多個觀察資料導(dǎo)入M00檔案，使用徠卡儀器LGN導(dǎo)入M00檔案，按裝置編號導(dǎo)入，導(dǎo)入資料的點(diǎn)數(shù)根據(jù)野外紀(jì)錄而變更，每一導(dǎo)入資料的點(diǎn)數(shù)均變更。工業(yè)記錄設(shè)備的高度每小時引入、修正和分類全部的原始數(shù)據(jù)。若未達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)重新進(jìn)行測量。（3）在此基礎(chǔ)上，使用廣播星歷表作為星歷表，求解類型選擇“相位：全部固定”，選取15度的截距角，采用Hopfield模式來計(jì)算對流層區(qū)的誤差。在此基礎(chǔ)上，提出了一種基于LI+L2的自適應(yīng)模型，該模型利用了LI+L2的自適應(yīng)模型。（4）對全部的基線向量進(jìn)行軟件自動處理，并生成預(yù)校正分析、閉環(huán)校正等報(bào)表。對這些報(bào)表進(jìn)行檢查，分析報(bào)表中的每一個指標(biāo)是否符合要求，如果要求得到滿足，就會輸出一個基線文件。1.5.2觀測成果的外業(yè)檢核對現(xiàn)場觀察資料進(jìn)行核對，按照所建立的模板，核對記錄冊的格式是否統(tǒng)一，了解各個設(shè)備的觀察狀況是否正常，最終對下列幾個方面進(jìn)行分析，加以證實(shí)。（1）檢查每個周期的同步觀測數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)刪除率是指被刪除的觀測值與被刪除的觀測值的比率。同時，對同一時期的觀測資料，其缺失率不能超過10%。（2）重復(fù)基線的較差計(jì)算如果一個氣象站點(diǎn)觀察到了兩個周期，那么在這兩個周期之間就會出現(xiàn)重復(fù)的基線差別。也就是說，第一時段與第二時段之間的間隔比較短，兩個測點(diǎn)之間有一個重疊邊緣重疊。邊界上的兩個站都有一條可觀測的基線，而兩個站間的距離在基線上的距離差也不足。對于含有多個觀察點(diǎn)的此類邊，任意兩個觀察點(diǎn)間的間距差異應(yīng)符合技術(shù)指標(biāo)，且不應(yīng)大于基線矢量碼長誤差的2倍。（3）環(huán)閉合差計(jì)算的檢核對基線誤差進(jìn)行了反復(fù)的計(jì)算，直到達(dá)到了設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)，才進(jìn)行了環(huán)的閉環(huán)誤差的計(jì)算。兩種閉環(huán)系統(tǒng)的不同之處在于：一種是單獨(dú)閉環(huán)系統(tǒng)，另一種是三側(cè)閉環(huán)系統(tǒng)。一個單獨(dú)的閉環(huán)系統(tǒng)是一個閉環(huán)系統(tǒng)，它包括三個無關(guān)的觀測點(diǎn)，一個閉環(huán)系統(tǒng)包括三個GPS系統(tǒng)中任意三個監(jiān)測點(diǎn)。理論上，閉環(huán)系統(tǒng)均為封閉狀態(tài)，因此閉環(huán)系統(tǒng)誤差為0，但由于建模方法及軟件的缺陷，導(dǎo)致閉環(huán)系統(tǒng)誤差不為0，并對其進(jìn)行了驗(yàn)證與分析。在閉環(huán)系統(tǒng)中，當(dāng)系統(tǒng)的閉合誤差在允許范圍內(nèi)時，則被視為系統(tǒng)設(shè)計(jì)值達(dá)到了設(shè)計(jì)值。1.5.3GPS網(wǎng)平差當(dāng)有足夠多的基線時，當(dāng)系統(tǒng)的閉環(huán)誤差在允許范圍內(nèi)時，系統(tǒng)就能進(jìn)行自由的三度空間調(diào)節(jié)。在三維空間中，不受限制的平差將引入一個已知的數(shù)據(jù)。它只是提高了內(nèi)部遵從性的精確度和對網(wǎng)絡(luò)的控制。當(dāng)三軸自由調(diào)整設(shè)在控制網(wǎng)中央時，其內(nèi)控點(diǎn)的直角坐標(biāo)系可被選為內(nèi)控點(diǎn)。經(jīng)過對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，就可以得到不受限制的三維平差。檢驗(yàn)面內(nèi)坐標(biāo)系、最薄弱節(jié)點(diǎn)的準(zhǔn)確度，檢驗(yàn)面內(nèi)方位角的準(zhǔn)確度，使面內(nèi)邊長、三維基線矢量殘差