基于CORS的城市轨道交通GPS网的布设及精度分析

林飞

(杭州市勘测设计研究院，浙江 杭州 310012)

基于CORS的城市轨道交通GPS网的布设及精度分析

林飞*

(杭州市勘测设计研究院，浙江 杭州 310012)

就城市CORS系统作为起算数据布设轨道交通GPS控制网的情况进行了介绍，并且依托杭州至临安城际铁路工程GPS控制网测量项目，通过采用分级平差法，解决了因CORS站点距离线路太远而带来的精度问题，并和整体式平差的结果做了各项对比，说明分级平差所得结果更加可靠。

CORS；GPS；分级平差；精度对比

1 前 言

在城市轨道交通的控制测量中，首级GPS控制网作为整个工程的平面测绘基准至关重要。在解算城市轨道交通GPS控制网时，用城市CORS站作为起算依据是比较常见且行之有效的方法，其具有点位稳定、观测条件好、观测时段长等优点，有利于提高整个GPS控制网的精度，同时节省了在已知点设站观测的工作量，有利于缩短工期。然而，有时会因工程覆盖范围过大、工程线路所在位置离既有城市CORS站的距离过远等原因，导致沿线GPS控制点与CORS站之间的基线边长过长，此时如果直接进行统一平差则会影响平差精度。我单位在利用CORS站点布设轨道交通GPS网时就曾遇到过这种问题，下面就以我们遇到的情况作为实例来做具体分析。

2 测区概况及GPS控制网的布设

杭州至临安城际铁路工程项目位于杭州市主城区与临安市之间，中间既有平原、丘陵，也有河流和群山，沿线点间高差较大，地形条件复杂，对观测的条件和精度要求较高。工程线路沿线共布设了29个GPS点，并且联测了3个城市C级点和3个与该线路相连的地铁五号线的GPS点。我们根据实际情况选择了距离工程线路最近的4个CORS站点作为约束点参与平差，但是即使这最近的4个CORS站点与线路沿线的控制点之间也有着十几千米甚至几十千米的距离，如果直接将CORS点与线路沿线GPS点进行统一平差(以下称为统一平差法)，精度不可避免地会受到影响。因此，为了解决这个问题，通过研究分析，我们决定采用分级平差法，先从工程线路沿线GPS点中选择几个合适的点作为框架结点与CORS站构成一个框架网(以下称为一级网)进行基线解算，网图如图1所示：

图1 一级网示意图

然后再以这几个框架结点作为起算数据与其他剩余GPS点构成二级网进行解算，如图2所示。

图2 二级网示意图

3 GPS控制网的施测

外业采用6台Trimble双频GPS接收机同步进行，其中考虑到作为框架网结点的几个控制点将用来作为二级网的起算点，为了尽量提高这几个控制点的精度，将其观测时间延长至4个小时以上，其余点的具体观测作业按表1规定执行：

GPS测量作业技术指标 表1

4 GPS数据处理及精度对比

4.1 基线解算

所有基线均采用Trimble公司的GPS精密静态数据处理软件Trimble Business Center 进行基线解算。在一级网的基线解算中，为了提高一级网中长基线边的处理精度，在进行基线解算前导入了观测当天的精密星历。全部基线解算结果中，最大PDOP值均小于6，水平精度均小于 0.02 m，解算类型均为固定解，RMS均小于 0.03 m。

4.2 网平差网平差均采用武汉大学的COSA GPS数据处理软件进行。

(1)一级网的网平差

选取CORS站HAZH的空间直角坐标作为三维无约束平差的起算数据，在CGCS2000坐标系下进行无约束平差，然后用选取的4个CORS站点的本地坐标作为起算数据进行二维约束平差。

三维无约束平差后基线向量改正数的绝对值及限差统计如图3所示：

图3 一级网三维无约束平差后基线向量改正数及限差统计

各项平差指标统计如表2所示。

一级网三维无约束平差及二维约束平差指标统计 表2

由以上数据可知，一级网的基线解算及网平差的各项指标均满足精度要求，且精度很高，可以作为分级平差法的二级控制网的平差基准。

(2)二级网的网平差

三维无约束平差以点GPSD002在CGCS2000坐标系下的空间直角坐标作为起算数据，二维约束平差以一级网的平差成果作为起算数据。平差后的基线向量改正数及限差统计如图4所示：

图4 分步平差法二级网三维无约束平差后基线向量改正数及限差统计

精度指标统计如表3所示：

二级网三维无约束平差及二维约束平差指标统计 表3

4.3 精度对比

为了比较分级平差法与统一平差法的精度，我们将两种方法所得二维平差和三维平差的各项精度指标进行对比，如表4所示：

两种解算方式的各项精度指标对比 表4

由表4的对比可以看出，除了三维无约束平差的最弱点点位中误差这一项，其余各项精度指标中，分级平差法均要优于统一平差法。

5 成果可靠性对比

GPS数据处理之后，将已有控制点的原成果与本次测量成果进行比较，对已有控制点进行稳定性和兼容性分析。

我们分别比较了统一平差法和分级平差法所测成果与原有成果的坐标分量差值，X坐标差值对比图和Y坐标差值对比图分别如图5和图6所示：

通过图5和图6可以很明显得看出：两种方法的计算成果与原成果的坐标分量差均 <±2.4 cm，满足《城市轨道交通工程测量规范》中的要求，且分级平差法所得结果相比统一平差法要更接近原有成果，即分级平差法所得结果更加可靠。

图5 两种平差法与原有成果的X坐标差值对比

图6 两种平差法与原有成果的Y坐标差值对比

6 结 语

本文所述分级平差法可以较好地消除在利用CORS站点布设轨道交通GPS控制网时，因起算点与布设的GPS控制点距离过长所带来的对精度的不利影响，虽然解算过程比通常的直接统一平差要烦琐且多耗时间，但是所得结果更加可靠，精度更高。当然，更有效且长远的解决方法是在整个城市的范围内，选择合适的位置，建立一个由高精度框架点构成的统一的框架网系统，不仅可以保证某些区域在距离CORS站较远的情况下有合适距离的起算点可用，也可以保证一个城市的不同轨道交通线路之间能够更好地衔接，从而纳入一个统一的测绘基准中。

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GPS Network Layout and Accuracy Analysis of Urban Rail Transit Based on CORS

Lin Fei

(Hangzhou Institute of Survey and Design，Hangzhou 310012，China)

In this paper，the process of laying the GPS control network of the rail transit with the CORS station as the starting data was introduced，the accuracy is usually affected because some CORS point may be too far away from the line. This paper relies on the GPS control network project of Hangzhou-Linan intercity railway project，and adopts the hierarchical adjustment method to solve the precision problem brought by the long baseline because some CORS point may be too far away from the line.And the comparison with the result of unified adjustment shows that the results of classification adjustment are more reliable.

CORS；GPS；sequential adjustment；accuracy comparison

1672-8262(2017)03-83-04

P228

B

2016—10—08

林飞(1990—)，男，助理工程师，硕士，研究方向为轨道交通工程测量。