基于GAMIT/CosaGPS在台州市域铁路S1线控制网测量中的应用

2020-07-27关祥宏

经纬天地 2020年2期

关祥宏

（中铁第四勘察设计院集团有限公司，湖北武汉 430063）

0.引言

浙江省台州市域铁路S1线工程设计为南北走向，线路总长度为105.4公里，一共设置了29个车站，其中台州中心站为换乘站，车站平均间隔4公里；S1线建成以后，将台州市内新城、椒江、路桥和温岭等多个区域连接起来，成为台州市重要的南北交通线。

在高精度GNSS测量数据处理领域中，GAMIT/GLOBK软件非常著名，其解算静态基线精度十分高，特别是长基线的精度可以达到10-9级别。GAMIT处理模式为双差观测量，采用最小二乘算法进行参数估计，其优点是可以完全消除卫星钟差和接收机钟差的影响，同时也可以明显减弱诸如轨道误差、大气折射误差等系统性误差的影响。

为了满足工程测量单位对GNSS数据处理的要求，在分析研究GNSS数据处理理论的基础上，武汉大学研制了自主版权的CosaGPS软件系统，该软件具有如下特点：（1）功能全面，符合多种规范要求；（2）整体性好，输出成果内容全；（3）解算容量大，运算速度快；（4）操作简明，使用方便。特别适合国内的工程控制网平差成果输出。CosaGPS是一款应用于Windows系统上的GNSS测量数据后处理软件包，其不支持直接基线解算，而是通过网平差处理获得符合国内规范的结果，可以直观地查看基线重复率、同步环、异步环是合格。

本文通过在台州市域铁路S1线土建十三工区施工阶段的控制网测量采用GAMIT软件解算基线和CosaGPS软件进行网平差[1,2]，仔细说明了数据处理过程已经结果分析，探索在实际工程建设中GAMIT+CosaGPS的应用效果。

1.数据采集与处理

1.1 数据采集过程

本次外业观测收集CPI和CPII控制点共计6个，点号为S1PI036、S1PI037、S1PI038、S1PI039、S1PI040 和S1PII039，待求加密点编号分别为JM13-01、JM13-02、JM13-03B、JM13-05、JM13-06和JM13-07。参照国家行业标准文件《高速铁路工程测量规范》（TB10601-2009），观测采取高速铁路三等GNSS控制测量要求，使用5台拓普康TPSCR.G5接收机进行两个观测时段作业，每个时段1小时。

（如图1所示），星历预报软件Trimble Planning可见卫星数，UTC时间上午7至10点卫星信号质量不好，可见卫星数低于4颗，DOP值大于5，因此静态观测时避开此时间窗口。（如图2所示），实际外业观测网型、周边环境以及测点埋设方式，天线高量取方法采用斜高，外业观测记录日志文件。

图1 星历预报可见卫星数

图2 观测网型、周边环境以及测点埋设方式

图3 GNSS观测数据预处理流程图

1.2 数据预处理

数据采集使用拓普康接收机，静态观测产生原始数据格式.TPS，因此在数据处理前需要进行格式转换，之后采用TEQC软件进行质量检测，（如图3所示）GNSS数据预处理流程[3,4,5]。

TEQC（Translation，Editing and Quality Checking）是功能强大且简单易用的GNSS数据预处理软件，是由UNAVCO Facility（美国卫星导航系统与地壳形变观测研究大学联合体）研制的为地学研究GNSS监测站数据管理服务的公开免费软件，主要功能有格式转换、编辑和质量检核。格式转换功能可将许多不同厂家的GNSS接收机观测原始文件转换为RINEX文件；编辑功能可用于RINEX文件字头块部分，也可进行数据文件的任意切割与合并、观测值类型的删减、卫星系统的选择及特定卫星的禁用；质量检核可反映出GNSS数据的电离层延迟、多路径影响、接收机周跳、卫星信号信噪比等信息，并实现了可视化。

利用TEQC进行质量检测，会生成一个统计S文件，其中包含重要的结果信息。多路径效应对伪距和载波观测数据的影响指标为MP1、MP2，两者数值均不能超过0.5m，否则表示观测数据中多路径效应过大，数据质量较差。o/slps反映原始观测数据中包含周跳的多少，其数值越大表示周跳越少，若小于1000则表示存在明显周跳影响。如表1所示，检测统计结果观测数据总体质量较好，可以进行定位解算。

表1 观测数据平均质量

2.数据解算

本文数据处理使用GAMIT/GLOBK 10.61[6]版本，处理策略（如表2所示）。GAMIT解算的策略文件sestal.中Choice of Observable设置为LC＿AUTCLN；Choice of Experiment设置为BASELINE；基线解算加入月球历表（luntab.）、太阳历表（soltab.）、章动表（nuttab.）、地球自转表（UT1.）、海洋潮汐（grid.oct）、对流层延迟（vmf1.grd）、闰秒（leap.sec）、天线相位中心改正。以此，最大程度地修正日、月潮引力极潮（pole tide）、固体潮（solid tide）及海潮（ocean tide）对观测GPS站点造成的影响。另外，解算过程中进行卫星轨道模型、大气压模型、水汽分布模型、多路径效应、天线相位中心等等改正。解算的控制点进行紧约束（0.03m，0.03m，0.05m），其他测站点采用松约束（30m，30m，30m）。

表2 GAMIT10.61长基线解算策略设置

GAMIT求解可以得到测站每日基线解（O－file）、协变方矩阵（H－file）及解算过程与结果（Q－file）。判断解算结果的好坏，可以检查Q－file。Q－file包含计算时卫星观测使用量、测站各个参数的调整量、形式误差（formal error）以及解算结果的NRMS值，透过这些数值，就可以知道解算结果的可信度及精度；如果Postfit nrms小于0.25，则表示基线解算合格，若是大于0.5，表明处理结果是有问题的（例如，周跳没有修复，测站的起算坐标问题等）。本文解算GAMIT基线处理结果平均NRSM为0.228，结合均符合要求。采用Q－文件作为CosaGPS平差处理输入。Q－文件中含有两处基线向量结果，在第二处基线结果前一行加入CosaGPS软件识别符号：“COSAGPS FOR GAMIT Q－FILE”［8，9］。

CosaGPS进行平差处理过程十分简单，只需要简单的点击几个按钮流程：新建项目，选择相应的规范标准，然后输入已知控制点坐标并读取同步基线数据、最后形成独立基线并进行网平差计算获得结果。

根据CosaGPS平差结果报告显示，处理基线的最弱边方向中误差最大为1.29″，相对精度为1/127252，基线向量解算结果精度完全满足规范中CPII最弱边方向中误差≤1.7″、相对中误差≤1/100000的精度要求，观测过程以及解算精度达到高铁三等GPS控制测量精度要求。同时与中铁第四勘察设计院集团有限公司的设计成果比对，发现最大差值为－3.9mm，远小于限差15mm。