GAMIT/COSA GPS在郑州市地铁五号线中的应用

王健峰,张　明

(郑州市规划勘测设计研究院，河南 郑州 450000)

GAMIT/COSA GPS在郑州市地铁五号线中的应用

王健峰,张明

(郑州市规划勘测设计研究院，河南 郑州 450000)

摘要：GAMIT/COSA GPS在精密工程测量中得到了广泛应用,以郑州市地铁5号线为例,通过设计网形、观测要求、数据处理及质量检核、网平差证明GAMIT/COSA GPS在精密工程控制网中能获得高精度的结果。

关键词：GAMIT/COSAGPS；质量检核；网平差

doi:10.13442/j.gnss.1008-9268.2015.03.017

中图分类号：P228.4

文献标志码：码： A

文章编号：号： 1008-9268(2015)03-0067-04

收稿日期：2015-05-05

作者简介

Abstract:The GAMIT/COSA GPS has been widely applied in precise engineering surveying, with Zhengzhou urbun subway line 5 as an example, through the design in shape on GPS net, observation requirement, data processing and quality check, the net adjustment proves that GAMIT/COSA GPS in precision engineering control network can get high precision result.

0引言

郑州市地铁5号线是郑州地铁线网中唯一一条环形线路,途径郑州东站片区、郑东片区、金水片区、中原片区、西北片区、西部服务片区、中原二七片区、管城片区、经开片区,为核心区外围各功能片区之间提供快速联系;工程建设初期,需在5号线附近建立精密GNSS大地控制网,用以控制5号线的范围和走向,郑州市规划勘测设计研究院自承担这次任务以后,深入研究,优化设计,最终确立高精度GNSS大地控制网。

1网形概述

全网共计36个点,如图1所示,采用4台Trimble 5700接收机按照边联式方式同步观测,共观测38个同步环,每个环观测2 h,平均设站1.8次,整网可靠性0.6.数据处理策略:1) 卫星高度截止角:15°;2)对流层模型:1 h估算一个参数3) 电离层和基线处理方式: <5 km采用L1_ONLY,其余采用LC_HELP;4) 轨道:固定卫星轨道;5) 已知点约束:0.05 m、0.05 m、0.05 m.

图1　基于GAMIT/COSA软件的GPS网平差略图

2数据预处理

正确修正观测数据中的周跳和删除大残差观测值的数据编辑是GPS数据处理中的主要工作之一。数据编辑采用AUTCLN模块自动进行。数据编辑工作完成后,生成干净的观测数据文件(X-文件),用于每时段基线解算，对于质量较差的数据,编辑采用CVIEW模块手工进行，GAMIT软件基线处理流程如图2所示。

图2　GAMIT软件基线解算流程图

联系人： 王健峰 E-mail: langzi820527@163.com

3基线质量检核

GAMIT基线质量主要通过对同步环Nrms值、独立环闭合差和复测基线较差以及全部基线三维无约束平差精度指标等几方面进行检核。

1) 同步环Nrms值。GAMIT软件采用全组合解,其同步环闭合差在基线解算时已经进行了分配,因此解算出来的同步环闭合差为零,对同步环检核,主要通过对基线解的Nrms值作为同步环质量好坏的一个指标[1],各同步环Nrms值质量统计如表1所示。

表1　同步环Nrms值质量统计表

25个同步环Nrms值大于0.5的仅有4个,分别为同步环840、841、860和880,最大值0.889,环840和841中的短基线和长基线分开处理[2],根据相关参考文件,对于短基线而言,采用L1-ONLY,Nrms可能会达到0.8左右;因此各同步环Nrms值满足轨道测量技术规范要求;4个含有长基线的同步环710、711、800和920,Nrms值分别为0.238、0.227、0.199、0.224,远小于参考值0.3[3]。

2) 独立环检核:GPS网基线组成的独立环质量统计如表2和表3所示。

表2　GPS网独立环质量统计(一)

表3　GPS网独立环质量统计(二)

3)复测基线较差检核。全网22条复测基线较差质量统计如表5所示。

表4　控制网复测基线质量统计

由表2～4可知,X、Y、Z方向独立环闭合差69%以上小于限差的1/3,只有少数几个在2/3～1内;全长闭合差中,最大值为75.38,最小2.93,平均闭合差16.5,所有闭合差小于限差2/3;复测基线较差最大值14.92 mm,最小值0.02;所有基线较差小于限差1/3;从GPS数据处理质量分析和评价中,得出本次坐标联测的整体外业观测质量较高,基线解的精度非常好[4]。

4基于GAMIT/COSA软件的GPS控制网平差

4.1　无约束平差

根据GPS平差网优化设计原则,选取GAMIT

软件解算的独立基线构成平差网形,平差软件:COSA GPS;以相对位于网中心的GPS点QW36的坐标作为起算数据,在CGCS2000坐标系下进行平差,GPS三维向量网在CGCS2000坐标系下的无约束平差结果如表5～表6所示。

表5　基于GAMIT/COSA软件的GPS三维无约束平差后基线弦长相对精度统计

表6　基于GAMIT/COSA软件的GPS三维无约束平差后点位精度统计

从表5～6可知,三维无约束平差结果最弱边为QW01～QW02,空间距离889.161 m,相对中误差为1/29万,整网边长平均相对精度为1/85万;最弱点为QW21,点位中误差为2.64 cm,证明了所选独立基线向量中无粗差观测量,由各独立基线向量解所确定的协方差阵的相互关系比较合理[5]。

4.2　二维约束平差

约束周围3个地方点,坐标已知,对GPS网进行约束平差,平差结果的主要精度指标如表7、表8所示。

表7　基于GAMIT/COSA软件的GPS二维约束平差精度统计

表8　基于GAMIT/COSA软件的GPS二维约束平差相邻点的相对点位中误差统计表

从表7、表8可看出:约束平差后各平面点点位精度总体来说比较均匀,控制网南端点位中误差稍大一些,这与距离起算点稍远一些有关;x方向误差比y方向稍大一些;最弱点QW-21,点位中误差均为0.64 cm,仅为限差.±12 mm的52%;最大的相邻点QW-28、QW-30,相对点位中误差为0.55 cm,仅为限差.±10 mm的55%;最弱边为QW-01～QW-02,相对中误差仅为1/28万,平均值更是远低于限差要求的1/10万。二维平差结果的各项精度指标全部优于规范和技术设计规定的要求,完全满足轨道交通5号线首级平面基准建立的精度要求。

5结束语

网形优化设计、长短基线分开处理、合理的处理策略,GAMIT/CosaGPS在最短的观测时间内,能够得到较高精度的定位结果;完全满足高等城市GNSS控制测量、精密工程测量的要求。

参考文献

[1] 麻省理工学院.GAMIT10.35 参考手册[R].2009.

[2] 张双成,曹海洋,李海英.基于GAMIT的GPS长基线解类型分析及应用[J].工程勘察,2011(10):42-45.

[3] 赵建三,杨创，闻德保,等.利用GAMIT进行高精度GPS基线解算的方法及精度分析[J].测绘通报,2011(8):5-8.

[4] 卢立,李军锋.对流层延迟改正模型对GPS数据处理的影响分析[J].城市勘测,2011(3):68-71.

[5] 周命端,郭际明，许映林,等.水电站GPS变形监测网的数据处理及稳定性分析[J].测绘通报,2011(7):30-33.

王健峰(1986-),男,助理工程师，主要从事GNSS定位技术及工程测量新技术研究。

张明(1982-),男,工程师，主要从事GNSS定位技术及CORS应用于开发。

GAMIT/COSA GPS Application in Zhengzhou Urbun Subway Line 5

WANG Jianfeng,ZHANG Ming

(ZhengzhouUrbanPlanningDesign&SurveyResearchInstitute,Zhengzhou450000,China)

Key words: GAMIT/COSAGPS; quality check; net adjustment