基于精測網(wǎng)測量數(shù)據(jù)平差模式的比較

張秋波

(中鐵咨詢集團(tuán)濟(jì)南設(shè)計(jì)院，山東濟(jì)南 250022)

隨著鐵路時速的一次次被刷新，鐵路基礎(chǔ)控制網(wǎng)作為高速鐵路重要基礎(chǔ)設(shè)施顯得越來越重要，2010年10月30日發(fā)布、2010年12月1日開始實(shí)施的鐵路工程測量規(guī)范，強(qiáng)調(diào)了控制測量在鐵路工程測量中的重要性，增加了平面控制測量和高程控制測量兩部分內(nèi)容，將線路、橋梁、隧道有關(guān)控制測量的主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和要求等內(nèi)容納入到平面和高程控制測量的內(nèi)容中。鐵路工程測量的平面和高程控制網(wǎng)按施測階段、施測目的及功能，分為勘測控制網(wǎng)、施工控制網(wǎng)和運(yùn)營維護(hù)控制網(wǎng)。為保證控制網(wǎng)的測量成果滿足鐵路工程勘測、施工、運(yùn)營維護(hù)三階段的要求，適應(yīng)鐵路工程建設(shè)和運(yùn)營管理的需要，三階段的平面、高程控制測量必須采用統(tǒng)一的尺度和起算基準(zhǔn)，即“三網(wǎng)合一”，確定了鐵路工程平面控制測量分級布網(wǎng)的布設(shè)原則。明確了鐵路工程平面、高程控制測量的精度等級應(yīng)根據(jù)旅客列車設(shè)計(jì)行車速度進(jìn)行確定的原則。而精測網(wǎng)的數(shù)據(jù)處理又直接關(guān)系到控制網(wǎng)的精度，作為測量技術(shù)人員掌握精測網(wǎng)的數(shù)據(jù)處理軟件顯得越發(fā)重要。

在工程的實(shí)際操作過程當(dāng)中多采用GPS技術(shù)聯(lián)測控制網(wǎng)，它比常規(guī)方法具有如下優(yōu)點(diǎn):(1)網(wǎng)形構(gòu)造簡單，點(diǎn)的疏密和邊的長短可靈活選取，離已知控制點(diǎn)較遠(yuǎn)也可以連接，并進(jìn)行控制網(wǎng)的定位和定向。另外，解決了點(diǎn)位之間無法通視的困難，選點(diǎn)靈活，同時還可以保證外業(yè)施測不受天氣影響。測設(shè)大型(長邊)方格網(wǎng)和通視條件特別困難時，尤其能夠顯示其優(yōu)越性。(2)GPS方格網(wǎng)點(diǎn)位精度高、誤差分布均勻，不但能夠滿足規(guī)范要求而且具有較大的精度儲備。(3)采用點(diǎn)位中誤差作為方格網(wǎng)測量精度指標(biāo)是可行的，比用相對中誤差表示精度指標(biāo)更為合理。(4)采用GPS方法布設(shè)大地控制網(wǎng)，因其圖形強(qiáng)度系數(shù)高，能夠有效地提高點(diǎn)位趨近速度，網(wǎng)形優(yōu)化比較方便。

1 軟件簡介

Trimble Geomatics Office(TGO)是Trimble公司編制的GPS后處理軟件，是基于Microsoft Windows多任務(wù)操作系統(tǒng)，可以進(jìn)行GPS數(shù)據(jù)處理以及RTK數(shù)據(jù)處理。它可以處理所有Trimble GPS的原始測量數(shù)據(jù)和其他品牌的GPS數(shù)據(jù)(RINEX)，還有傳統(tǒng)光學(xué)儀器采集的數(shù)據(jù)以及激光測距儀的數(shù)據(jù)。整個軟件包由多個模塊構(gòu)成，包括:數(shù)據(jù)通訊模塊、星歷預(yù)報模塊、基線處理模塊、動態(tài)計(jì)算模塊、坐標(biāo)轉(zhuǎn)換模塊、網(wǎng)平差模塊、RTK測量數(shù)據(jù)處理模塊、DTMlink模塊、RoadLink模塊。在靜態(tài)測量中，常用的TGO的功能模塊有Convert to RINEX，Coordinate System Manager，Data Transfer，Planning等四個功能模塊。在控制網(wǎng)數(shù)據(jù)處理過程中主要用的兩個模塊是基線處理模塊和網(wǎng)平差模塊。

CosaGPS軟件是武漢測繪科技大學(xué)編寫的一套測量控制網(wǎng)通用數(shù)據(jù)處理軟件包。它不僅能完成任意測量控制網(wǎng)常規(guī)的平差解算和精度評定等工作，還提供了一些非常有用的輔助功能，如平面、高程網(wǎng)閉合差計(jì)算，貫通誤差影響值計(jì)算，網(wǎng)圖顯繪，疊置分析，手簿通訊和格式轉(zhuǎn)換等功能。該系統(tǒng)不同于其他現(xiàn)有控制網(wǎng)平差系統(tǒng)的最大特點(diǎn)是自動化程度高，通用性強(qiáng)，處理速度快，解算容量大。其自動化表現(xiàn)在通過和COSA子系統(tǒng)COSA－HC相配合，可以做到由外業(yè)數(shù)據(jù)采集、檢查，到內(nèi)業(yè)概算、平差和成果報表輸出的自動化數(shù)據(jù)處理流程;其通用性表現(xiàn)在對控制網(wǎng)的網(wǎng)形、等級和網(wǎng)點(diǎn)編號沒有任何限制，可以處理任意結(jié)構(gòu)的水準(zhǔn)網(wǎng)和平面網(wǎng)，無須給出冗余的附加信息;解算速度快，解算容量大表現(xiàn)在采用稀疏矩陣壓縮存儲、網(wǎng)點(diǎn)優(yōu)化排序和虛擬內(nèi)存等技術(shù)。

2 測區(qū)和控制網(wǎng)概況

該新建鐵路位于山東省膠東半島與內(nèi)陸地區(qū)咽喉地帶，呈南北向，線路全長約90.186 km。

精測網(wǎng)的布設(shè)按分級布網(wǎng)的原則分為:基礎(chǔ)控制網(wǎng)CPⅠ，線路控制網(wǎng)CPⅡ，高程控制四等水準(zhǔn)網(wǎng)。CPⅠ控制點(diǎn)沿線路約4 km左右布設(shè)一個，共計(jì)27個;CPⅡ控制點(diǎn)沿線路走向布設(shè)，點(diǎn)間距400～600 m左右，共計(jì)194個;四等水準(zhǔn)點(diǎn)與CPⅠ或CPⅡ點(diǎn)共用，沿線路走向布設(shè)，點(diǎn)間距約2 km左右，共計(jì)53個，樁點(diǎn)保存完好。本文以CPⅠ數(shù)據(jù)為依據(jù)進(jìn)行比較?？刂泣c(diǎn)分布如圖1所示。

圖1 控制點(diǎn)分布

2.1 TGO處理

(1)自由網(wǎng)平差(如表1)。

(2)約束平差(如表2)。

2.2 TGO+COSA處理

TGO+COSA處理的模式是先用TGO進(jìn)行基線處理，然后利用COSA進(jìn)行自由網(wǎng)平差和約束平差。

(1)自由網(wǎng)平差

表1 自由網(wǎng)平差 m

平差后坐標(biāo)(X，Y，Z)如表3所示。

(2)約束平差

平差坐標(biāo)(X，Y)如表4所示。

(3)結(jié)果比較

三維無約束平差:

當(dāng)各項(xiàng)要求符合標(biāo)準(zhǔn)后，用靜態(tài)觀測的CPⅠ1016點(diǎn)三維空間坐標(biāo)作為起算數(shù)據(jù)，進(jìn)行GPS網(wǎng)的三維無約束平差。檢查GPS基線向量網(wǎng)本身的內(nèi)符合精度，并剔除含有粗差的基線邊。經(jīng)三維無約束平差計(jì)算后的精度統(tǒng)計(jì)如表5所示。

由CPⅠ控制網(wǎng)三維無約束平差精度統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)可知:CPⅠ控制網(wǎng)的基線向量網(wǎng)自身的內(nèi)符合精度高，基線向量沒有明顯系統(tǒng)誤差和粗差，基線向量網(wǎng)的質(zhì)量是可靠的，在此基礎(chǔ)上可以進(jìn)行二維約束平差。

二維約束平差:

二維約束平差時以P486、P549、BCBC、SJXB控制點(diǎn)的二維坐標(biāo)成果，作為已知點(diǎn)對CPⅠ控制網(wǎng)進(jìn)行整網(wǎng)約束平差(如表6所示)。

表2 約束平差 m

表3 自由網(wǎng)平差

表4 約束平差

表5 CPⅠ三維無約束平差精度統(tǒng)計(jì)

表6 CPⅠ二維約束平差精度統(tǒng)計(jì)

二維約束平差后，CPⅠ點(diǎn)間基線最弱邊精度為1/696 000萬，方向中誤差最大為0.33″，基線向量精度滿足《鐵路工程測量規(guī)范》(TB10101—2009)中四等最弱邊相對中誤差≤1/70 000、方向中誤差≤2.0″的精度要求。

3 結(jié)束語

在工程項(xiàng)目中，TGO+COSA處理模式得出的成果清晰明了，符合規(guī)范要求;既能充分利用TGO處理基線數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性，又能利用COSA處理數(shù)據(jù)的大容量高速度和成果自動生成的特點(diǎn)，減少了內(nèi)業(yè)工作量。當(dāng)然，在工程較小的情況下，可以單獨(dú)使用TGO進(jìn)行精測網(wǎng)的平差處理，而較大的工程筆者推薦使用COSA+TGO的處理模式。

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