QDCORS在青島地鐵控制網(wǎng)中的應(yīng)用研究

王智，趙亞波

（青島市勘察測(cè)繪研究院，山東青島 266032）

QDCORS在青島地鐵控制網(wǎng)中的應(yīng)用研究

王智*，趙亞波

（青島市勘察測(cè)繪研究院，山東青島 266032）

提出以QDCORS作為青島地鐵衛(wèi)星定位控制網(wǎng)的起算基準(zhǔn)，介紹外業(yè)觀測(cè)時(shí)的注意事項(xiàng)及數(shù)據(jù)解算時(shí)的流程，結(jié)合其在青島地鐵控制網(wǎng)中的應(yīng)用和數(shù)據(jù)分析說明了用CORS作為城市地鐵控制網(wǎng)的起算數(shù)據(jù)可以有效保證各條地鐵線路空間基準(zhǔn)的統(tǒng)一性。

QDCORS；青島地鐵；控制測(cè)量；基線解算

1　概 述

CORS系統(tǒng)是衛(wèi)星定位技術(shù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、數(shù)字通訊技術(shù)等高新科技多方位、深度結(jié)晶的產(chǎn)物。它由基準(zhǔn)站網(wǎng)、數(shù)據(jù)處理中心、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)、定位導(dǎo)航數(shù)據(jù)播發(fā)系統(tǒng)、用戶應(yīng)用系統(tǒng)五個(gè)部分組成，各基準(zhǔn)站與監(jiān)控分析中心間通過數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)連接成一體，形成專用網(wǎng)絡(luò)［1］。2006年，青島市建成了山東省第一個(gè)GPS連續(xù)運(yùn)行參考站網(wǎng)系統(tǒng)（QDCORS）。該GPS基準(zhǔn)站網(wǎng)綜合應(yīng)用了虛擬參考網(wǎng)站技術(shù)（Virtual Reference Station，VRS）、高精度自動(dòng)化后處理技術(shù)、水準(zhǔn)面擬合技術(shù)、現(xiàn)代通信技術(shù)、多種GPS定位技術(shù)、WEB網(wǎng)絡(luò)發(fā)布等先進(jìn)技術(shù)，是一個(gè)高標(biāo)準(zhǔn)、高精度、多功能的GPS連續(xù)運(yùn)行參考站網(wǎng)系統(tǒng)。

QDCORS共有10個(gè)基準(zhǔn)站［2］，主要采集的數(shù)據(jù)有各個(gè)觀測(cè)站的觀測(cè)數(shù)據(jù)、星歷數(shù)據(jù)、氣象數(shù)據(jù)。控制中心發(fā)布的后處理數(shù)據(jù)有原始數(shù)據(jù)（包括觀測(cè)文件、廣播星歷文件、氣象文件）、精密星歷文件，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)有RTCM的差分信號(hào)。

城市建設(shè)地鐵通常是總體規(guī)劃，分期建設(shè)，目前青島共規(guī)劃19條地鐵線路，市區(qū)已經(jīng)開展實(shí)施的地鐵控制網(wǎng)測(cè)量線路是1號(hào)線、2號(hào)線和3號(hào)線，本文通過介紹QDCORS在這三條地鐵線路控制網(wǎng)中的應(yīng)用情況說明了用CORS作為地鐵控制網(wǎng)的起算數(shù)據(jù)可以有效保證各條地鐵線路起算數(shù)據(jù)的一致性和空間基準(zhǔn)的統(tǒng)一性。

2　作業(yè)要點(diǎn)及數(shù)據(jù)解算

2.1作業(yè)要點(diǎn)

衛(wèi)星定位控制網(wǎng)采用靜態(tài)作業(yè)模式，宜采用雙頻接收機(jī)進(jìn)行觀測(cè)，作業(yè)前對(duì)衛(wèi)星接收機(jī)和天線等設(shè)備進(jìn)行常規(guī)檢查。采用統(tǒng)一印制的觀測(cè)手簿進(jìn)行記錄。觀測(cè)過程中，定時(shí)檢查接收機(jī)觀測(cè)狀況，并量取天線高至毫米。

由于CORS各個(gè)站點(diǎn)相距較遠(yuǎn)，通常為十幾千米至幾十千米，為了提高基線解算精度，首先選取地鐵衛(wèi)星定位控制網(wǎng)中的若干個(gè)點(diǎn)與起算CORS站點(diǎn)組成框架網(wǎng)，進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間觀測(cè)，可采用的觀測(cè)參數(shù)如表1所示:

GPS外業(yè)觀測(cè)技術(shù)參數(shù)　表1

在外業(yè)觀測(cè)過程中應(yīng)按下列要求執(zhí)行:天線安置的對(duì)中誤差不應(yīng)大于 1 mm，天線高量取應(yīng)精確至1 mm，在120°方向三次量取，較差不大于2 mm取中數(shù)使用；觀測(cè)作業(yè)應(yīng)嚴(yán)格按調(diào)度表進(jìn)行，保證同步觀測(cè)同一組衛(wèi)星，不得中間關(guān)機(jī)，改變天線位置或觀測(cè)參數(shù)及進(jìn)行其他調(diào)試等觀測(cè)中，應(yīng)避免在接收機(jī)近旁使用無(wú)線電通訊工具；觀測(cè)員在作業(yè)期間不得擅自離開測(cè)站，并應(yīng)防止儀器受震動(dòng)和被移動(dòng)，防止人和其他物體靠近天線，遮擋衛(wèi)星信號(hào)；作業(yè)同時(shí)應(yīng)填好觀測(cè)手簿，包括控制點(diǎn)點(diǎn)名、接收機(jī)序列號(hào)、儀器高、天線類型、開關(guān)機(jī)時(shí)間等相關(guān)的測(cè)站信息，不得缺項(xiàng)。

2.2數(shù)據(jù)解算

為了提高長(zhǎng)基線的解算精度，骨架網(wǎng)應(yīng)采用專業(yè)高精度軟件進(jìn)行解算，如Gamit和Bernese等軟件，其他可用儀器隨機(jī)軟件進(jìn)行解算，如天寶儀器采用TBC解算，徠卡采用LGO解算，基線應(yīng)經(jīng)重復(fù)基線及環(huán)閉合差檢核，檢核不合格時(shí)或基線解算精度較差時(shí)應(yīng)對(duì)相應(yīng)的基線做精化處理，主要精化處理方法如下:

（1）基線起點(diǎn)坐標(biāo)不準(zhǔn)確:使用坐標(biāo)準(zhǔn)確度較高的點(diǎn)作為基線解算的起點(diǎn)，較為準(zhǔn)確的起點(diǎn)坐標(biāo)可以通過進(jìn)行較長(zhǎng)時(shí)間的單點(diǎn)定位或通過與WGS-84坐標(biāo)較準(zhǔn)確的點(diǎn)聯(lián)測(cè)得到；也可以采用在進(jìn)行整網(wǎng)的基線解算時(shí)，所有基線起點(diǎn)的坐標(biāo)均由一個(gè)點(diǎn)坐標(biāo)衍生而來(lái)，使得基線結(jié)果均具有某一系統(tǒng)偏差，然后再在GPS網(wǎng)平差處理時(shí)，引入系統(tǒng)參數(shù)的方法加以解決。

（2）衛(wèi)星觀測(cè)時(shí)間太短:刪除該衛(wèi)星的觀測(cè)數(shù)據(jù)，不讓其參加基線解算，從而保證基線解算結(jié)果的質(zhì)量。

（3）周跳問題:在發(fā)生周跳處增加新的模糊度參數(shù)或刪除周跳嚴(yán)重的時(shí)間段，從而改善基線解算結(jié)果的質(zhì)量［3］。

（4）多路徑效應(yīng):通過縮小編輯因子的方法來(lái)剔除殘差較大的觀測(cè)值，也可以采用刪除多路徑效應(yīng)嚴(yán)重的時(shí)間段或衛(wèi)星的方法［4］。

（5）對(duì)流層或電離層影響:提高截止高度角，剔除易受對(duì)流程或電離層影響的低高度角觀測(cè)數(shù)據(jù)；分別采用模型對(duì)對(duì)流層和電離層延遲進(jìn)行改正；使用無(wú)電離層觀測(cè)值對(duì)GPS雙頻觀測(cè)值進(jìn)行基線解算［5］。

平差前，在城市坐標(biāo)系下，對(duì)擬采用的CORS站起算點(diǎn)進(jìn)行兼容性檢查分析，另結(jié)合點(diǎn)位分布情況，最終選用兼容性好的點(diǎn)位作為二維約束平差的起算數(shù)據(jù)，考慮到Gamit與TBC、LGO解算精度相差較大，在平差軟件中應(yīng)分別定權(quán)導(dǎo)入相應(yīng)的基線文件，合并后再進(jìn)行平差計(jì)算，數(shù)據(jù)解算流程如圖1所示:

圖1　數(shù)據(jù)解算流程圖

衛(wèi)星定位控制網(wǎng)最終各項(xiàng)精度指標(biāo)如2表所示，根據(jù)平差后的結(jié)果對(duì)GPS控制網(wǎng)做出精度評(píng)定。

地鐵衛(wèi)星定位控制網(wǎng)主要技術(shù)指標(biāo)　表2

3　工程應(yīng)用

3.1青島地鐵3號(hào)線GPS控制網(wǎng)測(cè)量及復(fù)測(cè)維護(hù)

青島地鐵3號(hào)線是山東省首條地鐵線路，GPS控制網(wǎng)于2010年建立，共32個(gè)點(diǎn)位，觀測(cè)時(shí)選取網(wǎng)中GPS001、GPS011、GPS015、GPS025、QD12和3個(gè)QDCORS起算點(diǎn)紅島站、青銀路站和小港站組成框架網(wǎng)進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間觀測(cè)。觀測(cè)網(wǎng)圖如圖2所示。

圖2　青島地鐵3號(hào)線GPS控制網(wǎng)圖

經(jīng)解算，所有合格的基線均通過重復(fù)基線、同步環(huán)和異步環(huán)檢驗(yàn)，選取網(wǎng)中合格的獨(dú)立基線，在WGS84坐標(biāo)系中，固定青銀路站的坐標(biāo)進(jìn)行三維無(wú)約束平差，基線向量改正數(shù)統(tǒng)計(jì)表如表3所示:

三維無(wú)約束平差基線向量改正數(shù)統(tǒng)計(jì)表　表3

二維約束平差前，在青島城市坐標(biāo)系下，對(duì)青銀路、紅島和小港基準(zhǔn)站進(jìn)行兼容性檢查分析，滿足要求后以這三個(gè)點(diǎn)作為二維約束平差的起算數(shù)據(jù)。二維平差后最弱點(diǎn)為SD10，x分量誤差0.14 cm，y分量誤差0.12 cm，點(diǎn)為中誤差 0.18 cm。最弱邊 GPS26-GPS27，邊長(zhǎng)840.559 m，邊長(zhǎng)誤差0.09 cm，相對(duì)中誤差1/918000。

在青島城市坐標(biāo)系下，將GPS約束平差后坐標(biāo)反算GPS邊長(zhǎng)與全站儀精密測(cè)距邊進(jìn)行比較，統(tǒng)計(jì)情況如表4所示。

GPS網(wǎng)中相鄰?fù)ㄒ曔吪c實(shí)測(cè)邊長(zhǎng)比較表　表4

通過上表的統(tǒng)計(jì)可以看出，統(tǒng)計(jì)的8條邊長(zhǎng)較差均小于限差，滿足相關(guān)規(guī)范要求。聯(lián)測(cè)了2個(gè)已有城市控制點(diǎn)，坐標(biāo)較差如表5所示，滿足規(guī)范要求的50 mm的限差要求。

GPS網(wǎng)中相鄰?fù)ㄒ曔吪c實(shí)測(cè)邊長(zhǎng)比較表　表5

青島地鐵3號(hào)線GPS控制網(wǎng)分別于2011年6月和和2012年11月進(jìn)行了復(fù)測(cè)，復(fù)測(cè)方案與技術(shù)路線與首期測(cè)量一致，仍以小港、青銀路和紅島站作為起算點(diǎn)。

第一次復(fù)測(cè)最終二維約束平差后最弱點(diǎn)的點(diǎn)位中誤差為1.3 mm，最弱邊的相對(duì)中誤差為1/1076000，滿足規(guī)范要求，聯(lián)測(cè)的已有城市控制點(diǎn)QD15坐標(biāo)較差如表6所示:

第一次復(fù)測(cè)與已有城市控制點(diǎn)聯(lián)測(cè)的坐標(biāo)較差　表6

與首期測(cè)量對(duì)比，第一次復(fù)測(cè)成果X坐標(biāo)較差最大值為-11.5 mm，Y坐標(biāo)較差最大值為10 mm，滿足《城市軌道交通工程測(cè)量規(guī)范》要求的25 mm限差要求。第二次復(fù)測(cè)各項(xiàng)指標(biāo)也均滿足規(guī)范要求，具體不再贅述。

3.2不同線路重合點(diǎn)成果的比較

目前青島市區(qū)布設(shè)的地鐵控制網(wǎng)主要有2010年4月布設(shè)的3號(hào)線控制網(wǎng)、2011年11月布設(shè)的2號(hào)線控制網(wǎng)以及2014年11月布設(shè)的1號(hào)線控制網(wǎng)，這三個(gè)控制網(wǎng)均采用QDCORS作為起算，三條線路共有14個(gè)重合點(diǎn)，如圖3所示。

圖3　青島市區(qū)地鐵GPS控制網(wǎng)圖

最近的一次復(fù)測(cè)成果對(duì)比如表7～表9所示:

地鐵1號(hào)線與2號(hào)線GPS重合點(diǎn)成果對(duì)比表　表7

點(diǎn)號(hào)　1號(hào)線成果　2號(hào)線成果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

地鐵1號(hào)線與3號(hào)線GPS重合點(diǎn)成果對(duì)比表　表8

地鐵2號(hào)線與3號(hào)線GPS重合點(diǎn)成果對(duì)比表　表9

從上表可以看出，雖然各條地鐵線路在不同時(shí)間建設(shè)，控制網(wǎng)測(cè)量時(shí)間也均不相同，但由于都采用穩(wěn)定可靠的QDCORS作為起算數(shù)據(jù)，使得各條線路重合點(diǎn)的平差結(jié)果基本相同，較差均在規(guī)范要求的25 mm限差之內(nèi)。

4　總 結(jié)

本文介紹了城市CORS系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與原理，用其作為地鐵控制網(wǎng)起算點(diǎn)的優(yōu)勢(shì)，根據(jù)該方法特點(diǎn)介紹了作業(yè)時(shí)的技術(shù)要點(diǎn)及數(shù)據(jù)處理過程。通過青島地鐵1號(hào)線、2號(hào)線以及3號(hào)線控制網(wǎng)解算的應(yīng)用實(shí)例說明了該方法的優(yōu)勢(shì)及不同線路數(shù)據(jù)成果的穩(wěn)定及相互兼容性。

從文中分析可以得出以下結(jié)論:

（1）由于無(wú)需建立專門的城市地鐵控制網(wǎng)及常年的維護(hù)，將CORS用于地鐵控制網(wǎng)解算可以節(jié)約建設(shè)成本。

（2）通過青島地鐵3號(hào)線GPS控制網(wǎng)的復(fù)測(cè)可以看出，將CORS用于地鐵控制網(wǎng)解算可以有效保證地鐵線路建設(shè)過程中首級(jí)控制網(wǎng)的穩(wěn)定性及可靠性。

（3）CORS用于地鐵控制網(wǎng)可以有效保證城市各條地鐵線路空間基準(zhǔn)的統(tǒng)一性，避免交叉線路控制點(diǎn)成果不一致帶來(lái)的施工矛盾。

［1］汪偉，史廷玉，張志全.CORS系統(tǒng)的應(yīng)用發(fā)展及展望［J］.城市勘測(cè)，2010（3）：45～47.

［2］柏銘.QDCORS網(wǎng)的精度分析與完備性研究［D］.青島：山東科技大學(xué)，2009.

［3］生仁軍.GPS載波相位定位中周跳探測(cè)方法的研究［D］.南京：東南大學(xué)，2006.

［4］戴吾蛟，丁曉利，朱建軍.GPS動(dòng)態(tài)變形測(cè)量中的多路徑效應(yīng)特征研究［J］.大地測(cè)量與地球動(dòng)力學(xué)，2008，28 （1）：65～71.

［5］張雙成，張鵬飛，范朋飛.GPS對(duì)流層改正模型的最新進(jìn)展及對(duì)比分析［J］.大地測(cè)量與地球動(dòng)力學(xué)，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，注冊(cè)測(cè)繪師，碩士，工程師，研究方向:精密工程測(cè)量和工業(yè)測(cè)量。