南京地鐵南北線一期工程gps控制網(wǎng)復(fù)測(cè)

南京地鐵南北線一期工程gps控制網(wǎng)復(fù)測(cè)

1第一次復(fù)測(cè)方案南京地鐵南北線一期工程的gps控制網(wǎng)絡(luò)于2000年5月竣工，由南京測(cè)量和勘察研究所完成。2000年11月至12月，軌道隧道測(cè)量設(shè)計(jì)院（測(cè)量監(jiān)測(cè)部門）對(duì)一級(jí)控制網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了初步重新測(cè)量。2年后,為了檢查控制點(diǎn)的穩(wěn)定和可靠程度,中鐵隧道勘測(cè)設(shè)計(jì)院對(duì)原GPS網(wǎng)形進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì),同時(shí)布測(cè)地鐵西延工程控制網(wǎng)點(diǎn),并于2002年10至11月完成了再次復(fù)測(cè)工作。2城市東北部復(fù)測(cè)網(wǎng)選取的控制點(diǎn)方案測(cè)區(qū)位于東經(jīng)118°42′～118°50′,北緯31°57′～32°07′。東起中山門、土山,西至棉花堤,南起韓府山,北至勞山。原GPS控制網(wǎng)共計(jì)30個(gè)網(wǎng)點(diǎn),其中已知的城市二等三角點(diǎn)6個(gè),三、四等控制點(diǎn)6個(gè),新埋設(shè)點(diǎn)18個(gè)。復(fù)測(cè)中,因城市二等三角點(diǎn)“紫金山”未能到達(dá),無法納入復(fù)測(cè)網(wǎng);新埋設(shè)點(diǎn)“江東農(nóng)行”、“大新飯店”、“九華山”已被破壞;原三、四等控制點(diǎn)“燈具廠”因新架設(shè)大型廣告牌,頂空障礙和多路經(jīng)效應(yīng)影響嚴(yán)重,不能測(cè)量。由于南京地鐵南北線一期工程向西延伸,為了保證一期工程整體性,將西延線控制點(diǎn)“消防支隊(duì)”(1003)納入復(fù)測(cè)計(jì)劃。因此,優(yōu)化設(shè)計(jì)后復(fù)測(cè)網(wǎng)選取27個(gè)控制點(diǎn)。這些點(diǎn)與原網(wǎng)基本一致,其中已知城市二等三角點(diǎn)5個(gè),原三、四等控制點(diǎn)5個(gè),新GPS點(diǎn)17個(gè)。3gps實(shí)時(shí)采集全網(wǎng)采用4臺(tái)Trimble4700雙頻接收機(jī)觀測(cè),儀器的標(biāo)稱精度為5mm+10-6×D。觀測(cè)前對(duì)GPS接收機(jī)和天線等設(shè)備進(jìn)行全面的檢驗(yàn),設(shè)備狀況及精度指標(biāo)均符合規(guī)范要求。根據(jù)衛(wèi)星可見性預(yù)報(bào)表、參加作業(yè)的接收機(jī)臺(tái)數(shù)、點(diǎn)位交通情況、點(diǎn)位環(huán)視圖以及GPS網(wǎng)形設(shè)計(jì),進(jìn)行觀測(cè)綱要設(shè)計(jì),編寫出觀測(cè)計(jì)劃表及作業(yè)調(diào)度命令。外業(yè)作業(yè)時(shí)間為2002年10月12日至10月28日。4臺(tái)接收機(jī)采用靜態(tài)相對(duì)定位模式,以同步四邊形或三角形連接,擴(kuò)展成空間GPS控制網(wǎng)。一共觀測(cè)了22個(gè)時(shí)段,共93條基線,平均重復(fù)設(shè)站數(shù)大于3次。觀測(cè)中儀器采用了光學(xué)對(duì)中或強(qiáng)制對(duì)中,安置天線時(shí)利用羅盤定向,使天線定向標(biāo)志指向正北方向,特別注意了儀器的整平、對(duì)中和天線高量測(cè)。開機(jī)后查看衛(wèi)星接受情況,記錄外業(yè)觀測(cè)手簿,同時(shí)注意儀器的警告信息,及時(shí)處理各種特殊情況。GPS外業(yè)觀測(cè)技術(shù)要求列于表1中。觀測(cè)時(shí)發(fā)現(xiàn),每天下午2:00～3:30左右PDOP值大于6,觀測(cè)時(shí)避開這個(gè)時(shí)段,或增長(zhǎng)觀測(cè)時(shí)間。原網(wǎng)的城市二等三角點(diǎn)“韓府山”、“棉花堤”和“土山”三點(diǎn)架設(shè)有鋼架,“中山門”上有鋼標(biāo),復(fù)測(cè)時(shí)將GPS接收機(jī)直接架設(shè)在鋼標(biāo)或鋼架下面,觀測(cè)時(shí)間延長(zhǎng)至150min～180min,而3km以下的短邊的觀測(cè)時(shí)間一般在90min左右。在基線處理時(shí)發(fā)現(xiàn)鋼標(biāo)影響較為嚴(yán)重,在“棉花堤”點(diǎn)利用全站儀將標(biāo)志中心投影至基板上,然后依投影點(diǎn)安置天線,基線解算得到了明顯改善,而“韓府山”、“土山”鋼標(biāo)上沒有基板,無法將點(diǎn)投影其上,對(duì)測(cè)量精度造成一定的影響。4內(nèi)部數(shù)據(jù)處理4.1u3000基線閉合差檢驗(yàn)每日外業(yè)工作完畢,及時(shí)將當(dāng)天的觀測(cè)數(shù)據(jù)錄入計(jì)算機(jī),采用Trimble的隨機(jī)軟件TGOffice對(duì)基線向量進(jìn)行批處理解算和單獨(dú)解算,以檢查解算基線是否滿足規(guī)范要求。對(duì)解算結(jié)果不好的基線作單獨(dú)解算,通過刪減衛(wèi)星、改變時(shí)段和高度角等方法改善基線解算結(jié)果,對(duì)于單獨(dú)解算仍不滿意的基線則在次日進(jìn)行重測(cè)或刪除處理。然后將解算出的合格基線組成同步環(huán),按照規(guī)范限差要求進(jìn)行閉合差檢驗(yàn)。共觀測(cè)22個(gè)時(shí)段,統(tǒng)計(jì)檢查所組成的同步環(huán)閉合差,其中每時(shí)段的最大閉合環(huán)閉合差統(tǒng)計(jì)列于表2中。然后,可由獨(dú)立基線組成閉合環(huán),即進(jìn)行復(fù)測(cè)基線和異步環(huán)閉合差計(jì)算檢核。從93條基線中選出58條獨(dú)立基線,共構(gòu)成7條基線和23個(gè)異步環(huán),異步環(huán)中有14個(gè)四邊形,9個(gè)三角形,其閉合差統(tǒng)計(jì)列于表3中。由表3可見,30個(gè)閉合環(huán)中,有25個(gè)相對(duì)閉合差小于3×10-6,其中最小的相對(duì)閉合差為0.316×10-6,最大的相對(duì)閉合差為5.160×10-6,說明觀測(cè)的精度和內(nèi)部符合情況較好,觀測(cè)值可靠。4.2外業(yè)觀測(cè)精度GPS三維無約束平差,采用WGS84坐標(biāo)系,以009(蘇武車輛城)的單點(diǎn)定位解為起算數(shù)據(jù)。對(duì)于平面控制測(cè)量而言,不需要GPS測(cè)量的大地高信息,因此,三維無約束平差的目的主要是進(jìn)一步檢查所選基線向量的質(zhì)量,評(píng)價(jià)GPS控制網(wǎng)的內(nèi)符合精度與外業(yè)觀測(cè)質(zhì)量。一般可通過基線向量三個(gè)分量的改正數(shù)的大小來計(jì)算最弱點(diǎn)的點(diǎn)位中誤差,最弱邊的相對(duì)精度以及驗(yàn)后單位權(quán)中誤差,并以此作為衡量基線解算值質(zhì)量的指標(biāo)。但最弱點(diǎn)點(diǎn)位中誤差與起算點(diǎn)的位置密切相關(guān)。復(fù)測(cè)網(wǎng)精選了58條基線作三維無約束平差,三維基線殘差X向?yàn)?2.1mm,Y向?yàn)?0.3mm。最弱點(diǎn)028(韓府山)點(diǎn)位中誤差為16mm,主要原因是該點(diǎn)位于鋼標(biāo)下面,且邊長(zhǎng)較長(zhǎng),基線向量的精度較低。最弱邊003(萬里皮鞋廠)到004(減振器廠),邊長(zhǎng)僅937.8m,但邊長(zhǎng)精度和邊長(zhǎng)相對(duì)精度分別為4mm和1:185000。由此可見,網(wǎng)的總體精度是較好的,遠(yuǎn)高于城市二等網(wǎng)的精度。4.3準(zhǔn)面差距對(duì)平面坐標(biāo)的影響在三維無約束平差所選基線向量基礎(chǔ)上,進(jìn)行二維約束平差。選取92南京地方坐標(biāo)系中的5個(gè)城市二等三角點(diǎn)為已知點(diǎn),中央子午線取118°50′,南京地區(qū)的大地水準(zhǔn)面差距(高程異常)約為57m,平均海拔高程10m左右。二維約束平差無論采用WGS84坐標(biāo)系、北京54坐標(biāo)系還是80坐標(biāo)系橢球參數(shù),加入大地水準(zhǔn)面差距與否,對(duì)平面坐標(biāo)及其精度幾乎沒有影響,只是會(huì)改變旋轉(zhuǎn)角特別是尺度比這兩個(gè)參數(shù)。二維約束平差采用了四種方案,方案一:以城市二等GPS點(diǎn)022(河海大學(xué))和031(勞山)兩點(diǎn)為起算點(diǎn);方案二:以城市二等GPS點(diǎn)022(河海大學(xué))、031(勞山)和027(棉花堤)三點(diǎn)為起算點(diǎn);方案三:以城市二等GPS點(diǎn)022(河海大學(xué))、031(勞山)和028(韓府山)三點(diǎn)為起算點(diǎn);方案四:以城市二等GPS點(diǎn)022(河海大學(xué))、031(勞山)、029(土山)、028(韓府山)和027(棉花堤)五點(diǎn)為起算點(diǎn)進(jìn)行二維約束平差計(jì)算。四種方案的平差主要結(jié)果如表4所示:由表4可見,方案二與方案四無論從最弱點(diǎn)精度還是最弱邊精度來看,盡管均高于城市二等網(wǎng)的精度,但都不滿足《地下鐵道、輕軌交通工程測(cè)量規(guī)范》中最弱點(diǎn)點(diǎn)位中誤差1.2cm、最弱邊邊長(zhǎng)中誤差1.0cm的特殊精度要求。然而方案一與方案三的結(jié)果都較好,其各項(xiàng)精度指標(biāo)都顯著高于地鐵工程的精度要求,而方案三起算點(diǎn)的分布均勻,比方案一能更好約束全網(wǎng)。5網(wǎng)內(nèi)坐標(biāo)對(duì)比復(fù)測(cè)網(wǎng)與原網(wǎng)比較分析主要看兩期GPS網(wǎng)的二維約束平差坐標(biāo)是否有顯著的差異。根據(jù)網(wǎng)的最弱點(diǎn)精度mp≤12mm的要求,GPS網(wǎng)點(diǎn)兩期點(diǎn)位較差的允許值應(yīng)為:δp=22√mp=34δp=22mp=34mm(1)點(diǎn)位較差根據(jù)網(wǎng)的兩期二維平面坐標(biāo)按下式計(jì)算:dpi=(x[SS4]2pi?x[SS4]1pi)2+(y[SS4]2pi?y[SS4]1pi)2?????????????????????????????????????√=dx[SS4]2pi+dy[SS4]1pi?????????????????√(2)dpi=(x[SS4]pi2-x[SS4]pi1)2+(y[SS4]pi2-y[SS4]pi1)2=dx[SS4]pi2+dy[SS4]pi1(2)故兩期網(wǎng)點(diǎn)坐標(biāo)之差應(yīng)滿足dpi≤δp=34mm的要求。對(duì)于各種方案,按(2)式計(jì)算出新舊坐標(biāo)較差結(jié)果,現(xiàn)將相差較大的點(diǎn)或超限的點(diǎn)列于表5:由表5可見,方案1中有2點(diǎn)超限,這與022(河海大學(xué))位于中西部有較大關(guān)系,且網(wǎng)的約束點(diǎn)不能有效約束南部的點(diǎn)位造成Y向相差較大的現(xiàn)象。方案2也有2點(diǎn)超限,且相差較大的點(diǎn)Y向相差仍較大,這可以看出027(棉花堤)納入約束條件對(duì)于平差效果沒有明顯改善。在方案3中以城市二等點(diǎn)022(河海大學(xué))、031(勞山)和028(韓府山)三點(diǎn)為起算點(diǎn),平差效果得到很大改善,點(diǎn)位較差與2001年復(fù)測(cè)趨近一至,而且分布比較均勻。在方案4中以五個(gè)城市二等點(diǎn)為起算點(diǎn),平差出現(xiàn)點(diǎn)X向相差較大,且一個(gè)點(diǎn)位較差超限,從超限點(diǎn)的分布來看,與已知點(diǎn)028(韓府山)、027(棉花堤)以及022(河海大學(xué))有密切聯(lián)系,說明這些點(diǎn)的兼容性不太好,且與“韓府山”、“棉花堤”架設(shè)鋼標(biāo),點(diǎn)位接收到的信號(hào)不佳有關(guān)。由此可見,采用方案3作為復(fù)測(cè)成果較好。在分析中可以發(fā)現(xiàn)006(經(jīng)濟(jì)早報(bào))和021(省畜牧公司)兩點(diǎn)較差較大,但與2001年復(fù)測(cè)一致,說明這兩點(diǎn)可能有變動(dòng)或首期觀測(cè)平差方法不同引起差異。通過分析原測(cè)網(wǎng)和復(fù)測(cè)網(wǎng)中兩個(gè)已知城市二等三角點(diǎn)的點(diǎn)位較差,可以說明復(fù)測(cè)GPS控制網(wǎng)的外部符合精度,其結(jié)果列于表7。由表7可見,原測(cè)網(wǎng)和復(fù)測(cè)網(wǎng)的點(diǎn)位較差均小于50mm,點(diǎn)位較差滿足規(guī)范限差要求,說明復(fù)測(cè)網(wǎng)的精度是可靠的。6期工程西延線內(nèi)部位點(diǎn)組成上的復(fù)測(cè)網(wǎng)方案2原測(cè)