高速鐵路CP0框架控制網(wǎng)數(shù)據(jù)處理模式與方法研究

周東衛(wèi)

(中鐵第一勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，西安 710043)

高速鐵路CP0框架控制網(wǎng)數(shù)據(jù)處理模式與方法研究

周東衛(wèi)

(中鐵第一勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，西安 710043)

框架控制網(wǎng)(CP0)作為高速鐵路平面控制測(cè)量的起算基準(zhǔn)，必須確保其具有較高的精度、可靠性和穩(wěn)定性。影響CP0最終定位結(jié)果的因素較多，如不能正確考慮并處理這些因素，將造成最終定位結(jié)果出現(xiàn)較大偏差無(wú)法滿足精度要求。結(jié)合相關(guān)項(xiàng)目的測(cè)量數(shù)據(jù)及實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，對(duì)CP0數(shù)據(jù)處理模式與方法進(jìn)行研究分析與總結(jié)歸納，在此基礎(chǔ)上就基線解算系統(tǒng)誤差的消除和削弱，基線解算方案和軟件的合理選擇，如何進(jìn)行框架基準(zhǔn)的統(tǒng)一與轉(zhuǎn)換，以及基線網(wǎng)平差等方面提出一些原則和方法，不僅解決了CP0框架基準(zhǔn)的統(tǒng)一問(wèn)題，也提高了基線解算的可靠性和精度。

高速鐵路；框架控制網(wǎng)；基準(zhǔn)統(tǒng)一；解算方案；系統(tǒng)誤差

1 概述

高速鐵路線路長(zhǎng)、地區(qū)跨越幅度大且平面控制網(wǎng)沿線路呈帶狀布設(shè)，為了控制帶狀控制網(wǎng)的橫向擺動(dòng)，并為平面控制測(cè)量提供統(tǒng)一的起算基準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)勘察設(shè)計(jì)、施工建設(shè)和運(yùn)營(yíng)維護(hù)各階段控制網(wǎng)的“三網(wǎng)合一”，高速鐵路采用GPS精密定位測(cè)量技術(shù)，按一定間距(50～100 km)布設(shè)建立了框架控制網(wǎng)(CP0)。CP0控制點(diǎn)布設(shè)間距為50～100 km，與國(guó)際IGS參考站或國(guó)家CGCS2000 A、B級(jí)GPS點(diǎn)進(jìn)行聯(lián)測(cè)，采用國(guó)外專業(yè)的長(zhǎng)基線計(jì)算軟件(如GAMIT/GLOBK、BERNESE等)進(jìn)行基線解算和網(wǎng)平差計(jì)算，數(shù)據(jù)處理精度要求較高[1]。影響CP0最終定位精度的因素較多，主要有衛(wèi)星星歷誤差、對(duì)流層折射誤差、基準(zhǔn)點(diǎn)初始誤差、采用的解算軟件、采用的解算方案、框架基準(zhǔn)的統(tǒng)一與轉(zhuǎn)換方法、基線網(wǎng)平差方法等。在CP0數(shù)據(jù)處理中如不能正確考慮并處理這些因素，將造成最終定位結(jié)果出現(xiàn)偏差無(wú)法滿足精度要求。結(jié)合在CP0數(shù)據(jù)處理中的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，對(duì)基線解算和網(wǎng)平差的影響因素與解算策略進(jìn)行研究分析與總結(jié)歸納，得出了一些有益的結(jié)論。

2 基線解算影響因素分析

2.1 衛(wèi)星星歷誤差對(duì)基線解算的影響

基線解算時(shí)應(yīng)根據(jù)網(wǎng)尺度的大小、基線的長(zhǎng)短來(lái)決定采用哪種星歷?？蚣芸刂凭W(wǎng)中CP0框架點(diǎn)布設(shè)間距一般為50～100 km，與IGS參考站或國(guó)家A、B級(jí)點(diǎn)聯(lián)測(cè)的距離較遠(yuǎn)基線較長(zhǎng)(某些情況>1 000 km)。為了減少星歷誤差對(duì)基線解算的影響，解算過(guò)程中應(yīng)采用IGS綜合最終星歷，考慮到最終星歷的滯后時(shí)間為11 d，當(dāng)最終星歷的滯后時(shí)間無(wú)法滿足計(jì)算要求時(shí)，也可采用IGR快速星歷代替。不同精度的衛(wèi)星星歷誤差引起的基線相對(duì)誤差和絕對(duì)誤差見(jiàn)表1。

表1 衛(wèi)星星歷誤差對(duì)基線解算的影響

此外，不同時(shí)期的星歷和不同機(jī)構(gòu)發(fā)布的星歷，也存在一定的系統(tǒng)誤差，同期或多期基線處理時(shí)應(yīng)盡可能采用同一種類型的星歷，最好采用多個(gè)機(jī)構(gòu)共同融合計(jì)算發(fā)布的IGS綜合星歷；同時(shí)在基線處理時(shí)也應(yīng)顧及到星歷誤差對(duì)基線的影響，在基線解算時(shí)應(yīng)采用強(qiáng)約束高精度地面基準(zhǔn)站坐標(biāo)并同時(shí)松弛軌道的方案，將衛(wèi)星軌道誤差的影響降到最小。

2.2 對(duì)流層折射誤差對(duì)基線解算的影響

對(duì)流層折射誤差不僅影響位置(特別是高程)精度，甚至?xí)绊懩：鹊慕馑?，因此CP0基線解算時(shí)必須顧及對(duì)流層折射誤差的改正精度，其改正一般通過(guò)選擇適宜的天頂對(duì)流層延遲模型及映射函數(shù)，并對(duì)天頂對(duì)流層濕延遲進(jìn)行參數(shù)估計(jì)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。考慮到天頂對(duì)流層濕延遲是引起對(duì)流層折射誤差的主要來(lái)源，且難于建立精確的模型[2]，GAMIT 軟件中通常采用PWL分段線性法，該方法是隨機(jī)過(guò)程的一種簡(jiǎn)化，將整個(gè)觀測(cè)時(shí)段分為若干個(gè)子區(qū)間，每個(gè)區(qū)間各引入1個(gè)參數(shù)，在每個(gè)區(qū)間內(nèi)，各測(cè)站天頂方向的對(duì)流層濕延遲折射隨時(shí)間呈線性變化。窗口的選擇(即決定每隔多長(zhǎng)時(shí)間間隔附加1個(gè)天頂對(duì)流層濕延遲參數(shù))是PWL分段線性法的關(guān)鍵所在。

利用GAMIT 10.40軟件，采用PWL分段線性法分析處理了多條鐵路客運(yùn)專線的CP0觀測(cè)數(shù)據(jù)，在其他參數(shù)設(shè)置均相同時(shí)，采取每個(gè)測(cè)站分別不附加、附加2個(gè)、4個(gè)、5個(gè)、7個(gè)、13個(gè)天頂對(duì)流層濕延遲參數(shù)6種不同方案，比較了不同天頂對(duì)流層濕延遲參數(shù)選取方法對(duì)基線解算結(jié)果的影響。表2為某客運(yùn)專線不同試驗(yàn)方案解算結(jié)果站心地平坐標(biāo)系下的基線向量和邊長(zhǎng)的重復(fù)率?；€重復(fù)率[3]由常數(shù)部分和系數(shù)部分組成，常數(shù)部分單位為mm，系數(shù)部分基線長(zhǎng)度L的單位為m。圖1和圖2為不同試驗(yàn)方案三維約束平差得到的各基線三維向量的殘差(限于篇幅僅列出其中2條)和點(diǎn)位絕對(duì)精度。

表2 不同方案解算結(jié)果的基線重復(fù)率

通過(guò)以上工程測(cè)量數(shù)據(jù)研究，結(jié)果表明：(1)天頂對(duì)流層濕延遲參數(shù)估計(jì)個(gè)數(shù)的不同，對(duì)基線解算產(chǎn)生的誤差主要體現(xiàn)在U分量上，U分量誤差約為水平位置誤差的2～3倍；(2)每個(gè)測(cè)站每4～6 h時(shí)間間隔估計(jì)一個(gè)天頂對(duì)流層濕延遲參數(shù)效果較好，能真實(shí)反映出對(duì)流層折射影響隨時(shí)間變化的趨勢(shì)，從而提高基線解的精度；(3)天頂對(duì)流層濕延遲參數(shù)估計(jì)個(gè)數(shù)不同，使得大多數(shù)基線在尺度上呈現(xiàn)出系統(tǒng)性差異，這說(shuō)明了對(duì)流層折射殘余誤差對(duì)CP0框架控制網(wǎng)的確有尺度上的影響，并主要體現(xiàn)在尺度誤差的比例部分上。從表2可以看出，對(duì)于CP0中長(zhǎng)基線(50～100 km)構(gòu)成的GPS網(wǎng)來(lái)說(shuō)，其影響約為0.50×10-8(0.25～0.50 mm)。

圖2 不同方案約束平差點(diǎn)位絕對(duì)精度

2.3 基準(zhǔn)點(diǎn)坐標(biāo)誤差對(duì)基線解算的影響

在CP0框架控制網(wǎng)基線解算過(guò)程中，需要將IGS參考站或CGCS2000國(guó)家點(diǎn)作為起算點(diǎn)，當(dāng)起算點(diǎn)坐標(biāo)出現(xiàn)誤差或兼容性較差時(shí)將導(dǎo)致整個(gè)CP0框架控制網(wǎng)基線向量解產(chǎn)生系統(tǒng)性誤差。試驗(yàn)表明，這種系統(tǒng)誤差主要反映整網(wǎng)基線向量的系統(tǒng)性旋轉(zhuǎn)和尺度的變化[4]。

利用GAMIT 10.40軟件分析處理了多條鐵路客運(yùn)專線的CP0觀測(cè)數(shù)據(jù)，框架基準(zhǔn)采用目前精度最高的ITRF2008參考框架，參考?xì)v元為2 000.0。在GAMIT表文件sittbl.中對(duì)各控制點(diǎn)的測(cè)站三維坐標(biāo)約束量進(jìn)行設(shè)置，將IGS參考站作為起算點(diǎn)，約束量分別設(shè)置為0.03，0.03，0.05 m。在參數(shù)設(shè)置均相同時(shí)，采取IGS起算點(diǎn)坐標(biāo)不加誤差、各方向加2 cm、10 cm、20 cm、2 m、20 m的誤差6種不同方案，比較了起算點(diǎn)不同坐標(biāo)精度對(duì)基線解算結(jié)果的影響。表3為某客運(yùn)專線不同試驗(yàn)方案解算結(jié)果三維地心坐標(biāo)系下的基線向量和邊長(zhǎng)的重復(fù)率?；€重復(fù)率由常數(shù)部分和系數(shù)部分組成，常數(shù)部分單位為mm，系數(shù)部分基線長(zhǎng)度L的單位為m。圖3是不同方案的基線分量較差(限于篇幅僅列出其中2條)?；€分量較差計(jì)算將方案一起算點(diǎn)無(wú)誤差時(shí)的基線解算結(jié)果作為真值，分別得到各方案與方案一的各基線分量差值。由于起算點(diǎn)坐標(biāo)誤差達(dá)到20 m時(shí)，基線解算結(jié)果不可靠，基線結(jié)果失去了參考價(jià)值，因此不再分析此方案與方案一的基線分量較差。

表3 不同方案解算結(jié)果的基線重復(fù)率

圖3 不同方案基線分量較差

通過(guò)以上工程測(cè)量數(shù)據(jù)研究，結(jié)果表明：(1)使用GAMIT軟件進(jìn)行CP0框架控制網(wǎng)解算時(shí)必須嚴(yán)格控制起算點(diǎn)坐標(biāo)的誤差，起算點(diǎn)點(diǎn)位坐標(biāo)精度最好控制在10 cm之內(nèi)；(2)當(dāng)起算點(diǎn)坐標(biāo)誤差達(dá)到20 cm時(shí)，各基線分量的解算結(jié)果的精度在毫米級(jí)的量級(jí)；(3)當(dāng)起算點(diǎn)坐標(biāo)誤差達(dá)到2 m時(shí)，基線解算結(jié)果不可靠，不滿足高精度解算要求。

為了確保起算點(diǎn)點(diǎn)位坐標(biāo)精度滿足基線解算的要求，IGS參考站測(cè)站坐標(biāo)推薦使用IERS國(guó)際組織提供的基于某一參考框架參考?xì)v元的ITRF三維地心坐標(biāo)(下載地址：http://itrf.ensg.ign.fr)；對(duì)于多個(gè)國(guó)際組織(如IERS、IGS、SOPAC、JPL)均能提供坐標(biāo)和速率的IGS參考站，應(yīng)盡量收集2個(gè)或2個(gè)以上國(guó)際組織的數(shù)據(jù)對(duì)比分析，選擇差異較小的參考站作為基準(zhǔn)起算點(diǎn)，并優(yōu)先采用最新的參考框架坐標(biāo)和速率，在此基礎(chǔ)上選用同一國(guó)際組織提供的地面基準(zhǔn)站坐標(biāo)和速率作為基線解算的強(qiáng)約束點(diǎn)；若需要其他框架和歷元下的坐標(biāo)，可以通過(guò)框架轉(zhuǎn)換模型向前反推得到。

3 基線解算方案與軟件

CP0框架控制網(wǎng)進(jìn)行基線解算時(shí)，基線解算策略至關(guān)重要。即使使用相同的軟件，基線解算策略選擇不恰當(dāng)或幾期基線解算采用的策略不同，也會(huì)帶來(lái)較大的系統(tǒng)誤差，如采用的衛(wèi)星星歷精度、電離層和對(duì)流層改正模型的選取方式、基準(zhǔn)站坐標(biāo)和衛(wèi)星軌道的固定或松弛約束程度、力模型的選擇、周跳修復(fù)的方法等，這些因素都將造成基線解在尺度和方向上的系統(tǒng)誤差。為了避免不同解算方案對(duì)基線所帶來(lái)的系統(tǒng)誤差，對(duì)于不同期的數(shù)據(jù)應(yīng)嚴(yán)格采用同一軟件同一解算方案進(jìn)行處理。采用的解算方案應(yīng)特別注意框架控制網(wǎng)的尺度、基準(zhǔn)站坐標(biāo)和星歷的精度，并采用高精度基準(zhǔn)站并強(qiáng)約束其坐標(biāo)和松弛軌道的方案，其約束量應(yīng)根據(jù)其先驗(yàn)精度來(lái)確定，既不應(yīng)太緊，又不應(yīng)太松。IGS基準(zhǔn)站和星歷的約束量大小是否合適可用解算結(jié)果的參數(shù)改正數(shù)來(lái)判斷，其判斷標(biāo)準(zhǔn)是基準(zhǔn)站和星歷的參數(shù)改正數(shù)應(yīng)不大于其約束量的2倍。

CP0框架控制網(wǎng)屬于中長(zhǎng)基線GPS網(wǎng)，基線解算時(shí)需采用高精度解算軟件，國(guó)內(nèi)一般采用GAMIT 和BERNESE進(jìn)行處理。雖然這兩款軟件均以雙差相位觀測(cè)值作為基本解算數(shù)據(jù)，但由于其采用的模型及數(shù)據(jù)處理方式等因素的不同，將造成基線解算結(jié)果的系統(tǒng)性差異。因此，施工建設(shè)和運(yùn)營(yíng)維護(hù)期間CP0控制網(wǎng)的復(fù)測(cè)維護(hù)應(yīng)采用與勘測(cè)設(shè)計(jì)期間相同的基線解算軟件(最好是同一版本)進(jìn)行處理?？紤]到BERNESE軟件需要購(gòu)買，國(guó)內(nèi)用戶較少；GAMIT是開(kāi)源免費(fèi)軟件，國(guó)內(nèi)用戶數(shù)量眾多，為了便于后續(xù)施工和運(yùn)營(yíng)期間框架基準(zhǔn)的復(fù)測(cè)維護(hù)以及與其他鐵路線的銜接，本文建議CP0基線解算統(tǒng)一使用GAMIT軟件。

因此，通過(guò)上述研究，結(jié)合數(shù)據(jù)處理實(shí)踐，采用GAMIT 10.40軟件進(jìn)行基線處理。建議采用如下解算方案。

利用IGS提供的事后最終精密星歷，并根據(jù)軌道參數(shù)的先驗(yàn)精度進(jìn)行適當(dāng)?shù)募s束。

解算模型采用RELAX.松弛解，同時(shí)估計(jì)衛(wèi)星軌道和測(cè)站坐標(biāo)。

解算類型選擇“1-ITER”，對(duì)測(cè)站坐標(biāo)進(jìn)行一次迭代。

觀測(cè)量選擇LC_HELP類型，即利用LC觀測(cè)值組合解算模糊度。

截止高度角為15°，采樣率為30 s，歷元數(shù)為2 880。

衛(wèi)星和接收機(jī)的天線相位中心改正采用antmod.dat文件的設(shè)定值，天線模型采用ELEV模型。

對(duì)流層折射氣象參數(shù)為：標(biāo)準(zhǔn)大氣壓101 325 Pa、溫度20.0 ℃、相對(duì)濕度50.0%，使用的干、濕延遲模型都是Saastamoinen 模型，干、濕延遲投影函數(shù)都是NMF 投影函數(shù)，采用PWL 分段線性方法估計(jì)天頂對(duì)流層濕延遲參數(shù)并且估計(jì)水平梯度，參數(shù)估計(jì)間隔為4～6 h。

電離層折射影響用LC觀測(cè)值組合來(lái)消除。

利用廣播星歷中的鐘差參數(shù)對(duì)衛(wèi)星鐘差進(jìn)行模型改正。

利用偽距觀測(cè)值計(jì)算接收機(jī)鐘差。

根據(jù)高度角對(duì)數(shù)據(jù)定權(quán)，Station Error=ELEVATION 10 5。

周跳探測(cè)與修復(fù)采用AUTCLN自動(dòng)處理模式。

對(duì)測(cè)站施加地球固體潮、極潮、海潮和大氣負(fù)荷潮等各種潮汐改正。

4 框架基準(zhǔn)的統(tǒng)一與轉(zhuǎn)換

4.1 框架基準(zhǔn)的統(tǒng)一

CP0框架控制網(wǎng)的基準(zhǔn)是由衛(wèi)星星歷和基準(zhǔn)站坐標(biāo)共同給出的， 并且要求地面基準(zhǔn)站坐標(biāo)的框架及歷元與衛(wèi)星星歷的框架及歷元保持一致。因此，為了確定CP0框架控制網(wǎng)在嚴(yán)格基準(zhǔn)下的地心坐標(biāo)，并為了后期施工及運(yùn)營(yíng)期間對(duì)框架基準(zhǔn)進(jìn)行復(fù)測(cè)維護(hù)以保證其“三網(wǎng)合一”，有必要將CP0框架控制網(wǎng)納入到ITRF 參考框架中，即在處理時(shí)應(yīng)加上在ITRF 參考框架中已知坐標(biāo)的IGS參考站數(shù)據(jù)一起處理，并應(yīng)統(tǒng)一地面基準(zhǔn)站坐標(biāo)與衛(wèi)星星歷的框架及歷元。

ITRF97框架之前IGS使用與ITRF相同的參考框架和參考?xì)v元，ITRF97框架后，IGS開(kāi)始使用自己的ITRF實(shí)現(xiàn)，以保持一致性，目前IGS實(shí)現(xiàn)的框架與ITRF的差異在1 cm精度范圍內(nèi)[5]，IGS與ITRF框架的不一致性影響可忽略不計(jì)，可認(rèn)為是同一參考框架(需要注意的是：快速軌道和鐘差產(chǎn)品是直接基于最新ITRF框架的；IGS最終產(chǎn)品與ITRF框架的差別由一周內(nèi)地心位置的平均值得到的相應(yīng)參數(shù)計(jì)算得到，參數(shù)可以在IGS網(wǎng)站上查到)；由于國(guó)際IGS參考站提供的站坐標(biāo)和速度場(chǎng)總是年代越晚越精確，因此在CP0基線解算時(shí)應(yīng)采用目前發(fā)布的最新ITRF參考框架及其參考?xì)v元下的IGS參考站坐標(biāo)，衛(wèi)星星歷采用IGS發(fā)布的精密星歷，這樣不僅實(shí)現(xiàn)了地面基準(zhǔn)站坐標(biāo)與衛(wèi)星星歷的框架及歷元的統(tǒng)一，而且由于IGS基準(zhǔn)站的站坐標(biāo)精度較高、兼容性較好也確保了GAMIT解算的基線具有較高的精度和可靠性。CP0框架控制網(wǎng)施工建設(shè)和運(yùn)營(yíng)維護(hù)階段復(fù)測(cè)時(shí)應(yīng)采用與勘測(cè)設(shè)計(jì)階段相同的框架基準(zhǔn)。

4.2 框架基準(zhǔn)的轉(zhuǎn)換

CP0框架控制網(wǎng)的基準(zhǔn)通過(guò)將選定框架基準(zhǔn)下的基準(zhǔn)點(diǎn)作為強(qiáng)約束點(diǎn)進(jìn)行基線網(wǎng)平差來(lái)確定。CP0若采用國(guó)家A、B級(jí)GPS點(diǎn)確定的CGCS2000框架基準(zhǔn)，在基線網(wǎng)平差時(shí)需將聯(lián)測(cè)的國(guó)家A、B級(jí)GPS點(diǎn)作為強(qiáng)約束點(diǎn)；CP0若采用IGS參考站確定的ITRF框架基準(zhǔn)，在基線網(wǎng)平差時(shí)需將聯(lián)測(cè)的IGS基準(zhǔn)點(diǎn)作為強(qiáng)約束點(diǎn)；若CP0采用的ITRF框架基準(zhǔn)與本次聯(lián)測(cè)的IGS基準(zhǔn)點(diǎn)的ITRF框架基準(zhǔn)不同，還需將IGS基準(zhǔn)點(diǎn)的框架基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換到CP0采用的ITRF框架基準(zhǔn)下，框架基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換包括參考框架和參考?xì)v元的轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換采用最新參考框架及其相應(yīng)參考?xì)v元和最新速度場(chǎng)參數(shù)反推早期參考框架及其相應(yīng)參考?xì)v元下的已知測(cè)站坐標(biāo)。下面將對(duì)ITRF框架基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換方法進(jìn)行介紹。

ITRF是一種動(dòng)態(tài)地球參考框架，其定義是通過(guò)對(duì)框架的定向、原點(diǎn)、尺度和框架時(shí)間演變基準(zhǔn)的明確定義來(lái)實(shí)現(xiàn)的。由于不同時(shí)期框架之間4個(gè)基準(zhǔn)分量定義的不同，使得框架之間存在小的系統(tǒng)性差異，這些系統(tǒng)性差異可以用IERS發(fā)布的7個(gè)轉(zhuǎn)換參數(shù)來(lái)表示，不同框架之間可以通過(guò)坐標(biāo)系之間的相似變換進(jìn)行轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換公式為[6]

(1)

式中，T1、T2、T3為平移量；R1、R2、R3為旋轉(zhuǎn)量，D為尺度改正因子，此即為ITRFxx框架到ITRFyy框架的7個(gè)轉(zhuǎn)換參數(shù)。

任一參數(shù)P在指定時(shí)刻t的值等于基準(zhǔn)歷元的參數(shù)P(t0)加上基準(zhǔn)歷元t0到轉(zhuǎn)換歷元的變化量，即有[5]

(2)

這樣利用式(1)和式(2)就可以完成不同參考框架到指定歷元t的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換。

在同一框架下不同歷元間轉(zhuǎn)換時(shí)，如果已知基準(zhǔn)點(diǎn)的速度為VITRFxx，則基準(zhǔn)點(diǎn)的坐標(biāo)可按下式計(jì)算

(3)

這樣即實(shí)現(xiàn)了IGS基準(zhǔn)點(diǎn)不同框架不同歷元間測(cè)站坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換。

5 基線網(wǎng)平差方法

基線解算完成且質(zhì)量檢核合格后，首先進(jìn)行無(wú)約束平差，無(wú)約束平差滿足要求后再進(jìn)行整體約束平差。無(wú)約束平差選擇一個(gè)精度較高的IGS參考站點(diǎn)作為起算點(diǎn)，平差后輸出ITRF參考框架下各點(diǎn)的三維坐標(biāo)、各基線向量平差值、各基線的坐標(biāo)分量、改正數(shù)及其精度等指標(biāo)。無(wú)約束平差時(shí)作為起算點(diǎn)的IGS參考站的框架基準(zhǔn)，在CP0框架控制網(wǎng)初次建網(wǎng)時(shí)應(yīng)采用目前發(fā)布的最新ITRF參考框架及其參考?xì)v元下的測(cè)站坐標(biāo)，后續(xù)復(fù)測(cè)維護(hù)時(shí)還需將IGS參考點(diǎn)的框架基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換到初次建網(wǎng)時(shí)所在的ITRF框架基準(zhǔn)下，作為起算點(diǎn)的IGS參考站應(yīng)優(yōu)先選擇數(shù)據(jù)質(zhì)量較好的測(cè)站。根據(jù)計(jì)算經(jīng)驗(yàn)，中國(guó)境內(nèi)的IGS站SHAO、BJFS、WUHN、URUM站的數(shù)據(jù)質(zhì)量較好一些，LHAS和KUNM站的數(shù)據(jù)觀測(cè)質(zhì)量相對(duì)較差。

整體約束平差所采用的約束點(diǎn)應(yīng)為IGS參考站或國(guó)家A、B級(jí)GPS點(diǎn)的CGCS2000國(guó)家大地坐標(biāo)系的成果。約束平差時(shí)作為起算點(diǎn)的IGS參考站與無(wú)約束平差采用相同的框架基準(zhǔn)，優(yōu)先選擇數(shù)據(jù)質(zhì)量較好的基準(zhǔn)站，且聯(lián)測(cè)的其他IGS站點(diǎn)或國(guó)家A、B級(jí)GPS點(diǎn)的已知坐標(biāo)成果與無(wú)約束平差成果間差值的絕對(duì)值應(yīng)小于0.2 m，且由此計(jì)算的基線長(zhǎng)度相對(duì)誤差應(yīng)小于0.3×D×10-6。平差后輸出ITRF參考框架或CGCS2000坐標(biāo)系下各點(diǎn)的三維坐標(biāo)、各基線向量平差值、各基線的坐標(biāo)分量、改正數(shù)及其精度等指標(biāo)。

6 結(jié)語(yǔ)

結(jié)合在CP0數(shù)據(jù)處理中的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，對(duì)CP0框架控制網(wǎng)數(shù)據(jù)處理中的基線解算影響因素、框架基準(zhǔn)統(tǒng)一與轉(zhuǎn)換、基線解算軟件選擇、基線解算方案以及基線網(wǎng)平差方法等關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了研究分析與歸納總結(jié)。研究結(jié)論如下。

(1)快速精密星歷和事后精密星歷效果相當(dāng)，當(dāng)最終星歷的滯后時(shí)間無(wú)法滿足計(jì)算要求時(shí)，也可采用快速星歷代替；廣播星歷和快速預(yù)報(bào)星歷精度較差，不適合用于CP0框架控制網(wǎng)精密定位；同期或多期基線處理時(shí)應(yīng)盡可能采用同一種類型的星歷，最好采用多個(gè)機(jī)構(gòu)共同融合計(jì)算發(fā)布的IGS綜合星歷。

(2)使用GAMIT軟件采用分段線性法進(jìn)行CP0基線解算時(shí)，選擇合適的窗口將對(duì)基線垂直方向分量解算精度產(chǎn)生較大改善(對(duì)東西方向也有一定的提高，對(duì)南北方向幾乎沒(méi)有改善)，精度可提高2～ 3倍；將天頂對(duì)流層濕延遲參數(shù)的估計(jì)間隔設(shè)置為4～6h時(shí)基線重復(fù)率和網(wǎng)平差精度指標(biāo)較好，能真實(shí)反映出對(duì)流層折射影響隨時(shí)間變化的趨勢(shì)，從而提高基線解的精度。

(3)使用GAMIT軟件進(jìn)行CP0基線解算時(shí)必須嚴(yán)格控制起算點(diǎn)坐標(biāo)的誤差，起算點(diǎn)點(diǎn)位坐標(biāo)精度最好控制在10 cm之內(nèi)；當(dāng)起算點(diǎn)坐標(biāo)誤差達(dá)到20 cm時(shí)，各基線分量的解算結(jié)果的精度在毫米級(jí)的量級(jí)；當(dāng)起算點(diǎn)坐標(biāo)誤差達(dá)到2 m時(shí)，基線解算結(jié)果不可靠，不滿足高精度解算要求。

(4)CP0框架控制網(wǎng)基線解算時(shí)應(yīng)采用目前發(fā)布的最新ITRF參考框架及其參考?xì)v元下的IGS參考站坐標(biāo)，衛(wèi)星星歷采用IGS發(fā)布的精密星歷，這樣不僅實(shí)現(xiàn)了地面基準(zhǔn)站坐標(biāo)與衛(wèi)星星歷的框架及歷元的統(tǒng)一，而且由于IGS基準(zhǔn)站的站坐標(biāo)精度較高、兼容性較好也確保了GAMIT解算的基線具有較高的精度和可靠性。框架基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換時(shí)采用最新參考框架及其相應(yīng)參考?xì)v元和最新速度場(chǎng)參數(shù)反推早期參考框架及其相應(yīng)參考?xì)v元下的已知測(cè)站坐標(biāo)精度損失最少。施工建設(shè)和運(yùn)營(yíng)維護(hù)期間對(duì)CP0框架控制網(wǎng)進(jìn)行復(fù)測(cè)維護(hù)應(yīng)采用與勘測(cè)設(shè)計(jì)期間相同的基線解算軟件(最好是同一版本)進(jìn)行處理。

[1] 中華人民共和國(guó)鐵道部.TB 10601—2009高速鐵路工程測(cè)量規(guī)范[S].北京:中國(guó)鐵道出版社，2009.

[2] 李征航，黃勁松.GPS測(cè)量與數(shù)據(jù)處理[M].2版.武漢:武漢大學(xué)出版社，2011.

[3] 李征航，張小紅.衛(wèi)星導(dǎo)航定位新技術(shù)及高精度數(shù)據(jù)處理方法[M]. 武漢:武漢大學(xué)出版社，2009.

[4] 姜衛(wèi)平，劉經(jīng)南，葉世榕.GPS形變監(jiān)測(cè)網(wǎng)基線處理中系統(tǒng)誤差的分析[J].武漢大學(xué)學(xué)報(bào)：信息科學(xué)版，2001，26(3)：196-199.

[5] 黨亞民，成英燕，薛樹(shù)強(qiáng).大地坐標(biāo)系統(tǒng)及其應(yīng)用[M].北京:測(cè)繪出版社，2010.

[6] 姚宜斌.高精度GPS測(cè)量中坐標(biāo)基準(zhǔn)的統(tǒng)一方法研究[J].地礦測(cè)繪，2001(2)：3-5.

[7] 劉基余，李征航，等.全球定位系統(tǒng)原理及其應(yīng)用[M].北京:測(cè)繪出版社，1993.

[8] 歐吉坤.GPS測(cè)量的中性大氣折射改正的研究[J].測(cè)繪學(xué)報(bào)，1998，27(1):31-36.

[9] 周東衛(wèi).GNSS參考站網(wǎng)絡(luò)的對(duì)流層完備性監(jiān)測(cè)技術(shù)研究[J].工程勘察，2012，40(10):65-70.

[10]葛茂榮，劉經(jīng)南.GPS定位中對(duì)流層折射估計(jì)研究[J].測(cè)繪學(xué)報(bào)，1996，25(4):255-291.

[11]MIT. Department of Earth， Atmospheric， and Planetary Sciences. GPS Analysis at MIT (Release 10.4)， 2010， 10.

[12]GB/T18314—2001.全球定位系統(tǒng)(GPS)測(cè)量規(guī)范[S].北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2001.

[13]陳光金，付宏平，秦德生.鐵路隧道洞內(nèi)CPⅡ?qū)Ь€測(cè)量與復(fù)測(cè)精度指標(biāo)合理性探討[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，2014(4):65-68.

[14]余興勝.構(gòu)建橋涵勘測(cè)技術(shù)新體系的研究[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，2013(2):73-76.

[15]田林亞， 祖力比亞·阿布都熱西提，等.高速鐵路測(cè)量中高斯平面坐標(biāo)與斜軸墨卡托平面坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，2013(4):13-16.

Research on Data Processing of High-speed Railway CPO Frame Control Network

ZHOU Dong-wei

(China Railway First Surveying and Design Institute Group Ltd.， Xi’an 710043, China)

The CP0 frame control network， which acts as the initial datum of plane control surveying for high-speed railway， has to be provided with higher accuracy， reliability and stability. There are many factors affecting the final positioning results of CP0. As failure to properly address these factors may result in large deviation in specified positioning， researches and summarization of data processing mode and method for CP0 are conducted with reference to the real data and practical experiences of related projects， and several principles and methods are proposed to eliminate and reduce systematic errors to baseline resolution， to select reasonable processing scheme and software， and to perform a frame datum uniformity as well as conversion and baseline network adjustment， which， as a result， can solve the problem of frame datum uniformity and improve the reliability and accuracy of the baseline solution.

High-speed railway; Frame control network; Datum uniformity; Resolution scheme; Systematic error

2014-06-09；

2014-06-27

中鐵第一勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司科研項(xiàng)目(院科09-05)

周東衛(wèi)(1981—)，男，高級(jí)工程師，工學(xué)碩士，E-mail：dwzhou810408@126.com。

1004-2954(2015)03-0011-06

U238； U212.24

A

10.13238/j.issn.1004-2954.2015.03.003