基于精測網測量數據平差模式的比較

張秋波

(中鐵咨詢集團濟南設計院，山東濟南 250022)

隨著鐵路時速的一次次被刷新，鐵路基礎控制網作為高速鐵路重要基礎設施顯得越來越重要，2010年10月30日發布、2010年12月1日開始實施的鐵路工程測量規范，強調了控制測量在鐵路工程測量中的重要性，增加了平面控制測量和高程控制測量兩部分內容，將線路、橋梁、隧道有關控制測量的主要技術標準和要求等內容納入到平面和高程控制測量的內容中。鐵路工程測量的平面和高程控制網按施測階段、施測目的及功能，分為勘測控制網、施工控制網和運營維護控制網。為保證控制網的測量成果滿足鐵路工程勘測、施工、運營維護三階段的要求，適應鐵路工程建設和運營管理的需要，三階段的平面、高程控制測量必須采用統一的尺度和起算基準，即“三網合一”，確定了鐵路工程平面控制測量分級布網的布設原則。明確了鐵路工程平面、高程控制測量的精度等級應根據旅客列車設計行車速度進行確定的原則。而精測網的數據處理又直接關系到控制網的精度，作為測量技術人員掌握精測網的數據處理軟件顯得越發重要。

在工程的實際操作過程當中多采用GPS技術聯測控制網，它比常規方法具有如下優點:(1)網形構造簡單，點的疏密和邊的長短可靈活選取，離已知控制點較遠也可以連接，并進行控制網的定位和定向。另外，解決了點位之間無法通視的困難，選點靈活，同時還可以保證外業施測不受天氣影響。測設大型(長邊)方格網和通視條件特別困難時，尤其能夠顯示其優越性。(2)GPS方格網點位精度高、誤差分布均勻，不但能夠滿足規范要求而且具有較大的精度儲備。(3)采用點位中誤差作為方格網測量精度指標是可行的，比用相對中誤差表示精度指標更為合理。(4)采用GPS方法布設大地控制網，因其圖形強度系數高，能夠有效地提高點位趨近速度，網形優化比較方便。

1 軟件簡介

Trimble Geomatics Office(TGO)是Trimble公司編制的GPS后處理軟件，是基于Microsoft Windows多任務操作系統，可以進行GPS數據處理以及RTK數據處理。它可以處理所有Trimble GPS的原始測量數據和其他品牌的GPS數據(RINEX)，還有傳統光學儀器采集的數據以及激光測距儀的數據。整個軟件包由多個模塊構成，包括:數據通訊模塊、星歷預報模塊、基線處理模塊、動態計算模塊、坐標轉換模塊、網平差模塊、RTK測量數據處理模塊、DTMlink模塊、RoadLink模塊。在靜態測量中，常用的TGO的功能模塊有Convert to RINEX，Coordinate System Manager，Data Transfer，Planning等四個功能模塊。在控制網數據處理過程中主要用的兩個模塊是基線處理模塊和網平差模塊。

CosaGPS軟件是武漢測繪科技大學編寫的一套測量控制網通用數據處理軟件包。它不僅能完成任意測量控制網常規的平差解算和精度評定等工作，還提供了一些非常有用的輔助功能，如平面、高程網閉合差計算，貫通誤差影響值計算，網圖顯繪，疊置分析，手簿通訊和格式轉換等功能。該系統不同于其他現有控制網平差系統的最大特點是自動化程度高，通用性強，處理速度快，解算容量大。其自動化表現在通過和COSA子系統COSA－HC相配合，可以做到由外業數據采集、檢查，到內業概算、平差和成果報表輸出的自動化數據處理流程;其通用性表現在對控制網的網形、等級和網點編號沒有任何限制，可以處理任意結構的水準網和平面網，無須給出冗余的附加信息;解算速度快，解算容量大表現在采用稀疏矩陣壓縮存儲、網點優化排序和虛擬內存等技術。

2 測區和控制網概況

該新建鐵路位于山東省膠東半島與內陸地區咽喉地帶，呈南北向，線路全長約90.186 km。

精測網的布設按分級布網的原則分為:基礎控制網CPⅠ，線路控制網CPⅡ，高程控制四等水準網。CPⅠ控制點沿線路約4 km左右布設一個，共計27個;CPⅡ控制點沿線路走向布設，點間距400～600 m左右，共計194個;四等水準點與CPⅠ或CPⅡ點共用，沿線路走向布設，點間距約2 km左右，共計53個，樁點保存完好。本文以CPⅠ數據為依據進行比較。控制點分布如圖1所示。

圖1 控制點分布

2.1 TGO處理

(1)自由網平差(如表1)。

(2)約束平差(如表2)。

2.2 TGO+COSA處理

TGO+COSA處理的模式是先用TGO進行基線處理，然后利用COSA進行自由網平差和約束平差。

(1)自由網平差

表1 自由網平差 m

平差后坐標(X，Y，Z)如表3所示。

(2)約束平差

平差坐標(X，Y)如表4所示。

(3)結果比較

三維無約束平差:

當各項要求符合標準后，用靜態觀測的CPⅠ1016點三維空間坐標作為起算數據，進行GPS網的三維無約束平差。檢查GPS基線向量網本身的內符合精度，并剔除含有粗差的基線邊。經三維無約束平差計算后的精度統計如表5所示。

由CPⅠ控制網三維無約束平差精度統計數據可知:CPⅠ控制網的基線向量網自身的內符合精度高，基線向量沒有明顯系統誤差和粗差，基線向量網的質量是可靠的，在此基礎上可以進行二維約束平差。

二維約束平差:

二維約束平差時以P486、P549、BCBC、SJXB控制點的二維坐標成果，作為已知點對CPⅠ控制網進行整網約束平差(如表6所示)。

表2 約束平差 m

表3 自由網平差

表4 約束平差

表5 CPⅠ三維無約束平差精度統計

表6 CPⅠ二維約束平差精度統計

二維約束平差后，CPⅠ點間基線最弱邊精度為1/696 000萬，方向中誤差最大為0.33″，基線向量精度滿足《鐵路工程測量規范》(TB10101—2009)中四等最弱邊相對中誤差≤1/70 000、方向中誤差≤2.0″的精度要求。

3 結束語

在工程項目中，TGO+COSA處理模式得出的成果清晰明了，符合規范要求;既能充分利用TGO處理基線數據的穩定性，又能利用COSA處理數據的大容量高速度和成果自動生成的特點，減少了內業工作量。當然，在工程較小的情況下，可以單獨使用TGO進行精測網的平差處理，而較大的工程筆者推薦使用COSA+TGO的處理模式。

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