QDCORS在青岛地铁控制网中的应用研究

王智，赵亚波

（青岛市勘察测绘研究院，山东青岛 266032）

QDCORS在青岛地铁控制网中的应用研究

王智*，赵亚波

（青岛市勘察测绘研究院，山东青岛 266032）

提出以QDCORS作为青岛地铁卫星定位控制网的起算基准，介绍外业观测时的注意事项及数据解算时的流程，结合其在青岛地铁控制网中的应用和数据分析说明了用CORS作为城市地铁控制网的起算数据可以有效保证各条地铁线路空间基准的统一性。

QDCORS；青岛地铁；控制测量；基线解算

1　概 述

CORS系统是卫星定位技术、计算机网络技术、数字通讯技术等高新科技多方位、深度结晶的产物。它由基准站网、数据处理中心、数据传输系统、定位导航数据播发系统、用户应用系统五个部分组成，各基准站与监控分析中心间通过数据传输系统连接成一体，形成专用网络［1］。2006年，青岛市建成了山东省第一个GPS连续运行参考站网系统（QDCORS）。该GPS基准站网综合应用了虚拟参考网站技术（Virtual Reference Station，VRS）、高精度自动化后处理技术、水准面拟合技术、现代通信技术、多种GPS定位技术、WEB网络发布等先进技术，是一个高标准、高精度、多功能的GPS连续运行参考站网系统。

QDCORS共有10个基准站［2］，主要采集的数据有各个观测站的观测数据、星历数据、气象数据。控制中心发布的后处理数据有原始数据（包括观测文件、广播星历文件、气象文件）、精密星历文件，实时数据有RTCM的差分信号。

城市建设地铁通常是总体规划，分期建设，目前青岛共规划19条地铁线路，市区已经开展实施的地铁控制网测量线路是1号线、2号线和3号线，本文通过介绍QDCORS在这三条地铁线路控制网中的应用情况说明了用CORS作为地铁控制网的起算数据可以有效保证各条地铁线路起算数据的一致性和空间基准的统一性。

2　作业要点及数据解算

2.1作业要点

卫星定位控制网采用静态作业模式，宜采用双频接收机进行观测，作业前对卫星接收机和天线等设备进行常规检查。采用统一印制的观测手簿进行记录。观测过程中，定时检查接收机观测状况，并量取天线高至毫米。

由于CORS各个站点相距较远，通常为十几千米至几十千米，为了提高基线解算精度，首先选取地铁卫星定位控制网中的若干个点与起算CORS站点组成框架网，进行长时间观测，可采用的观测参数如表1所示:

GPS外业观测技术参数　表1

在外业观测过程中应按下列要求执行:天线安置的对中误差不应大于 1 mm，天线高量取应精确至1 mm，在120°方向三次量取，较差不大于2 mm取中数使用；观测作业应严格按调度表进行，保证同步观测同一组卫星，不得中间关机，改变天线位置或观测参数及进行其他调试等观测中，应避免在接收机近旁使用无线电通讯工具；观测员在作业期间不得擅自离开测站，并应防止仪器受震动和被移动，防止人和其他物体靠近天线，遮挡卫星信号；作业同时应填好观测手簿，包括控制点点名、接收机序列号、仪器高、天线类型、开关机时间等相关的测站信息，不得缺项。

2.2数据解算

为了提高长基线的解算精度，骨架网应采用专业高精度软件进行解算，如Gamit和Bernese等软件，其他可用仪器随机软件进行解算，如天宝仪器采用TBC解算，徕卡采用LGO解算，基线应经重复基线及环闭合差检核，检核不合格时或基线解算精度较差时应对相应的基线做精化处理，主要精化处理方法如下:

（1）基线起点坐标不准确:使用坐标准确度较高的点作为基线解算的起点，较为准确的起点坐标可以通过进行较长时间的单点定位或通过与WGS-84坐标较准确的点联测得到；也可以采用在进行整网的基线解算时，所有基线起点的坐标均由一个点坐标衍生而来，使得基线结果均具有某一系统偏差，然后再在GPS网平差处理时，引入系统参数的方法加以解决。

（2）卫星观测时间太短:删除该卫星的观测数据，不让其参加基线解算，从而保证基线解算结果的质量。

（3）周跳问题:在发生周跳处增加新的模糊度参数或删除周跳严重的时间段，从而改善基线解算结果的质量［3］。

（4）多路径效应:通过缩小编辑因子的方法来剔除残差较大的观测值，也可以采用删除多路径效应严重的时间段或卫星的方法［4］。

（5）对流层或电离层影响:提高截止高度角，剔除易受对流程或电离层影响的低高度角观测数据；分别采用模型对对流层和电离层延迟进行改正；使用无电离层观测值对GPS双频观测值进行基线解算［5］。

平差前，在城市坐标系下，对拟采用的CORS站起算点进行兼容性检查分析，另结合点位分布情况，最终选用兼容性好的点位作为二维约束平差的起算数据，考虑到Gamit与TBC、LGO解算精度相差较大，在平差软件中应分别定权导入相应的基线文件，合并后再进行平差计算，数据解算流程如图1所示:

图1　数据解算流程图

卫星定位控制网最终各项精度指标如2表所示，根据平差后的结果对GPS控制网做出精度评定。

地铁卫星定位控制网主要技术指标　表2

3　工程应用

3.1青岛地铁3号线GPS控制网测量及复测维护

青岛地铁3号线是山东省首条地铁线路，GPS控制网于2010年建立，共32个点位，观测时选取网中GPS001、GPS011、GPS015、GPS025、QD12和3个QDCORS起算点红岛站、青银路站和小港站组成框架网进行长时间观测。观测网图如图2所示。

图2　青岛地铁3号线GPS控制网图

经解算，所有合格的基线均通过重复基线、同步环和异步环检验，选取网中合格的独立基线，在WGS84坐标系中，固定青银路站的坐标进行三维无约束平差，基线向量改正数统计表如表3所示:

三维无约束平差基线向量改正数统计表　表3

二维约束平差前，在青岛城市坐标系下，对青银路、红岛和小港基准站进行兼容性检查分析，满足要求后以这三个点作为二维约束平差的起算数据。二维平差后最弱点为SD10，x分量误差0.14 cm，y分量误差0.12 cm，点为中误差 0.18 cm。最弱边 GPS26-GPS27，边长840.559 m，边长误差0.09 cm，相对中误差1/918000。

在青岛城市坐标系下，将GPS约束平差后坐标反算GPS边长与全站仪精密测距边进行比较，统计情况如表4所示。

GPS网中相邻通视边与实测边长比较表　表4

通过上表的统计可以看出，统计的8条边长较差均小于限差，满足相关规范要求。联测了2个已有城市控制点，坐标较差如表5所示，满足规范要求的50 mm的限差要求。

GPS网中相邻通视边与实测边长比较表　表5

青岛地铁3号线GPS控制网分别于2011年6月和和2012年11月进行了复测，复测方案与技术路线与首期测量一致，仍以小港、青银路和红岛站作为起算点。

第一次复测最终二维约束平差后最弱点的点位中误差为1.3 mm，最弱边的相对中误差为1/1076000，满足规范要求，联测的已有城市控制点QD15坐标较差如表6所示:

第一次复测与已有城市控制点联测的坐标较差　表6

与首期测量对比，第一次复测成果X坐标较差最大值为-11.5 mm，Y坐标较差最大值为10 mm，满足《城市轨道交通工程测量规范》要求的25 mm限差要求。第二次复测各项指标也均满足规范要求，具体不再赘述。

3.2不同线路重合点成果的比较

目前青岛市区布设的地铁控制网主要有2010年4月布设的3号线控制网、2011年11月布设的2号线控制网以及2014年11月布设的1号线控制网，这三个控制网均采用QDCORS作为起算，三条线路共有14个重合点，如图3所示。

图3　青岛市区地铁GPS控制网图

最近的一次复测成果对比如表7～表9所示:

地铁1号线与2号线GPS重合点成果对比表　表7

点号　1号线成果　2号线成果X Y X Y △X/mm　△Y/mm GPS035　****07.744 8　****71.520 8　****07.747 5　****71.526 2　2.7　5.4 GPS036　****02.287 0　****28.384 4　****02.287 0　****28.384 1　0.0　-0.3 GPS037　****54.093 3　****90.951 3　****54.095 0　****90.950 3　1.7　-1.0

地铁1号线与3号线GPS重合点成果对比表　表8

地铁2号线与3号线GPS重合点成果对比表　表9

从上表可以看出，虽然各条地铁线路在不同时间建设，控制网测量时间也均不相同，但由于都采用稳定可靠的QDCORS作为起算数据，使得各条线路重合点的平差结果基本相同，较差均在规范要求的25 mm限差之内。

4　总 结

本文介绍了城市CORS系统的结构与原理，用其作为地铁控制网起算点的优势，根据该方法特点介绍了作业时的技术要点及数据处理过程。通过青岛地铁1号线、2号线以及3号线控制网解算的应用实例说明了该方法的优势及不同线路数据成果的稳定及相互兼容性。

从文中分析可以得出以下结论:

（1）由于无需建立专门的城市地铁控制网及常年的维护，将CORS用于地铁控制网解算可以节约建设成本。

（2）通过青岛地铁3号线GPS控制网的复测可以看出，将CORS用于地铁控制网解算可以有效保证地铁线路建设过程中首级控制网的稳定性及可靠性。

（3）CORS用于地铁控制网可以有效保证城市各条地铁线路空间基准的统一性，避免交叉线路控制点成果不一致带来的施工矛盾。

［1］汪伟，史廷玉，张志全.CORS系统的应用发展及展望［J］.城市勘测，2010（3）：45～47.

［2］柏铭.QDCORS网的精度分析与完备性研究［D］.青岛：山东科技大学，2009.

［3］生仁军.GPS载波相位定位中周跳探测方法的研究［D］.南京：东南大学，2006.

［4］戴吾蛟，丁晓利，朱建军.GPS动态变形测量中的多路径效应特征研究［J］.大地测量与地球动力学，2008，28 （1）：65～71.

［5］张双成，张鹏飞，范朋飞.GPS对流层改正模型的最新进展及对比分析［J］.大地测量与地球动力学，2012，32 （2）：91～95.

Study on the Application of QDCORS in Qingdao Metro Control Network

Wang Zhi，Zhao Yabo
（Qingdao Institute of Geotechnical Investigation and Surveying Research，Qingdao 266032，China）

Using QDCORS as the Qingdao Metro satellite positioning benchmark control network.The process of attention and data calculation in the field of foreign trade observation.Combined with its in Qingdao Subway control network application illustrates the use of CORS as city subway control network of the initial data can effectively ensure the unity of the subway line space datum.

QDCORS；Qingdao subway；control surveying；baseline calculation

1672-8262（2016）04-106-04

P228

B

2016—01—04

王智（1986—），男，注册测绘师，硕士，工程师，研究方向:精密工程测量和工业测量。