基于GAMIT/CosaGPS在臺州市域鐵路S1線控制網測量中的應用

關祥宏

（中鐵第四勘察設計院集團有限公司，湖北 武漢 430063）

0.引言

浙江省臺州市域鐵路S1線工程設計為南北走向，線路總長度為105.4公里，一共設置了29個車站，其中臺州中心站為換乘站，車站平均間隔4公里；S1線建成以后，將臺州市內新城、椒江、路橋和溫嶺等多個區域連接起來，成為臺州市重要的南北交通線。

在高精度GNSS測量數據處理領域中，GAMIT/GLOBK軟件非常著名，其解算靜態基線精度十分高，特別是長基線的精度可以達到10-9級別。GAMIT處理模式為雙差觀測量，采用最小二乘算法進行參數估計，其優點是可以完全消除衛星鐘差和接收機鐘差的影響，同時也可以明顯減弱諸如軌道誤差、大氣折射誤差等系統性誤差的影響。

為了滿足工程測量單位對GNSS數據處理的要求，在分析研究GNSS數據處理理論的基礎上，武漢大學研制了自主版權的CosaGPS軟件系統，該軟件具有如下特點：（1）功能全面，符合多種規范要求；（2）整體性好，輸出成果內容全；（3）解算容量大，運算速度快；（4）操作簡明，使用方便。特別適合國內的工程控制網平差成果輸出。CosaGPS是一款應用于Windows系統上的GNSS測量數據后處理軟件包，其不支持直接基線解算，而是通過網平差處理獲得符合國內規范的結果，可以直觀地查看基線重復率、同步環、異步環是合格。

本文通過在臺州市域鐵路S1線土建十三工區施工階段的控制網測量采用GAMIT軟件解算基線和CosaGPS軟件進行網平差[1,2]，仔細說明了數據處理過程已經結果分析，探索在實際工程建設中GAMIT+CosaGPS的應用效果。

1.數據采集與處理

1.1 數據采集過程

本次外業觀測收集CPI和CPII控制點共計6個，點號 為S1PI036、S1PI037、S1PI038、S1PI039、S1PI040 和S1PII039，待求加密點編號分別為JM13-01、JM13-02、JM13-03B、JM13-05、JM13-06和JM13-07。參照國家行業標準文件《高速鐵路工程測量規范》（TB10601-2009），觀測采取高速鐵路三等GNSS控制測量要求，使用5臺拓普康TPSCR.G5接收機進行兩個觀測時段作業，每個時段1小時。

（如圖1所示），星歷預報軟件Trimble Planning可見衛星數，UTC時間上午7至10點衛星信號質量不好，可見衛星數低于4顆，DOP值大于5，因此靜態觀測時避開此時間窗口。（如圖2所示），實際外業觀測網型、周邊環境以及測點埋設方式，天線高量取方法采用斜高，外業觀測記錄日志文件。

圖1 星歷預報可見衛星數

圖2 觀測網型、周邊環境以及測點埋設方式

圖3 GNSS觀測數據預處理流程圖

1.2 數據預處理

數據采集使用拓普康接收機，靜態觀測產生原始數據格式.TPS，因此在數據處理前需要進行格式轉換，之后采用TEQC軟件進行質量檢測，（如圖3所示）GNSS數據預處理流程[3,4,5]。

TEQC（Translation，Editing and Quality Checking）是功能強大且簡單易用的GNSS數據預處理軟件，是由UNAVCO Facility（美國衛星導航系統與地殼形變觀測研究大學聯合體）研制的為地學研究GNSS監測站數據管理服務的公開免費軟件，主要功能有格式轉換、編輯和質量檢核。格式轉換功能可將許多不同廠家的GNSS接收機觀測原始文件轉換為RINEX文件；編輯功能可用于RINEX文件字頭塊部分，也可進行數據文件的任意切割與合并、觀測值類型的刪減、衛星系統的選擇及特定衛星的禁用；質量檢核可反映出GNSS數據的電離層延遲、多路徑影響、接收機周跳、衛星信號信噪比等信息，并實現了可視化。

利用TEQC進行質量檢測，會生成一個統計S文件，其中包含重要的結果信息。多路徑效應對偽距和載波觀測數據的影響指標為MP1、MP2，兩者數值均不能超過0.5m，否則表示觀測數據中多路徑效應過大，數據質量較差。o/slps反映原始觀測數據中包含周跳的多少，其數值越大表示周跳越少，若小于1000則表示存在明顯周跳影響。如表1所示，檢測統計結果觀測數據總體質量較好，可以進行定位解算。

表1 觀測數據平均質量

2.數據解算

本文數據處理使用GAMIT/GLOBK 10.61[6]版本，處理策略（如表2所示）。GAMIT解算的策略文件sestal.中Choice of Observable設置為LC＿AUTCLN；Choice of Experiment設置為BASELINE；基線解算加入月球歷表（luntab.）、太陽歷表（soltab.）、章動表（nuttab.）、地球自轉表（UT1.）、海洋潮汐（grid.oct）、對流層延遲（vmf1.grd）、閏秒（leap.sec）、天線相位中心改正。以此，最大程度地修正日、月潮引力極潮（pole tide）、固體潮（solid tide）及海潮（ocean tide）對觀測GPS站點造成的影響。另外，解算過程中進行衛星軌道模型、大氣壓模型、水汽分布模型、多路徑效應、天線相位中心等等改正。解算的控制點進行緊約束（0.03m，0.03m，0.05m），其他測站點采用松約束（30m，30m，30m）。

表2 GAMIT10.61長基線解算策略設置

GAMIT求解可以得到測站每日基線解（O－file）、協變方矩陣（H－file）及解算過程與結果（Q－file）。判斷解算結果的好壞，可以檢查Q－file。Q－file包含計算時衛星觀測使用量、測站各個參數的調整量、形式誤差（formal error）以及解算結果的NRMS值，透過這些數值，就可以知道解算結果的可信度及精度；如果Postfit nrms小于0.25，則表示基線解算合格，若是大于0.5，表明處理結果是有問題的（例如，周跳沒有修復，測站的起算坐標問題等）。本文解算GAMIT基線處理結果平均NRSM為0.228，結合均符合要求。采用Q－文件作為CosaGPS平差處理輸入。Q－文件中含有兩處基線向量結果，在第二處基線結果前一行加入CosaGPS軟件識別符號：“COSAGPS FOR GAMIT Q－FILE”［8，9］。

CosaGPS進行平差處理過程十分簡單，只需要簡單的點擊幾個按鈕流程：新建項目，選擇相應的規范標準，然后輸入已知控制點坐標并讀取同步基線數據、最后形成獨立基線并進行網平差計算獲得結果。

根據CosaGPS平差結果報告顯示，處理基線的最弱邊方向中誤差最大為1.29″，相對精度為1/127252，基線向量解算結果精度完全滿足規范中CPII最弱邊方向中誤差≤1.7″、相對中誤差≤1/100000的精度要求，觀測過程以及解算精度達到高鐵三等GPS控制測量精度要求。同時與中鐵第四勘察設計院集團有限公司的設計成果比對，發現最大差值為－3.9mm，遠小于限差15mm。

3.結束語

本文介紹了臺州市域鐵路S1線土建13工區的控制測量作業模式和數據處理過程，運用GAMIT做基線解算和CosaGPS網平差模式處理GNSS靜態觀測數據，結果顯示解算基線完全符合規范要求，最弱邊方向中誤差最大為1.29″，相對精度為1/127252，各項指標均在限差范圍以內。