基于精测网测量数据平差模式的比较

张秋波

(中铁咨询集团济南设计院，山东济南 250022)

随着铁路时速的一次次被刷新，铁路基础控制网作为高速铁路重要基础设施显得越来越重要，2010年10月30日发布、2010年12月1日开始实施的铁路工程测量规范，强调了控制测量在铁路工程测量中的重要性，增加了平面控制测量和高程控制测量两部分内容，将线路、桥梁、隧道有关控制测量的主要技术标准和要求等内容纳入到平面和高程控制测量的内容中。铁路工程测量的平面和高程控制网按施测阶段、施测目的及功能，分为勘测控制网、施工控制网和运营维护控制网。为保证控制网的测量成果满足铁路工程勘测、施工、运营维护三阶段的要求，适应铁路工程建设和运营管理的需要，三阶段的平面、高程控制测量必须采用统一的尺度和起算基准，即“三网合一”，确定了铁路工程平面控制测量分级布网的布设原则。明确了铁路工程平面、高程控制测量的精度等级应根据旅客列车设计行车速度进行确定的原则。而精测网的数据处理又直接关系到控制网的精度，作为测量技术人员掌握精测网的数据处理软件显得越发重要。

在工程的实际操作过程当中多采用GPS技术联测控制网，它比常规方法具有如下优点:(1)网形构造简单，点的疏密和边的长短可灵活选取，离已知控制点较远也可以连接，并进行控制网的定位和定向。另外，解决了点位之间无法通视的困难，选点灵活，同时还可以保证外业施测不受天气影响。测设大型(长边)方格网和通视条件特别困难时，尤其能够显示其优越性。(2)GPS方格网点位精度高、误差分布均匀，不但能够满足规范要求而且具有较大的精度储备。(3)采用点位中误差作为方格网测量精度指标是可行的，比用相对中误差表示精度指标更为合理。(4)采用GPS方法布设大地控制网，因其图形强度系数高，能够有效地提高点位趋近速度，网形优化比较方便。

1 软件简介

Trimble Geomatics Office(TGO)是Trimble公司编制的GPS后处理软件，是基于Microsoft Windows多任务操作系统，可以进行GPS数据处理以及RTK数据处理。它可以处理所有Trimble GPS的原始测量数据和其他品牌的GPS数据(RINEX)，还有传统光学仪器采集的数据以及激光测距仪的数据。整个软件包由多个模块构成，包括:数据通讯模块、星历预报模块、基线处理模块、动态计算模块、坐标转换模块、网平差模块、RTK测量数据处理模块、DTMlink模块、RoadLink模块。在静态测量中，常用的TGO的功能模块有Convert to RINEX，Coordinate System Manager，Data Transfer，Planning等四个功能模块。在控制网数据处理过程中主要用的两个模块是基线处理模块和网平差模块。

CosaGPS软件是武汉测绘科技大学编写的一套测量控制网通用数据处理软件包。它不仅能完成任意测量控制网常规的平差解算和精度评定等工作，还提供了一些非常有用的辅助功能，如平面、高程网闭合差计算，贯通误差影响值计算，网图显绘，叠置分析，手簿通讯和格式转换等功能。该系统不同于其他现有控制网平差系统的最大特点是自动化程度高，通用性强，处理速度快，解算容量大。其自动化表现在通过和COSA子系统COSA－HC相配合，可以做到由外业数据采集、检查，到内业概算、平差和成果报表输出的自动化数据处理流程;其通用性表现在对控制网的网形、等级和网点编号没有任何限制，可以处理任意结构的水准网和平面网，无须给出冗余的附加信息;解算速度快，解算容量大表现在采用稀疏矩阵压缩存储、网点优化排序和虚拟内存等技术。

2 测区和控制网概况

该新建铁路位于山东省胶东半岛与内陆地区咽喉地带，呈南北向，线路全长约90.186 km。

精测网的布设按分级布网的原则分为:基础控制网CPⅠ，线路控制网CPⅡ，高程控制四等水准网。CPⅠ控制点沿线路约4 km左右布设一个，共计27个;CPⅡ控制点沿线路走向布设，点间距400～600 m左右，共计194个;四等水准点与CPⅠ或CPⅡ点共用，沿线路走向布设，点间距约2 km左右，共计53个，桩点保存完好。本文以CPⅠ数据为依据进行比较。控制点分布如图1所示。

图1 控制点分布

2.1 TGO处理

(1)自由网平差(如表1)。

(2)约束平差(如表2)。

2.2 TGO+COSA处理

TGO+COSA处理的模式是先用TGO进行基线处理，然后利用COSA进行自由网平差和约束平差。

(1)自由网平差

表1 自由网平差 m

平差后坐标(X，Y，Z)如表3所示。

(2)约束平差

平差坐标(X，Y)如表4所示。

(3)结果比较

三维无约束平差:

当各项要求符合标准后，用静态观测的CPⅠ1016点三维空间坐标作为起算数据，进行GPS网的三维无约束平差。检查GPS基线向量网本身的内符合精度，并剔除含有粗差的基线边。经三维无约束平差计算后的精度统计如表5所示。

由CPⅠ控制网三维无约束平差精度统计数据可知:CPⅠ控制网的基线向量网自身的内符合精度高，基线向量没有明显系统误差和粗差，基线向量网的质量是可靠的，在此基础上可以进行二维约束平差。

二维约束平差:

二维约束平差时以P486、P549、BCBC、SJXB控制点的二维坐标成果，作为已知点对CPⅠ控制网进行整网约束平差(如表6所示)。

表2 约束平差 m

表3 自由网平差

表4 约束平差

表5 CPⅠ三维无约束平差精度统计

表6 CPⅠ二维约束平差精度统计

二维约束平差后，CPⅠ点间基线最弱边精度为1/696 000万，方向中误差最大为0.33″，基线向量精度满足《铁路工程测量规范》(TB10101—2009)中四等最弱边相对中误差≤1/70 000、方向中误差≤2.0″的精度要求。

3 结束语

在工程项目中，TGO+COSA处理模式得出的成果清晰明了，符合规范要求;既能充分利用TGO处理基线数据的稳定性，又能利用COSA处理数据的大容量高速度和成果自动生成的特点，减少了内业工作量。当然，在工程较小的情况下，可以单独使用TGO进行精测网的平差处理，而较大的工程笔者推荐使用COSA+TGO的处理模式。

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