TBC与GAMIT进行高速铁路框架控制网基线解算的精度分析

2015-03-16匡团结

铁道勘察 2015年4期

关键词：差值数据处理高速铁路

匡团结

(铁道第三勘察设计院集团有限公司，天津　300251)

TBC and GAMIT Precision Analysis of High-Speed Railway Frame Control Network Baseline Solution

KUANG Tuanjie

TBC与GAMIT进行高速铁路框架控制网基线解算的精度分析

匡团结

(铁道第三勘察设计院集团有限公司，天津300251)

TBC and GAMIT Precision Analysis of High-Speed Railway Frame Control Network Baseline Solution

KUANG Tuanjie

摘要根据国内高速铁路框架网(CP0)基线解算软件的使用现状，提出利用Trimble Business Center (TBC )软件对高速铁路框架网(CP0)进行基线解算，通过工程实例，分析TBC软件采用广播星历与精密星历对基线解算的影响，研究TBC基线解算的适用范围，对TBC软件与Gamit软件的解算结果进行比较，验证TBC软件的可靠性。

关键词TBC框架控制网基线解算GAMIT比较

目前，国内高速铁路框架网(CP0)的基线解算软件基本上是采用国外软件Bernese和Gamit，这两个软件的学习难度较大，操作流程较为复杂，而LEICA Geo Office Combined 、Trimble Geomatics Office等厂商自带的数据处理软件虽然操作简单，但不能满足长基线的解算要求。Trimble公司推出的Trimble Business Center(TBC )数据处理软件操作简单易学，可进行长基线的解算。采用TBC软件对CP0基线进行解算，通过与GAMIT解算基线成果进行对比分析，进一步验证TBC软件基线解算精度的可靠性，使其成为CP0基线解算一种新的选择。

1软件简述

1.1　TBC软件

TBC是2011年美国Trimble公司推出的用于测绘行业的数据处理软件，操作简单易于使用。该软件不仅能处理GNSS数据，还可以处理全站仪和水准仪数据，全新的数据处理算法保证该软件的数据处理速度，并提供了非常灵活的数据处理配置方案，还可以通过网络进行软件升级。

1.2　GAMIT软件

GAMIT是由美国麻省理工学院(MIT)和美国加利福尼亚大学SCRIPPS海洋研究所等联合研制的GPS数据后处理软件。GAMIT软件的特点是数据处理速度快、软件版本更新周期短、自动化数据处理程度高等，且其具有开源性，用户可以根据需要对源程序进行修改。目前，该软件在研究地壳变形、高精度测量数据处理等众多领域得到非常广泛的应用。

2工程实例

采用某高速铁路框架控制网(CP0)16个控制点的观测数据进行计算，CP0的基线长度从50～1 070 km不等，网形分布如图1所示。

图1　某高速铁路框架控制网网形

2.1　TBC解算基线长度的范围分析

该CP0控制网的基线长度范围从几十公里至上千公里，可以进一步验证TBC基线处理能力。在TBC软件测量-基线处理的过程中主要查看解的类型能否固定，作为判定TBC基线处理能力的依据。针对TBC软件的特点，应在数据处理过程中及时查看解的类型。

表1　TBC 采用广播星历计算基线精度统计　m

表2　TBC 采用精密星历计算基线精度统计　m

采用广播星历和精密星历分别对基线进行了解算，不同基线长度解算的精度统计如表1和表2。从表1与表2基线的处理结果来看，两者有明显的差别，采用广播星历计算的基线长度大于499 km的时候RMS超限，解是浮动解且平面精度、高程精度及RMS值较差；采用精密星历计算的基线长度可达上千公里且在平面精度、高程精度及RMS值方面都能满足数据处理的要求。总之，TBC软件采用精密星历计算上千公里的长基线是完全可以实现的。

2.2　广播星历与精密星历对基线解算的影响

为了分析广播星历和精密星历对不同长度基线解算的结果，利用高速铁路框架网(CP0)的观测值和相应的广播星历、精密星历数据，所用数据处理软件为TBC软件。在基线解算中，为保证结果的可比性，除了星历不同外，其它软件设置等保持一致。将精密星历计算的基线结果视为真值，比较采用广播星历与采用精密星历所得到基线结果的差值。 TBC采用广播星历与精密星历计算得到的各分量及基线长度差值分布如图2。

图2　TBC广播星历与精密星历解算基线差值

由图2可以看出，以精密星历为准，显然随着基线长度的增加，两者差值明显越来越大。在基线长度小于100 km时，解算的各基线分量差值小于20 mm，基线长度差值优于0.01 mm；在基线长度小于100～200 km情况下，解算的各基线分量差值小于23 mm，基线长度差值小于0.01 mm；在基线长度200～300 km情况下，解算的各基线分量差值小于36 mm，基线长度差值小于0.03 mm；在基线长度300～400 km情况下，解算的各基线分量差值小于83 mm，基线长度差优于0.04 mm；而在基线长度400～500 km情况下，解算的各基线分量差值小于100 mm，基线长度差优于0.06 mm；基线长于500 km的时候，广播星历计算的基线解浮动且平面精度、高程精度及RMS值非常差。通过图2分析可以得知，采用TBC软件在高铁框架网数据处理上必须采用精密星历，以减少星历误差对基线解算的影响，满足高速铁路框架网长基线解算精度。

2.3　基线解算分析

为了分析TBC对不同长度GPS基线解算的精度，利用某客专框架网(CP0)的观测值和精密星历数据，同时使用TBC与GAMIT软件进行基线解算，对解算后的基线进行对比分析。以GAMIT软件计算的基线长度为基准，TBC软件处理的基线与GAMIT软件计算的基线进行对比分析，如图3。

图3　TBC与GAMIT解算基线长度差值

从图3中可以看出，基线长度差值一般随着距离的增长而差值越来大，基线长度差值最小为0.5 mm，最大为41 mm。基线长度在0～300 km的时候，基线长度差值均优于20 mm；基线长度在300～500 km的时候，基线长度差值均优于30 mm；基线长度在500～1 000 km的时候，基线长度差值均优于41 mm。

图4　TBC与GAMIT解算基线RMS差值

TBC软件解算基线的RMS值在2～61 mm范围内变化，GAMIT软件解算基线的RMS值在2～5 mm范围内变化。基线长度在0～300 km公里范围内，除个别基线外，TBC软件解算的基线RMS值优于10 mm，个别长度解算的时候RMS值甚至优于GAMIT解算的值；基线长度大于300 km，TBC随着基线长度的增加，RMS变化非常大。GAMIT随着RMS解算的值并没有随着基线长度的增加而出现明显的变化，RMS属于较为稳定的状态，基本上都优于5 mm(如图4)。

图5　TBC与GAMIT软件解算基线X、Y、Z分量差值

从图5可以看出，基线长度在0～300 km范围内，各基线的X、Y、Z分量差值均优于20 mm；基线长度在300～1000 km，各基线的X、Y、Z分量差值均小于120 mm。从图形中也能明显看出基线长度大于340 km的时候，TBC与GAMIT软件解算基线X、Y、Z分量差值出现了非常明显的变化趋势，说明TBC软件对于大于350 km的基线在解算能力方面与GAMIT存在一定的差异。