高速鐵路平面控制測量技術及GPS應用案例研究

徐得貴++鐘昌海++盧天乙

摘 要：近些年來客專高鐵的不斷涌現和發展，對高速鐵路安全、可靠和平順性提出了更高的要求，因此，對高速鐵路進行精密測量技術研究意義重大。本文首先分析了德國高速鐵路控制測量網的布設方案，進而結合我國國情提出了我國客專高鐵的控制測量的布設方案，并結合實例進行了分析，相信對從事相關工作的同行能有所裨益。

關鍵詞：測量 平面控制測量 實例 基線解算

中圖分類號：P228 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）03（b）-0041-02

為了保證高鐵工程施工放樣的精度，高鐵工程控制網采用分級布設的方式。基礎GPS網為了保證控制點的精度和穩定性，一般將GPS點打入到基巖內部，故又稱基巖GPS網。基礎GPS點由起算點和代表高鐵走向的GPS點構成，根據德國的經驗和我國某市高鐵示范性運營線的方法，GPS點的間隔為10～15 km。

基礎GPS網采用國家坐標系統或地方城市坐標系統，采用的起算點為國家坐標系統或地方城市坐標系統的控制點，因此，其約束平差也是在國家坐標系統或地方城市坐標系統進行，得到所有基巖點的國家坐標或地方城市坐標。采用斜軸圓柱投影時，將基巖GPS網的控制點通過投影計算，轉換到相應的斜軸圓柱投影平面上的平面坐標系統中，作為施工控制網的基礎。

1 高速鐵路精密控制測量技術

1.1 高速鐵路測量技術要求

高速鐵路軌道分為有砟軌道和無砟軌道。無砟軌道是以鋼筋混凝土或者瀝青混凝土道床取代了有砟軌道的散粒體道砟床的整體軌式結構。與有砟軌道相比無砟軌道具有良好的結構穩定性、連續性和平順性，良好的結構的耐久性和少維修性等特點，但無砟軌道對基礎要求比較高，一旦基礎變形下沉，修復比較困難，因此在測量精度方面要求比較高。為了適應高速鐵路高速行車的平順性和舒適性的要求，高速鐵路軌道必須具有較高的鋪設精度，甚至精度要保持到毫米級范圍內。同時，對于無砟軌道而言，軌道施工之后除了依靠扣減進行微量調整外基本不具備調整的可能性，這就要求為防止測量誤差的積累，提高測量精度的高速鐵路軌道控制網測量必須具備更嚴格的控制網標準。

1.2 德國高速鐵路控制測量網布設方案

德國的平面控制網共分為四級：PSO、PS1、PS2和PS4。德國的高速鐵路線路采用大地測量基準是以德國土地測量管理部門的ETRF89為基礎的DB_REF，采用七參數轉換到局部參考橢球體，使用3°高斯一克呂格投影將球面投影轉換到平面上。

（1）PS0是在聯測德國國家控制網點（網點的間距為30～50 km）的基礎上采用GPS大地測量方法測定的三維網絡，其控制點一般分布在線路交匯的范圍內，盡量保證能被多條線路應用，它構成了德國高速鐵路網的坐標框架；（2）PS1是在PS0的基礎上采用全站儀和水準的方法建立的大地測量三維網；（3）PS2建立在PS1和PS0基礎上，只是采用全站儀大地測量方法建立的平面控制網，其控制點以永久的控制點標準設立；（4）PS4則是根據需求設立的其他測量方式獲得的控制網；（5）德國的高程網只有一種PS3，其控制點只建立在適宜的大樓和建筑物處，是采用聯測國家水準點，建立的水準網。同時，對于上述維數少于三的控制網，需要用分米級精度標稱缺少的維數。

1.3 我國高速鐵路控制網布設方案

依據誤差分析理論和仿真試驗，借鑒德鐵的技術標準，并考慮我國的技術力，我國高速鐵路軌道測量平面控制網是建立在ITRF2000或者ITRF2OO5S框架下選用北京54或者西安80參考橢球體，通過地區的具體情況，選擇抵償帶坐標系統任意中央子午線系統、任意中央子午線的較窄寬度帶橫軸墨卡托或者斜軸墨卡托投影到平面上其一般共分為四級：第一級為結合第二級的基礎平面控制網（CPI），主要為測、施工、運營維護提供坐標基準；第三級為線路控制網（CPⅡ），主要為勘測和施工提供控制基準；第四級為基樁控制網（CPⅢ），為軌道鋪設和運營維護供控制基準。

1.4 高速鐵路控制測量中需要注意的若干問題

高速鐵路精密工程控制網布設方案；GPS控制網優化設計；各級控制網數據采集方法和預處理；基線解算及其質量控制；GPS網三維無約束平差，質量控制，內符合精度的評定；起算數據檢查和計算基準的選擇；GPS網三維約束平差，質量控制，外符合精度評定；二等水準精度評定和GPS水準方法研究。

2 勘測設計階段控制測量工程概況

為滿足某段高速鐵路客運專線無砟軌道施工、運營以及后期復測和維護需要，保證高速鐵路運營的高平順性，按照分級布網、逐級控制的原則，在該段鐵路客運專線全線建立高精度的平面和高程控制網。下面主要針對嚴格按照技術規范獲取的某高速鐵路控制測量數據進行處理分析，研究高速鐵路精密控制網測量的方法和技術。

2.1 己有測量成果

該段勘測設計工作開始，既有工程控制測量數據資料情況如下。

（1）國家A、B級GPS點7個，間隔為50 km左右，各點基本與既有一等水準路線公用，但其坐標框架不統一，GS43、GTIO、GS51、HDOI是ITRF93參考框架下的，其余三個為0016、0017和1169都是ITRF97參考框架下的；（2）國家三角點9個，其中國家工等三角點兩個：9014和9055；國家11等三角點七個，分別為：9012、9013、9056、9023、9003、9004和9021；（3）測技中心布設GPS點2個，分別為：JSGPS125，JSGPS126。

2.2 施工坐標系選擇

在觀測過程中，聯測上述點，進行基準網的測設。由于觀測條件限制，HD01采用了偏心觀測，經過兼容性分析，參考框架JTRF93：GS43、GT10、GS51、HD01四點與參考框架JTRF97：0016、0017、1169三點兼容性較差，最終處理方案為：全線約束國家GPS點四個，分別為：WGS-84橢球、參考框架ITRF97：0016、0017、1169和參考框架ITRF93：HD01。并且對HD01進行了框架改化。endprint

2.3 己有測量成果的評價和利用

本線在勘測設計階段己經充分考慮了投影變形的影響，因此本次精密控制測量的坐標系統可以利用原勘測階段的坐標系統參數。但是由于采用框架不同，原來定測采用的是97框架，所以原有設計資料可能會修改。既有工程控制網坐標系統設計參照依據為《高速鐵路測量暫行規定》相關要求，在精度等級、分布密度、規格和埋深都與無碴軌道施工控制網要求存在較大差距，不能滿足無碴軌道鋪設技術要求，需在全段建立滿足無碴軌道鋪設要求的精密工程控制網。本段聯測的國家三角點兼容性差。因此應重新建立B級GPS框架網—— 基準網，以便作為后續精測網的起算約束點。但是要與原有約束點進行聯測，以確保新建精測網資料與既有勘測設計資料保持一致。

3 高速鐵路測量平面控制網處理實例分析

3.1 基準網基線解算

（1）基準網網中的GPS基線向量采用精密星歷和精密基線解算軟件Gamit進行平差計算，其解算的精密基線的同步環閉合差嚴格為0。（2）GPS的基線解算質量主要通過重復邊和異步環閉合差檢核。（3）基準網嚴格按照技術要求進行觀測，在內業數據處理時，分三種方式進行基線向量解算。

①24小時作為一個時段，整體計算。

②將24小時分成兩個時段，每個時段16個小時，中間重復4小時。

③24小時分成四個時段，每個時段6小時。

經過對比分析，三種方法計算結果差值均小于10 mm，最終成果采用將24小時分成兩個時段的計算結果。由于兩種約束網平差坐標成果之間存在較大差異。點位空間三維坐標分量差值最大達到9 mm，基線長度差值最大達到5 mm。這一差異主要由雙方選用坐標位置基準和約束平差方法的不同而產生的。為了保證該段精密工程控制測量的CPO控制網坐標基準的統一，采用精測網評估驗收專家組建議該段鐵路客運專線工程CPO控制網坐標采用評估驗收專家組計算的CPO約束網平差計算的坐標成果統一平差。

3.2 CPⅠ和CPⅡ基線解算

該段高速鐵路CPⅠ和CPⅡ均是采用GPS靜態差分技術，按照相關規范布設的。限于精度要求，它們一般選用Leica或者trimble雙頻GPS接收機來采集數據。數據采集完成后，經預處理沒有任何問題后，將所有原始觀測文件（trimble數據需轉化為rinex數據）輸入商用軟件LGO，再對點號、天線量高方式、天線高復核后進行基線解算基線解算前，考慮以最佳的方式構網。數據采集過程一般采用四臺GPS在各自的測站上，同時觀測相應的時間，便完成一個時段測量；然后，以邊連的方式，其中兩臺不搬站，另外兩臺儀器翻滾推進或者四臺儀器分兩組共同推進，準備進行下一個測段。其中翻滾推進方式的兩個處于不搬站的儀器應改變儀器高。

其中A、B、C、D為同步觀測的四臺接收機。CPⅠ和CPⅡ在LGO軟件的構網方式一般采用由三條同時段采集的基線和另一時段公用邊基線構成異步環，各異步閉合環采用邊連式連接，逐環構網。在聯測基準網時，有可能采用三臺儀器觀測，此時也應用邊連式連接其它異步環。CPI和CPⅡ構網的唯一不同點只是CPI觀測了兩個時段，要進行兩次異步環的連接。

WGS-84坐標系下基線解算設置一般采用軟件系統推薦的系統缺省值，均解算出整周未知數，同時存儲基線結果，并將異步環數據導出為.asc格式ASCⅡ碼基線文件。然后把.asc格式文件導入軟件依次進行閉合環差計算，無約束平差、建立相應的坐標系，輸入已知點坐標進行約束平差。

3.3 CPI和CPⅡ精度分析

（1）CPⅠ和CPⅡ重復獨立基線和異步閉合環誤差統計該段高速鐵路數據處理過程中，CPI共取獨立基線178條，獨立重復基線共38條，其中較差最大的為5 mm，為22 mm，為7 mm，為8 mm；重復基線均小于限差。

CPI和CPⅡ均形成獨立三、四邊雙基線異步環。CPI獨立環閉合差分量及閉合差最大的為11 mm，為12 mm，為11 mm，w為16mm；CPⅡ取獨立基線后，獨立基線共569條，獨立閉合環閉合差分量及閉合差最大的為11 mm，為14 mm，為13 mm，w為33 mm，均符合限差要求。

（2）不同等級GPS網部分同、異步閉合環限差分析。

對CPI、CPⅡ和D級分別建立同、異步閉合環，在軟件tgppsw中進行最小獨立閉合環的解算。然后從各級控制網中所有同、異步環中任意選取構網相同的對應閉合環，進行同、異步環閉合差分量及閉合差統計分析。計算閉合環精度可以得出，。

CPI同步環與異步環閉合精度和閉合差相當，而CPⅡ和D級網主體上異步環大于同步環閉合精度和閉合差，也就是說當同步環滿足限差的時候，異步環不一定能滿足，建立異步環閉合環在精度控制方面優于同步環閉合環。這種優勢在所構建閉合環CPⅡl99-CPIO51-CPⅡZOO-CPⅡl98-CPⅡl99中體現得比較明顯。建議在CPI數據處理時，同時構建同、異步環進行對網閉合差的檢核，以保證原始數據的可靠性。而對于CPⅡ和D級網，在數據處理過程中，可只構建異步環對閉合環的檢核。

3.4 平差計算精度分析

（1）無約束平差及精度分析。

復測基線及異步環滿足要求后，繼續在測量軟件tgppsw中進行無約束網平差計算。對觀測值標準差、后驗中誤差、殘差和點位精度進行統計分析。剔除粗差和明顯的系統誤差，同時考察網的內符合精度，從網平差報告和上述分析看，CPI無約束平差基線向量改正數最大為3.6 mm，為10.6 mm，業為14.9 mm，點位標準差基本在2.2～8.8 mm范圍內波動，大地坐標經緯度RMS主要分布在0～4.5 mm，高程RMS主要分布在0～10 mm，平面精度控制在0～6 mm以內，高程精度控制在0～11 mm以內；而CPH無約束平差基線向量改正數最大為19.7 mm，為13.1 mm，為7.6mm，點位標準差基本在2.5～10 mm范圍內波動，大地坐標經緯度RMS主要分布在0～4.9 mm內，高程RMS主要分布在0～10 mm平面精度控制在0～6 mm以內，高程精度控制在0～13 mm以內。其上指標均嚴格符合限差要求，說明基線向量網內符合精度很高，基線向量網的質量十分可靠。

（2）約束平差。

①不同參考框架下約束平差對CPI和CPⅡ精度分析。

比較CPI和CPⅡ在GPS2000和2005框架下的平差結果，計算表明，兩種坐標數據間存在幾乎固定的相對差值：，固定差值浮動只在1mm范圍內。選用中央經線114.1度進行不同控制網的約束平差，比較兩種參考框架下的坐標，同樣可以得到上述結論。因此，常規GPS測量中，選用 GPS2000或2005框架進行約束平差都能滿足相應工程要求。而對于高速鐵路控制網高精度要求而言，最好選用高分辨率和高精度的GPS2005坐標參考框架。

②最終約束平差結果分析。

CPI起算點選用基準網控制點的成果，采用任意帶高斯正形投影抵償坐標系在軟件上整體平差，點位中誤差最大為 3.1 mm，最大為2.9 mm，均小于±10 mm的限差，滿足規范要求。基線邊方向中誤差最大為0.63″，小于1.3″的限差，滿足規范要求。相鄰點相對點位中誤差最大為 3.60 mm，小于（8+D*lppm）的限差。最弱邊相對中誤差最大為均嚴格小于1/170000的限差，滿足規范要求。

CPⅡ起算點選用CPI控制點的成果，同樣分別用兩種任意帶高斯正形投影抵償帶在WGS-84坐標系應用軟件上整體平差，點位中誤差最大為2.9 mm，最大為 2.6 mm，均小于±15 mm的限差，滿足規范要求。基線邊方向中誤差最大為1.05±，小于1.7±的限差，滿足規范要求。相鄰點相對點位中誤差最大為4.50 mm，小于14 m的限差。其相對中誤差數量級均為10-7，滿足規范要求。

參考文獻

[1] 金時華.多面函數擬合法轉換GPS高程[J]測繪與空間地理信息，2005（6）.

[2] 李鵬，沈正康，王敏.IGS精密星歷的誤差分析[J]大地測量與地球動力學，2006（3）.

[3] 蔡士毅，李博峰，石德斌，劉成，沈云中.無碴軌道高速鐵路精密測量數據處理[J]大地測量與地球動力學，2008，（1）.endprint

2.3 己有測量成果的評價和利用

本線在勘測設計階段己經充分考慮了投影變形的影響，因此本次精密控制測量的坐標系統可以利用原勘測階段的坐標系統參數。但是由于采用框架不同，原來定測采用的是97框架，所以原有設計資料可能會修改。既有工程控制網坐標系統設計參照依據為《高速鐵路測量暫行規定》相關要求，在精度等級、分布密度、規格和埋深都與無碴軌道施工控制網要求存在較大差距，不能滿足無碴軌道鋪設技術要求，需在全段建立滿足無碴軌道鋪設要求的精密工程控制網。本段聯測的國家三角點兼容性差。因此應重新建立B級GPS框架網—— 基準網，以便作為后續精測網的起算約束點。但是要與原有約束點進行聯測，以確保新建精測網資料與既有勘測設計資料保持一致。

3 高速鐵路測量平面控制網處理實例分析

3.1 基準網基線解算

（1）基準網網中的GPS基線向量采用精密星歷和精密基線解算軟件Gamit進行平差計算，其解算的精密基線的同步環閉合差嚴格為0。（2）GPS的基線解算質量主要通過重復邊和異步環閉合差檢核。（3）基準網嚴格按照技術要求進行觀測，在內業數據處理時，分三種方式進行基線向量解算。

①24小時作為一個時段，整體計算。

②將24小時分成兩個時段，每個時段16個小時，中間重復4小時。

③24小時分成四個時段，每個時段6小時。

經過對比分析，三種方法計算結果差值均小于10 mm，最終成果采用將24小時分成兩個時段的計算結果。由于兩種約束網平差坐標成果之間存在較大差異。點位空間三維坐標分量差值最大達到9 mm，基線長度差值最大達到5 mm。這一差異主要由雙方選用坐標位置基準和約束平差方法的不同而產生的。為了保證該段精密工程控制測量的CPO控制網坐標基準的統一，采用精測網評估驗收專家組建議該段鐵路客運專線工程CPO控制網坐標采用評估驗收專家組計算的CPO約束網平差計算的坐標成果統一平差。

3.2 CPⅠ和CPⅡ基線解算

該段高速鐵路CPⅠ和CPⅡ均是采用GPS靜態差分技術，按照相關規范布設的。限于精度要求，它們一般選用Leica或者trimble雙頻GPS接收機來采集數據。數據采集完成后，經預處理沒有任何問題后，將所有原始觀測文件（trimble數據需轉化為rinex數據）輸入商用軟件LGO，再對點號、天線量高方式、天線高復核后進行基線解算基線解算前，考慮以最佳的方式構網。數據采集過程一般采用四臺GPS在各自的測站上，同時觀測相應的時間，便完成一個時段測量；然后，以邊連的方式，其中兩臺不搬站，另外兩臺儀器翻滾推進或者四臺儀器分兩組共同推進，準備進行下一個測段。其中翻滾推進方式的兩個處于不搬站的儀器應改變儀器高。

其中A、B、C、D為同步觀測的四臺接收機。CPⅠ和CPⅡ在LGO軟件的構網方式一般采用由三條同時段采集的基線和另一時段公用邊基線構成異步環，各異步閉合環采用邊連式連接，逐環構網。在聯測基準網時，有可能采用三臺儀器觀測，此時也應用邊連式連接其它異步環。CPI和CPⅡ構網的唯一不同點只是CPI觀測了兩個時段，要進行兩次異步環的連接。

WGS-84坐標系下基線解算設置一般采用軟件系統推薦的系統缺省值，均解算出整周未知數，同時存儲基線結果，并將異步環數據導出為.asc格式ASCⅡ碼基線文件。然后把.asc格式文件導入軟件依次進行閉合環差計算，無約束平差、建立相應的坐標系，輸入已知點坐標進行約束平差。

3.3 CPI和CPⅡ精度分析

（1）CPⅠ和CPⅡ重復獨立基線和異步閉合環誤差統計該段高速鐵路數據處理過程中，CPI共取獨立基線178條，獨立重復基線共38條，其中較差最大的為5 mm，為22 mm，為7 mm，為8 mm；重復基線均小于限差。

CPI和CPⅡ均形成獨立三、四邊雙基線異步環。CPI獨立環閉合差分量及閉合差最大的為11 mm，為12 mm，為11 mm，w為16mm；CPⅡ取獨立基線后，獨立基線共569條，獨立閉合環閉合差分量及閉合差最大的為11 mm，為14 mm，為13 mm，w為33 mm，均符合限差要求。

（2）不同等級GPS網部分同、異步閉合環限差分析。

對CPI、CPⅡ和D級分別建立同、異步閉合環，在軟件tgppsw中進行最小獨立閉合環的解算。然后從各級控制網中所有同、異步環中任意選取構網相同的對應閉合環，進行同、異步環閉合差分量及閉合差統計分析。計算閉合環精度可以得出，。

CPI同步環與異步環閉合精度和閉合差相當，而CPⅡ和D級網主體上異步環大于同步環閉合精度和閉合差，也就是說當同步環滿足限差的時候，異步環不一定能滿足，建立異步環閉合環在精度控制方面優于同步環閉合環。這種優勢在所構建閉合環CPⅡl99-CPIO51-CPⅡZOO-CPⅡl98-CPⅡl99中體現得比較明顯。建議在CPI數據處理時，同時構建同、異步環進行對網閉合差的檢核，以保證原始數據的可靠性。而對于CPⅡ和D級網，在數據處理過程中，可只構建異步環對閉合環的檢核。

3.4 平差計算精度分析

（1）無約束平差及精度分析。

復測基線及異步環滿足要求后，繼續在測量軟件tgppsw中進行無約束網平差計算。對觀測值標準差、后驗中誤差、殘差和點位精度進行統計分析。剔除粗差和明顯的系統誤差，同時考察網的內符合精度，從網平差報告和上述分析看，CPI無約束平差基線向量改正數最大為3.6 mm，為10.6 mm，業為14.9 mm，點位標準差基本在2.2～8.8 mm范圍內波動，大地坐標經緯度RMS主要分布在0～4.5 mm，高程RMS主要分布在0～10 mm，平面精度控制在0～6 mm以內，高程精度控制在0～11 mm以內；而CPH無約束平差基線向量改正數最大為19.7 mm，為13.1 mm，為7.6mm，點位標準差基本在2.5～10 mm范圍內波動，大地坐標經緯度RMS主要分布在0～4.9 mm內，高程RMS主要分布在0～10 mm平面精度控制在0～6 mm以內，高程精度控制在0～13 mm以內。其上指標均嚴格符合限差要求，說明基線向量網內符合精度很高，基線向量網的質量十分可靠。

（2）約束平差。

①不同參考框架下約束平差對CPI和CPⅡ精度分析。

比較CPI和CPⅡ在GPS2000和2005框架下的平差結果，計算表明，兩種坐標數據間存在幾乎固定的相對差值：，固定差值浮動只在1mm范圍內。選用中央經線114.1度進行不同控制網的約束平差，比較兩種參考框架下的坐標，同樣可以得到上述結論。因此，常規GPS測量中，選用 GPS2000或2005框架進行約束平差都能滿足相應工程要求。而對于高速鐵路控制網高精度要求而言，最好選用高分辨率和高精度的GPS2005坐標參考框架。

②最終約束平差結果分析。

CPI起算點選用基準網控制點的成果，采用任意帶高斯正形投影抵償坐標系在軟件上整體平差，點位中誤差最大為 3.1 mm，最大為2.9 mm，均小于±10 mm的限差，滿足規范要求。基線邊方向中誤差最大為0.63″，小于1.3″的限差，滿足規范要求。相鄰點相對點位中誤差最大為 3.60 mm，小于（8+D*lppm）的限差。最弱邊相對中誤差最大為均嚴格小于1/170000的限差，滿足規范要求。

CPⅡ起算點選用CPI控制點的成果，同樣分別用兩種任意帶高斯正形投影抵償帶在WGS-84坐標系應用軟件上整體平差，點位中誤差最大為2.9 mm，最大為 2.6 mm，均小于±15 mm的限差，滿足規范要求。基線邊方向中誤差最大為1.05±，小于1.7±的限差，滿足規范要求。相鄰點相對點位中誤差最大為4.50 mm，小于14 m的限差。其相對中誤差數量級均為10-7，滿足規范要求。

參考文獻

[1] 金時華.多面函數擬合法轉換GPS高程[J]測繪與空間地理信息，2005（6）.

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[3] 蔡士毅，李博峰，石德斌，劉成，沈云中.無碴軌道高速鐵路精密測量數據處理[J]大地測量與地球動力學，2008，（1）.endprint

2.3 己有測量成果的評價和利用

本線在勘測設計階段己經充分考慮了投影變形的影響，因此本次精密控制測量的坐標系統可以利用原勘測階段的坐標系統參數。但是由于采用框架不同，原來定測采用的是97框架，所以原有設計資料可能會修改。既有工程控制網坐標系統設計參照依據為《高速鐵路測量暫行規定》相關要求，在精度等級、分布密度、規格和埋深都與無碴軌道施工控制網要求存在較大差距，不能滿足無碴軌道鋪設技術要求，需在全段建立滿足無碴軌道鋪設要求的精密工程控制網。本段聯測的國家三角點兼容性差。因此應重新建立B級GPS框架網—— 基準網，以便作為后續精測網的起算約束點。但是要與原有約束點進行聯測，以確保新建精測網資料與既有勘測設計資料保持一致。

3 高速鐵路測量平面控制網處理實例分析

3.1 基準網基線解算

（1）基準網網中的GPS基線向量采用精密星歷和精密基線解算軟件Gamit進行平差計算，其解算的精密基線的同步環閉合差嚴格為0。（2）GPS的基線解算質量主要通過重復邊和異步環閉合差檢核。（3）基準網嚴格按照技術要求進行觀測，在內業數據處理時，分三種方式進行基線向量解算。

①24小時作為一個時段，整體計算。

②將24小時分成兩個時段，每個時段16個小時，中間重復4小時。

③24小時分成四個時段，每個時段6小時。

經過對比分析，三種方法計算結果差值均小于10 mm，最終成果采用將24小時分成兩個時段的計算結果。由于兩種約束網平差坐標成果之間存在較大差異。點位空間三維坐標分量差值最大達到9 mm，基線長度差值最大達到5 mm。這一差異主要由雙方選用坐標位置基準和約束平差方法的不同而產生的。為了保證該段精密工程控制測量的CPO控制網坐標基準的統一，采用精測網評估驗收專家組建議該段鐵路客運專線工程CPO控制網坐標采用評估驗收專家組計算的CPO約束網平差計算的坐標成果統一平差。

3.2 CPⅠ和CPⅡ基線解算

該段高速鐵路CPⅠ和CPⅡ均是采用GPS靜態差分技術，按照相關規范布設的。限于精度要求，它們一般選用Leica或者trimble雙頻GPS接收機來采集數據。數據采集完成后，經預處理沒有任何問題后，將所有原始觀測文件（trimble數據需轉化為rinex數據）輸入商用軟件LGO，再對點號、天線量高方式、天線高復核后進行基線解算基線解算前，考慮以最佳的方式構網。數據采集過程一般采用四臺GPS在各自的測站上，同時觀測相應的時間，便完成一個時段測量；然后，以邊連的方式，其中兩臺不搬站，另外兩臺儀器翻滾推進或者四臺儀器分兩組共同推進，準備進行下一個測段。其中翻滾推進方式的兩個處于不搬站的儀器應改變儀器高。

其中A、B、C、D為同步觀測的四臺接收機。CPⅠ和CPⅡ在LGO軟件的構網方式一般采用由三條同時段采集的基線和另一時段公用邊基線構成異步環，各異步閉合環采用邊連式連接，逐環構網。在聯測基準網時，有可能采用三臺儀器觀測，此時也應用邊連式連接其它異步環。CPI和CPⅡ構網的唯一不同點只是CPI觀測了兩個時段，要進行兩次異步環的連接。

WGS-84坐標系下基線解算設置一般采用軟件系統推薦的系統缺省值，均解算出整周未知數，同時存儲基線結果，并將異步環數據導出為.asc格式ASCⅡ碼基線文件。然后把.asc格式文件導入軟件依次進行閉合環差計算，無約束平差、建立相應的坐標系，輸入已知點坐標進行約束平差。

3.3 CPI和CPⅡ精度分析

（1）CPⅠ和CPⅡ重復獨立基線和異步閉合環誤差統計該段高速鐵路數據處理過程中，CPI共取獨立基線178條，獨立重復基線共38條，其中較差最大的為5 mm，為22 mm，為7 mm，為8 mm；重復基線均小于限差。

CPI和CPⅡ均形成獨立三、四邊雙基線異步環。CPI獨立環閉合差分量及閉合差最大的為11 mm，為12 mm，為11 mm，w為16mm；CPⅡ取獨立基線后，獨立基線共569條，獨立閉合環閉合差分量及閉合差最大的為11 mm，為14 mm，為13 mm，w為33 mm，均符合限差要求。

（2）不同等級GPS網部分同、異步閉合環限差分析。

對CPI、CPⅡ和D級分別建立同、異步閉合環，在軟件tgppsw中進行最小獨立閉合環的解算。然后從各級控制網中所有同、異步環中任意選取構網相同的對應閉合環，進行同、異步環閉合差分量及閉合差統計分析。計算閉合環精度可以得出，。

CPI同步環與異步環閉合精度和閉合差相當，而CPⅡ和D級網主體上異步環大于同步環閉合精度和閉合差，也就是說當同步環滿足限差的時候，異步環不一定能滿足，建立異步環閉合環在精度控制方面優于同步環閉合環。這種優勢在所構建閉合環CPⅡl99-CPIO51-CPⅡZOO-CPⅡl98-CPⅡl99中體現得比較明顯。建議在CPI數據處理時，同時構建同、異步環進行對網閉合差的檢核，以保證原始數據的可靠性。而對于CPⅡ和D級網，在數據處理過程中，可只構建異步環對閉合環的檢核。

3.4 平差計算精度分析

（1）無約束平差及精度分析。

復測基線及異步環滿足要求后，繼續在測量軟件tgppsw中進行無約束網平差計算。對觀測值標準差、后驗中誤差、殘差和點位精度進行統計分析。剔除粗差和明顯的系統誤差，同時考察網的內符合精度，從網平差報告和上述分析看，CPI無約束平差基線向量改正數最大為3.6 mm，為10.6 mm，業為14.9 mm，點位標準差基本在2.2～8.8 mm范圍內波動，大地坐標經緯度RMS主要分布在0～4.5 mm，高程RMS主要分布在0～10 mm，平面精度控制在0～6 mm以內，高程精度控制在0～11 mm以內；而CPH無約束平差基線向量改正數最大為19.7 mm，為13.1 mm，為7.6mm，點位標準差基本在2.5～10 mm范圍內波動，大地坐標經緯度RMS主要分布在0～4.9 mm內，高程RMS主要分布在0～10 mm平面精度控制在0～6 mm以內，高程精度控制在0～13 mm以內。其上指標均嚴格符合限差要求，說明基線向量網內符合精度很高，基線向量網的質量十分可靠。

（2）約束平差。

①不同參考框架下約束平差對CPI和CPⅡ精度分析。

比較CPI和CPⅡ在GPS2000和2005框架下的平差結果，計算表明，兩種坐標數據間存在幾乎固定的相對差值：，固定差值浮動只在1mm范圍內。選用中央經線114.1度進行不同控制網的約束平差，比較兩種參考框架下的坐標，同樣可以得到上述結論。因此，常規GPS測量中，選用 GPS2000或2005框架進行約束平差都能滿足相應工程要求。而對于高速鐵路控制網高精度要求而言，最好選用高分辨率和高精度的GPS2005坐標參考框架。

②最終約束平差結果分析。

CPI起算點選用基準網控制點的成果，采用任意帶高斯正形投影抵償坐標系在軟件上整體平差，點位中誤差最大為 3.1 mm，最大為2.9 mm，均小于±10 mm的限差，滿足規范要求。基線邊方向中誤差最大為0.63″，小于1.3″的限差，滿足規范要求。相鄰點相對點位中誤差最大為 3.60 mm，小于（8+D*lppm）的限差。最弱邊相對中誤差最大為均嚴格小于1/170000的限差，滿足規范要求。

CPⅡ起算點選用CPI控制點的成果，同樣分別用兩種任意帶高斯正形投影抵償帶在WGS-84坐標系應用軟件上整體平差，點位中誤差最大為2.9 mm，最大為 2.6 mm，均小于±15 mm的限差，滿足規范要求。基線邊方向中誤差最大為1.05±，小于1.7±的限差，滿足規范要求。相鄰點相對點位中誤差最大為4.50 mm，小于14 m的限差。其相對中誤差數量級均為10-7，滿足規范要求。

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