基于GPS的高铁CPⅡ平面控制网复测技术研究

陈耀辉　李晓敏　崔希民　袁德宝

(中国矿业大学(北京) 地球科学与测绘工程学院，北京　100083)



基于GPS的高铁CPⅡ平面控制网复测技术研究

陈耀辉李晓敏崔希民袁德宝

(中国矿业大学(北京) 地球科学与测绘工程学院，北京100083)

结合工程实例，介绍基于GPS的高铁CPⅡ平面控制网复测技术。

GPS高速铁路复测技术CPⅡ平面控制网

高速铁路是指时速大于250km的铁路，是中国乃至世界都争先发展的一种铁路模式。为了保证高速铁路的行车安全和乘客的舒适性，高速铁路在设计施工阶段对铁路的平顺性有很高的要求。因此，在设计施工阶段定期对CPⅡ平面控制网进行复测是施工的重点任务。

1　工程概况

京沈高速铁路北京段内某标段全长5.32km，9个CPⅡ平面控制点点位保存完好且沿线路分布。

2　GPS测量精度指标

该标段内存在3个CPⅠ控制点和9个CPⅡ控制点，为了保证复测精度，使用已知的CPⅠ控制点坐标进行二维约束平差。为了增强网形强度，JM0007也作为辅助点参与复测。

与原测相同，CPⅡ平面控制网采用GPS测量方法施测，根据规范要求，CPⅡ平面控制网的观测按照高铁三等标准实施。其中，外业GPS观测的技术要求按表1执行；观测数据的处理应满足表2要求。

表1　GPS测量作业技术要求

表2　GPS测量精度指标

3　CPⅡ平面控制网施测

CPⅡ控制网的复测是一个系统性的工程，有着一套完整的工作流程，具体的流程如图1 所示。首先根据已有资料编写设计书并上交审核，审核通过后制定具体的外业实施方案，在内业数据处理过程中若发现基线不合格或者复测坐标超限，应认真分析出现错误的原因并对某段或者全部重测，直至数据解算合格为止，最后撰写复测报告并上交。

图1　CPⅡ控制网复测流程

3.1准备工作与施测要求

(1)准备工作

每天观测前检查接收机，查看电量和内存是否充足，及时充电；

检查基座气泡是否完好，及时校正气泡；

携带记录纸、笔等必备物品。

(2)施测要求

测前测后均应需取天线高，量取天线高时应从3个方向(相差120°)分别量至测高片，读数至1mm，互差不大于2mm，取均值作为天线高。

记录时应如实记录开始观测时间、结束观测时间、记录人以及天线高等信息。

观测期间要保证GNSS接收机处于稳定状态，不得有其他人或物体移动接收机，若有特殊情况，应及时向调度员汇报。

观测过程中，应保证天线标志线指北。

禁止在GNSS接收机附近使用对讲机、手机等通讯工具，以免影响信号接收。

3.2CPⅡ平面控制网外业观测

本次GPS控制网外业数据采集使用8台天宝R8型GPS双频接收机，GPS接收机的静态定位标称精度优于±(5+1×10-6D)mm，且仪器具有专业部门颁发的鉴定证书，具备正常观测条件。此次CPⅡ控制网的布设采用GPS静态定位技术，共同步观测两个时段，每个时段2h，第一时段接收机安置于8个CPⅡ控制点上，由于第二时段点数较少且有一台接收机出现问题，使用了7台仪器观测。同步作业图形之间采用边联结的方式，确保该网的高精度和高可靠性，具体CPⅡ控制网图形如图2所示。

图2　CPⅡ平面控制网网形

外业观测时严格按《高速铁路工程测量规范》中控制网精度要求执行，并参照《全球定位系统(GPS)测量规范》要求，并根据调度员安排完成各测站的调度。

4　数据处理

该标段CPⅡ平面控制网采用徕卡公司生产的商业软件LGO7.0处理GPS基线，武汉大学生产的科傻GPS进行坐标转换。

首先，利用LGO7.0进行基线解算。其中，同一条边的不同时段解算值之差应该满足式(1)要求

(1)

并且由独立基线边组成的闭合环各分量闭合差应满足

而且还应该满足在基线解算过程中同一时段的卫星剔除率应不大于10%。经过LGO7.0的解算，该标段CPⅡ平面控制网复测过程中所有的观测基线均满足规范要求。

其次，使用科傻GPS处理经过LGO7.0解算的基线，处理基线总体上包括三维无约束平差和二维约束平差。三维无约束平差就是在WGS-84坐标系统下对接收机观测得到的三维基线向量整体平差，且无约束平差应该满足：VΔx≤3σ，VΔy≤3σ，VΔz≤3σ。这种平差方法不会引入使GPS网形产生尺度变化和方位变化的因素。之后，将CPⅠ10052和CPⅠ1008的平面坐标作为约束条件对CPⅡ平面控制网进行二维约束平差。在二维约束平差时应注意与设计一致，采用相同的投影方法：高斯投影；相同的椭球参数：CGCS2000。

经过以上操作之后，可以得到该标段内所有CPⅡ平面控制点在工程坐标下的的二维坐标(x，y)。复测得出的平面坐标应该与设计院提交的结果相比较，若满足规范要求，则采用原坐标。而规范要求点位坐标较差应满足不大于±15mm的要求。具体对比结果如表3所示。

从表3可以看出，CPⅡ1046、CPⅡ1050、CPⅡ1053这三个点的点位变化值大于10mm，有明显变化，其余6个点的点位坐标变化较小。该标段使用GPS复测的CPⅡ控制网平面控制点的点位变化满足规范要求，精度可以满足高速铁路CPⅡ平面控制网的需要。通过上述分析可知，各CPⅡ点点位稳定，坐标继续使用设计成果。

表3　CPⅡ平面坐标较差

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Research on the Technology of High-speed Rail’s Route Horizontal Control Network’s Repetition Survey in GPS

CHEN YaohuiLI XiaominCUI XiminYUAN Debao

2016-03-02

国家自然科学基金(51474217)

陈耀辉(1993—)，男，硕士研究生。

1672-7479(2016)04-0009-03

P258

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