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1、深圳地鐵三號線GPS平面控制網(wǎng)建立及精度分析[摘 要]本文全面介紹了深圳地鐵三號線GPS平面控制網(wǎng)的布設(shè)方案,包括GPS控制網(wǎng)技術(shù)設(shè)計、外業(yè)觀測、基線向量解算、控制網(wǎng)平差及精度分析和可靠性檢驗等。同時對地鐵GPS平面控制網(wǎng)建立的有關(guān)問題提出一些建議。[關(guān)鍵詞]基線向量解算;網(wǎng)平差;精度分析;可靠性檢驗1工程與測區(qū)概況深圳地鐵三號線工程初期建設(shè)線路起自紅嶺中路站,止于龍興街站,沿線所經(jīng)區(qū)域有羅湖區(qū)的東門、水貝、布心片區(qū),龍崗區(qū)布吉鎮(zhèn)、橫崗鎮(zhèn)、龍崗中心城及龍崗鎮(zhèn)。正線全長32.91km,其中地下線長692km,高架線長25.71km。全線共設(shè)21
2、個車站和1個車輛段,其中紅嶺中路站至布心站6個車站為地下站,布吉聯(lián)檢站至龍興街站14個車站為高架站,塘坑站為半地下站。該項目全線位于特區(qū)內(nèi),特別是地下線部分紅嶺中路—老街—東門中路三站兩區(qū)從東門老街商業(yè)繁華地帶穿過,高樓林立、街道狹窄、交通繁忙、城市無線電干擾嚴重,給GPS測量帶來困難。2GPS控制網(wǎng)設(shè)計2.1布網(wǎng)原則本項目GPS控制網(wǎng)根據(jù)《地下鐵道、輕軌交通工程測量規(guī)范》、《城市測量規(guī)范》以及《全球定位系統(tǒng)城市測量技術(shù)規(guī)程》中相關(guān)技術(shù)要求布網(wǎng)。GPS網(wǎng)沿地鐵線路呈帶狀分布,采用邊連接形式構(gòu)網(wǎng),由多個同步大地四邊形或三角網(wǎng)組成,網(wǎng)內(nèi)重合了4個
3、城市二等控制點,并對包括重合點在內(nèi)的控制網(wǎng)進行長邊大地四邊形觀測,以便對整網(wǎng)進行長度基準控制。GPS控制網(wǎng)由非同步獨立觀測邊構(gòu)成閉合環(huán)或附合路線,每個閉合環(huán)或附合路線中的邊數(shù)不大于6條。2.2選點與埋石根據(jù)布網(wǎng)原則和現(xiàn)場實際情況,沿線路每隔2km左右布設(shè)一對相互通視的GPS點,為保證精密導(dǎo)線聯(lián)測需要每個GPS點至少與兩個相鄰GPS點通視,每對GPS點邊長800~2000m。GPS點均選在利于保存、便于施測的建筑物頂面,點位視野開闊,遠離高壓輸電線和無線電發(fā)射裝置。2.3主要技術(shù)指標依據(jù)《地下鐵道、輕軌交通工程測量規(guī)范》的技術(shù)要求,本項目GPS
4、控制網(wǎng)按GPSC級網(wǎng)施測。最弱點位中誤差不大于12mm,相鄰點相對點位中誤差不大于10mm,最弱邊相對中誤差不大于1/9萬,與原有控制點的坐標較差不大于50mm。3外業(yè)觀測GPS控制網(wǎng)采用6臺Trimble5700雙頻(標稱精度為±5mm+1ppm)接收機作業(yè)。GPS測量作業(yè)前,接收機在一般檢視和通電檢驗后,還進行了GPS接收機內(nèi)部噪聲水平測試和接收機天線平均相位中心穩(wěn)定性檢驗,并對基座光學(xué)對中器和卷尺進行檢校。根據(jù)編制的GPS衛(wèi)星可見性預(yù)報表及衛(wèi)星的幾何圖形強度(其PDOP值不應(yīng)大于6),選擇最佳觀測時段。觀測時按相對靜態(tài)定位模式進行觀測,
5、每條邊觀測時段≥2,每個觀測時段長度≥90min,衛(wèi)星高度角≥15°,天線整平對中誤差≤41mm。每時段觀測前后各量取天線高一次,兩次量測值互差≤3mm,并取平均值作為最后天線高。全網(wǎng)共聯(lián)測4個原有城市二等控制點(Ⅱ27望海嶺、Ⅱ32紅花頂、Ⅱ37求水坳、Ⅱ82深勘大廈)、1個城市三等控制點(Ⅲ526植物園)共5個重合點以及新布設(shè)的32個GPS點。觀測時除對GPS控制網(wǎng)內(nèi)短邊未知點進行構(gòu)網(wǎng)觀測,全線還選擇7個GPS控制點(GPS04、GPS06、GPS21、GPS23、GPS27、GPS30、GPS32)和5個重合點構(gòu)成長邊圖形觀測,保證了G
6、PS網(wǎng)的精度均勻及減少了尺度比的誤差影響。深圳市地鐵3號線GPS控制網(wǎng)聯(lián)測圖如圖1。4基線向量解算4.1基線向量解算基線向量解算是利用二個或多個測站的GPS同步載波相位觀測值確定測站之間坐標差的過程。本項目采用Trimble隨機軟件TGO1·62按靜態(tài)相對定位模式解算,基線解算采用衛(wèi)星廣播星歷坐標作為基線解的起算數(shù)據(jù)。因測區(qū)處于經(jīng)濟發(fā)達地區(qū),城市無線電信號強烈,再加上太陽等天體輻射影響GPS信號通過電離層時,傳播路徑和傳播速度會發(fā)生變化,從而影響GPS衛(wèi)星至地面接收機之間的觀測距離,若不加以仔細改正,會嚴重損害GPS觀測值精度。本項目在施測時
7、利用多臺GPS雙頻接收機進行同步觀測,并在基線解算時通過高級參數(shù)設(shè)置,利用TGO電離層改正模型對大于4km的基線進行電離層改正。電離層改正模型考慮了折射率中的高階項以及地磁場的影響,并且沿著信號傳播路徑進行積分,通過基線解算精度比較,加入改正模型后的精度均優(yōu)于2mm,可顯著提高基線向量解算觀測值水平和垂直精度。4.2基線向量質(zhì)量控制與精度分析基線向量質(zhì)量控制是為了后續(xù)數(shù)據(jù)處理分析提供合格的基線向量結(jié)果。對基線向量質(zhì)量可根據(jù)以下基線解算指標進行控制:4.2.1相對指標(1)單位權(quán)方差因子即參考因子;(2)觀測值的RMS即觀測值殘差的均方根,RM
8、S值越小越好;(3)數(shù)據(jù)刪除率,數(shù)據(jù)刪除率越高說明觀測值質(zhì)量越差;(4)比率RATIO,它反映了所確定的整周未知數(shù)參數(shù)的可靠性,該值越大,可靠性越高,它主要與觀測時
