GAMIT/COSA GPS在鄭州市地鐵五號線中的應用

王健峰,張　明

(鄭州市規劃勘測設計研究院，河南 鄭州 450000)

GAMIT/COSA GPS在鄭州市地鐵五號線中的應用

王健峰,張明

(鄭州市規劃勘測設計研究院，河南 鄭州 450000)

摘要：GAMIT/COSA GPS在精密工程測量中得到了廣泛應用,以鄭州市地鐵5號線為例,通過設計網形、觀測要求、數據處理及質量檢核、網平差證明GAMIT/COSA GPS在精密工程控制網中能獲得高精度的結果。

關鍵詞：GAMIT/COSAGPS；質量檢核；網平差

doi:10.13442/j.gnss.1008-9268.2015.03.017

中圖分類號：P228.4

文獻標志碼：碼： A

文章編號：號： 1008-9268(2015)03-0067-04

收稿日期：2015-05-05

作者簡介

Abstract:The GAMIT/COSA GPS has been widely applied in precise engineering surveying, with Zhengzhou urbun subway line 5 as an example, through the design in shape on GPS net, observation requirement, data processing and quality check, the net adjustment proves that GAMIT/COSA GPS in precision engineering control network can get high precision result.

0引言

鄭州市地鐵5號線是鄭州地鐵線網中唯一一條環形線路,途徑鄭州東站片區、鄭東片區、金水片區、中原片區、西北片區、西部服務片區、中原二七片區、管城片區、經開片區,為核心區外圍各功能片區之間提供快速聯系;工程建設初期,需在5號線附近建立精密GNSS大地控制網,用以控制5號線的范圍和走向,鄭州市規劃勘測設計研究院自承擔這次任務以后,深入研究,優化設計,最終確立高精度GNSS大地控制網。

1網形概述

全網共計36個點,如圖1所示,采用4臺Trimble 5700接收機按照邊聯式方式同步觀測,共觀測38個同步環,每個環觀測2 h,平均設站1.8次,整網可靠性0.6.數據處理策略:1) 衛星高度截止角:15°;2)對流層模型:1 h估算一個參數3) 電離層和基線處理方式: <5 km采用L1_ONLY,其余采用LC_HELP;4) 軌道:固定衛星軌道;5) 已知點約束:0.05 m、0.05 m、0.05 m.

圖1　基于GAMIT/COSA軟件的GPS網平差略圖

2數據預處理

正確修正觀測數據中的周跳和刪除大殘差觀測值的數據編輯是GPS數據處理中的主要工作之一。數據編輯采用AUTCLN模塊自動進行。數據編輯工作完成后,生成干凈的觀測數據文件(X-文件),用于每時段基線解算，對于質量較差的數據,編輯采用CVIEW模塊手工進行，GAMIT軟件基線處理流程如圖2所示。

圖2　GAMIT軟件基線解算流程圖

聯系人： 王健峰 E-mail: langzi820527@163.com

3基線質量檢核

GAMIT基線質量主要通過對同步環Nrms值、獨立環閉合差和復測基線較差以及全部基線三維無約束平差精度指標等幾方面進行檢核。

1) 同步環Nrms值。GAMIT軟件采用全組合解,其同步環閉合差在基線解算時已經進行了分配,因此解算出來的同步環閉合差為零,對同步環檢核,主要通過對基線解的Nrms值作為同步環質量好壞的一個指標[1],各同步環Nrms值質量統計如表1所示。

表1　同步環Nrms值質量統計表

25個同步環Nrms值大于0.5的僅有4個,分別為同步環840、841、860和880,最大值0.889,環840和841中的短基線和長基線分開處理[2],根據相關參考文件,對于短基線而言,采用L1-ONLY,Nrms可能會達到0.8左右;因此各同步環Nrms值滿足軌道測量技術規范要求;4個含有長基線的同步環710、711、800和920,Nrms值分別為0.238、0.227、0.199、0.224,遠小于參考值0.3[3]。

2) 獨立環檢核:GPS網基線組成的獨立環質量統計如表2和表3所示。

表2　GPS網獨立環質量統計(一)

表3　GPS網獨立環質量統計(二)

3)復測基線較差檢核。全網22條復測基線較差質量統計如表5所示。

表4　控制網復測基線質量統計

由表2～4可知,X、Y、Z方向獨立環閉合差69%以上小于限差的1/3,只有少數幾個在2/3～1內;全長閉合差中,最大值為75.38,最小2.93,平均閉合差16.5,所有閉合差小于限差2/3;復測基線較差最大值14.92 mm,最小值0.02;所有基線較差小于限差1/3;從GPS數據處理質量分析和評價中,得出本次坐標聯測的整體外業觀測質量較高,基線解的精度非常好[4]。

4基于GAMIT/COSA軟件的GPS控制網平差

4.1　無約束平差

根據GPS平差網優化設計原則,選取GAMIT

軟件解算的獨立基線構成平差網形,平差軟件:COSA GPS;以相對位于網中心的GPS點QW36的坐標作為起算數據,在CGCS2000坐標系下進行平差,GPS三維向量網在CGCS2000坐標系下的無約束平差結果如表5～表6所示。

表5　基于GAMIT/COSA軟件的GPS三維無約束平差后基線弦長相對精度統計

表6　基于GAMIT/COSA軟件的GPS三維無約束平差后點位精度統計

從表5～6可知,三維無約束平差結果最弱邊為QW01～QW02,空間距離889.161 m,相對中誤差為1/29萬,整網邊長平均相對精度為1/85萬;最弱點為QW21,點位中誤差為2.64 cm,證明了所選獨立基線向量中無粗差觀測量,由各獨立基線向量解所確定的協方差陣的相互關系比較合理[5]。

4.2　二維約束平差

約束周圍3個地方點,坐標已知,對GPS網進行約束平差,平差結果的主要精度指標如表7、表8所示。

表7　基于GAMIT/COSA軟件的GPS二維約束平差精度統計

表8　基于GAMIT/COSA軟件的GPS二維約束平差相鄰點的相對點位中誤差統計表

從表7、表8可看出:約束平差后各平面點點位精度總體來說比較均勻,控制網南端點位中誤差稍大一些,這與距離起算點稍遠一些有關;x方向誤差比y方向稍大一些;最弱點QW-21,點位中誤差均為0.64 cm,僅為限差.±12 mm的52%;最大的相鄰點QW-28、QW-30,相對點位中誤差為0.55 cm,僅為限差.±10 mm的55%;最弱邊為QW-01～QW-02,相對中誤差僅為1/28萬,平均值更是遠低于限差要求的1/10萬。二維平差結果的各項精度指標全部優于規范和技術設計規定的要求,完全滿足軌道交通5號線首級平面基準建立的精度要求。

5結束語

網形優化設計、長短基線分開處理、合理的處理策略,GAMIT/CosaGPS在最短的觀測時間內,能夠得到較高精度的定位結果;完全滿足高等城市GNSS控制測量、精密工程測量的要求。

參考文獻

[1] 麻省理工學院.GAMIT10.35 參考手冊[R].2009.

[2] 張雙成,曹海洋,李海英.基于GAMIT的GPS長基線解類型分析及應用[J].工程勘察,2011(10):42-45.

[3] 趙建三,楊創，聞德保,等.利用GAMIT進行高精度GPS基線解算的方法及精度分析[J].測繪通報,2011(8):5-8.

[4] 盧立,李軍鋒.對流層延遲改正模型對GPS數據處理的影響分析[J].城市勘測,2011(3):68-71.

[5] 周命端,郭際明，許映林,等.水電站GPS變形監測網的數據處理及穩定性分析[J].測繪通報,2011(7):30-33.

王健峰(1986-),男,助理工程師，主要從事GNSS定位技術及工程測量新技術研究。

張明(1982-),男,工程師，主要從事GNSS定位技術及CORS應用于開發。

GAMIT/COSA GPS Application in Zhengzhou Urbun Subway Line 5

WANG Jianfeng,ZHANG Ming

(ZhengzhouUrbanPlanningDesign&SurveyResearchInstitute,Zhengzhou450000,China)

Key words: GAMIT/COSAGPS; quality check; net adjustment