鐵路客運專線GPS首級控制網復測設計要點

馮上朝

鐵路客運專線GPS首級施工控制網為全線施工總控制網,結構復雜、覆蓋面大,其精度和穩定程度對專線施工質量起決定作用;為保證質量,GPS首級控制網復測方案設計至關重要。

1 制定工作流程

由于復測工期短,測量任務大,因此必須制定嚴格的作業計劃,分配好時間,具體工作流程:1)編寫復測技術設計書;2)制訂復測實施方案;3)組織人員進場及儀器設備調度;4)交接樁和接收資料;5)GPS外業測量;6)內業處理;7)編寫復測成果報告。

2 坐標系選擇

復測的坐標系統與設計相同,即:平面坐標系統采用施工坐標系,形式為任意帶高斯投影平面直角坐標系,參考橢球為2000國家基本橢球。

3 外業實施方案

控制網復測前先應進行現場勘查,檢查標石的完好性及點位分布情況。CPⅠ控制網以CPⅠ點作為連接邊,采用邊連式構網,控制網以三角形或大地四邊形為基本圖形組成帶狀網,按GPS B級網的精度要求進行。最弱邊相對中誤差小于1/170 000,基線邊方向中誤差不大于1.3″,控制網構網方式見圖1。

為了保證相鄰標段正確銜接,復測時應與相鄰標段聯測兩個CPⅠ點作為雙方單位的共用樁點。

4 數據處理和平差方法

4.1 內業數據處理及精度評定

1)GPS網基線解算與網平差采用商業軟件。基線解算采用廣播星歷,按儀器制造商提供的軟件按靜態相對定位模式進行,網平差軟件采用行業認可度較高的后處理軟件進行平差處理。2)外業數據質量檢查和數據預處理。對GPS觀測數據異步環、重復基線進行計算檢核。及時進行觀測數據的處理和質量分析,檢查其是否符合規范和技術設計要求。當檢查發現觀測數據不能滿足要求時,應對成果進行全面分析,必要時應補測或重測。當各項要求符合標準后,進行GPS網的無約束平差。

4.2 內業數據平差計算方法

1)基線處理。GPS平面控制網采用GPS商業處理軟件進行基線解算和平差處理;基線處理時刪除觀測條件差的時段和觀測條件差的衛星不讓其參與平差。

2)CPⅠ控制網的平差。基線解算完成后,應在WGS-84橢球下進行CPⅠ控制網的無約束平差。對所需的基線解進行選擇,形成基線向量文件,即三維向量網平差所需要的基線向量,進行GPS三維向量網的無約束平差,作用是在WGS-84空間直角坐標系中進行三維向量網平差。平差時需要輸入一個點的三維坐標,并生成基線向量文件。

三維無約束平差后即可進行二維網聯合平差,一般選擇標段首尾和中部2個～3個CPⅠ的二維平面坐標作為已知起算點進行整網二維約束平差。CPⅠ約束平差前,應先進行起算點的穩定性檢驗。如取標段開始點CPⅠ的設計坐標、首尾點的設計方位為起算依據(固定一點一方向),將三維無約束平差成果轉換到高斯平面(與設計坐標系基準相同),首尾CPⅠ點的基線邊長較差相對精度滿足1/170 000,認為起算點的相對幾何關系正確,精度可靠后選取已知點作為約束平差的起算基準。

確定約束平差后,按照設計院投影分帶的設置,對CPⅠ坐標成果按不同投影帶進行投影變換,獲得各投影帶相應WGS-84橢球的高斯投影平面坐標。

5 評判方法及超限處理

根據CPⅠ復測網的異步環、重復基線差、坐標點位精度的統計,在確認CPⅠ復測網精度滿足B級GPS網要求的前提下,進行CPⅠ控制點復測坐標與原測坐標的比較,復測邊長與設計邊長的比較。當CPⅠ控制點的復測滿足X,Y坐標差值不大于±20 mm,基線邊長較差小于1/130 000時,認為設計單位所交CPⅠ控制點精度滿足規范要求,采用設計單位勘測成果。

當復測結果與設計單位提供的勘測成果不符時,必須重新復測。當確認設計單位勘測資料有誤或精度不符合規定要求時,應與設計單位協商對勘測成果進行改正。

6 結語

位置基準和方位基準的選擇、不同分帶間的坐標轉換、基線解算基準參考站的合理選擇是決定GPS控制網成果精度的重要因素。因此,進行鐵路客運專線GPS首級控制網復測方案設計時應慎重考慮。

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