BDS CORS在复杂山区铁路测量中的应用精度分析

北斗卫星导航系统(BDS)和连续运行参考站系统(CORS)的快速发展为我国铁路领域卫星定位测量工作提供了新的解决方案。为了研究基于铁路带状BDS CORS的测量技术在复杂山区铁路工程测量中应用的具体精度，本文在某复杂山区铁路沿线按30 km间距建设了铁路带状BDS CORS基准站网络，并部署了高精度位置服务云平台。分别采用基于BDS CORS的BDS单星座、全球定位系统(GPS)单星座和全球卫星导航系统(GNSS)多星座三种模式进行模拟长大隧道独立控制网建网测量、快速静态像控测量、实时动态差分定位(NRTK)测量的数据采集和处理工作，并以铁路沿线原基础平面控制网(CPⅠ)、线路平面控制网(CPⅡ)成果进行对比。研究结果表明：按30 km间距布设铁路带状BDS CORS基准站时，基于BDS CORS的BDS、GPS和GNSS三种模式均可用于长大隧道独立控制网建网测量、快速静态像控测量、NRTK测量，成果精度满足现行铁路测量规范的要求，可以代替传统方法进行测量作业。提出的部分精度指标可以为铁路工程建设各阶段BDS CORS建设及铁路测量应用相关规范的编写提供借鉴和参考。     

高铁CPⅡ控制网BDS/GPS快速测量对比试验分析

随着BDS-3的升空运行，GNSS多星座观测条件得到显著改善，面对新一代北斗卫星导航系统，TB 10601—2009《高速铁路工程测量规范》的控制网观测时长以及作业效率的性能有待评估分析。首先，根据单GPS、GPS+BDS卫星可见性分析全球PDOP值的变化情况；然后，推导其基线解算精度随观测时长变化的先验模型；最后，以某高铁线路CPⅡ控制网的观测数据为例，通过自编软件实现单BDS、单GPS、GPS+BDS三种模式的基线解算。结果显示，相比单GPS、GPS+BDS在我国的PDOP值能够降低0.7～1.6,且相对定位精度(观测时长约16 min)与单GPS(观测时长60 min)相当。示例结果中，GPS+BDS平面和高程方向定位精度分别为4.3 mm和10.9 mm,相比单GPS分别有54%和57%的提升。结果表明，在高铁CPⅡ控制网测量中，GPS+BDS能够将观测时长缩短为规范的34%,且满足GPS所要求的指标，并对规范修订具有一定参考价值。     

起算点间距对北斗精测网精度的影响

为确定铁路项目北斗基准站建设的最佳站间距,提高北斗卫星导航系统(BDS)精测网成果精度,选取杭衢铁路、长赣铁路、滁宁城际铁路开展北斗控制测量实验,并和GPS解算结果进行比较。研究表明,单BDS基准站网定位精度略优于单GPS,二者基线较差与三维坐标较差均优于8 mm。在现行分级控制体系下,CPⅠ、CPⅡ控制网的二维坐标较差优于10 mm;采用基准站直接约束CPⅡ控制网后,x方向较差超过10 mm点的比例为16.9%,说明基准站布设间距为20～30 km存在网型缺陷,不适合用作基准站布设。随后,在长赣铁路、滁宁城际铁路进行了验证,10～15 km站间距的北斗精测网基线较差优于5 mm、坐标较差优于3.9 mm,说明10～15 km站间距较适合带状铁路工程。     

铁路工程长距离带状GNSS控制网高精度解算

铁路工程控制网三网合一,采用GNSS卫星导航定位基准站(CORS)方式建网是发展的趋势,但其长距离、带状布设的控制网要确保高精度且连续均匀,具有一定的难度。针对长距离带状控制网的特点,分析影响GNSS控制网解算的影响因素,引入IGS站点坐标的松弛约束,筛选出优化解算策略：融合多星座卫星观测数据,基于电离层约束模型求解宽巷模糊度,当控制网的基线长度小于100 km时,对流层延迟采用站间差分改正、电离层延迟采用差分或模型改正,并结合环境条件顾及其他负荷改正。实际铁路工程带状控制网解算测试表明,优化策略控制网处理精度相较于常规策略在Y和Z方向上提升2～5 mm。通过对复杂地形环境下长距离带状控制网的解算质量分析,进一步表明该策略可优化铁路工程长距离带状控制网高精度解算性能。     

北斗导航卫星系统在铁路控制测量中的应用研究

为探讨北斗导航卫星系统静态测量模式在铁路控制测量中的适用性,利用基线重复性指标以及最小二乘法拟合得到固定误差和比例误差指标,基于连盐铁路控制网24 h连续观测数据,研究分析了基线向量实测精度。结果表明,单独使用北斗导航卫星系统进行静态测量,可以满足铁路五等测量精度要求;若结合GPS观测数据,能够有效提高静态测量精度和可靠性;增加观测时段长度,可以降低固定误差,但对比例误差的影响不明显。建议使用商用软件基于北斗导航卫星系统观测数据进行铁路控制测量时,将基线长度控制在15 km以内。     

北斗RTK在铁路勘测中应用研究及精度分析

研究试验BDS、GPS、BDS+GPS三种RTK测量模式下水平和高程精度情况,分析不同定位模式间坐标较差,比较测量结果与已知点间的坐标较差。研究结果表明,BDS RTK定位精度与GPS RTK基本相当,满足铁路测量规范的要求;BDS和GPS组合RTK定位在山区、林区和城区作业环境困难地区较单系统定位更具优越性。     

CORS技术在航测外业控制测量中的应用

根据工程实践,介绍CORS系统在航测外业控制测量中的具体应用。CORS系统具有精度可靠、效率高、作业方便、可以单人作业等特点。相较于传统快速静态GPS测量,在航外控中使用CORS-RTK测量能够提高外业作业效率,节约外业测量成本。     

基于单一北斗二代系统的高速铁路CP0框架控制网基线解算和精度分析

目前，我国铁路CP0框架控制网基于GPS系统来构建，随着我国北斗系统的逐步完善，铁路行业亟需摆脱对GPS系统的依赖。在杭衢高铁进行北斗和GPS静态数据测量实验，在GAMIT内输入同时段的IGS和MGEX在亚太地区5个测站的数据，分别处理单一GPS和单一北斗的CP0基线，以标准化均方根误差和基线解算偏差作为指标来对比分析两者的基线解算精度，然后对解算得到的基线进行平差计算。研究表明：选择我国经纬度范围内3～4个MGEX站参与单一北斗二代系统的基线解算和平差起算，能够满足高速铁路测量规范对于铁路CP0框架控制网三维无约束平差最弱边相对中误差小于1/2 000 000,三维约束平差最弱边相对中误差小于1/250 000的精度要求；单一北斗二代系统能够独立应用于构建铁路CP0框架控制网，摆脱我国铁路系统在该领域长期对GPS系统的依赖。     

CORS单基站在兰新二线测量中的运用

CORS的产生是GPS RTK(Real-time kinematic)技术发展的结果,在铁路土建施工测量时具有操作简便、成本低、精度高等优点,它改变了全站仪放样的作业方法,降低了劳动强度,提高了测量的工作效率。通过对CORS单基站的技术介绍,主要基于科力达CORS单基站技术在兰新客专的建设和精度,最后得出CORS测量结果满足铁路土建施工阶段测量精度要求。     

CORS技术在铁路勘测中应用

连续运行参考站系统（Continuously Operating Reference System,CORS）技术综合了现代计算机、数据通信和互联网技术,大大提高了GPSRTK数据传输效率、传输范围和测量精度。从赣龙线测量成果的精度来看,CORS技术在未建立CPI网条件下,可基本满足铁路初测阶段勘测精度要求,在铁路定测阶段完成CPI网基础上,CORS应用效果更好。     

单频GPS进行高精度线路测量和有轨车辆定位的有效方法

轨道线路测量和有轨车辆的定位常采用GPS定位技术。利用GPS单频接收机实现高精度快速定位的关键是提高GPS单频相位模糊度解算的效率和成功率。基于轨道线路垂直方向变化不大和有轨车辆沿一定线路行驶的特点,提出一种有效的单频相位模糊度解算方法。对GPS单频接收机提供的定位观测值进行粗差探测、修正和剔除等数据预处理,用低噪声和低多路径效应的载波相位观测值对码伪距观测值进行平滑处理,再用附加约束的方法估计双差模糊度实数解,以此为基础进行模糊度搜索固定。算例显示,该方法可提高模糊度实数解估计的精度和可靠性,缩小模糊度的搜索空间,使模糊度解算效率和成功率得到提高,有利于单频GPS接收机在高精度的线路测量和有轨车辆的定位中得到更广泛的应用。     

星间单差GPS实时精密卫星钟差估计及精度分析

GPS实时精密卫星钟差是实现实时精密单点定位(RT-PPP)技术的关键,国际GNSS服务组织(IGS)提供的超快速(Ultra-Rapid)实时预报卫星钟差的精度(3ns)较差,不能满足RT-PPP的精度要求。首先利用GNSS区域参考站网数据,建立基于星间单差的观测模型,对GPS卫星钟差进行实时解算,并对钟差解算精度及影响因素进行分析;将解算的GPS卫星钟差用于不同站点的RT-PPP中,对定位结果进行精度分析。分析结果表明,实时解算的GPS卫星钟差的标准差均在0.16 ns以内。从定位结果来看,随着PPP站点与钟差估计区域参考站网距离的增加,其定位精度并没有明显降低,各站点的水平分量精度优于6 cm,高程分量精度优于7 cm,可满足厘米级精度实时精密单点定位的应用要求。     

GPS/BDS/INS紧组合测量系统实现以及性能分析

推导了GPS/BDS/SINS紧组合Kalman滤波模型,并且使用C语言编制了相应的紧组合程序,通过跑车试验验证算法的可靠性。跑车结果表明GPS/BDS/INS紧组合能够增加可观测卫星的数量,并且能够有效改善单系统的观测精度。跑车实测结果表明GPS/BDS/INS紧组合的结果在北东天3个方向的RMS为2. 7,2. 1,2. 1 m,试验结果验证了算法的正确性。     

高速铁路轨道几何状态的车载摄影快速检测方法与试验

为实现高速铁路轨道静态几何平顺性的快速检测与准确评估,本文提出基于车载近景摄影采集轨道数字图像以检测轨道线形的方法。采用轨面移动平台搭载数码相机采集连续高分辨率数字影像,以轨道板和轨道面稀疏布设的像控点作为约束条件,使用近景摄影测量空间解析几何模型,平差解算轨道测点三维坐标。仿真计算结果表明:车载近景摄影测量轨道平面坐标的精度为0.2mm,高程精度为0.3mm;在杭甬客运专线无砟轨道上的现场试验结果表明,车载摄影沿轨向测量的绝对坐标精度为0.6mm、垂直于轨向的精度为0.8mm,沿轨向的相对精度为0.2mm、垂直于轨向的相对精度为0.7mm,验证了车载摄影测量方法用于轨道静态几何参数检测的可靠性与高精度潜力。     

动对动GPS相对定位系统中整周模糊度求解

为解决GPS技术实现困难的问题,在证明动对动GPS定位时,模糊度整数解搜索准则和静态时是一样的结论基础上,认为动对动模糊度整数解搜索可以直接引用静态测量已有的理论,动对动模糊度解算的关键是"快速"计算模糊度的实数解,并应用最小二乘准则给出动对动GPS定位时的模糊度实数解求解公式。试验数据计算表明,计算时只需少数几个历元数据,模糊度实数解就收敛到整数解附近,且方差较小,因而模糊度的备选值较少,只需几次试算即可确定正确解,从而达到"快速"解算的目的。     

GPS快速静态定位技术在铁路导线测量中的应用

介绍GPS快速静态定位铁路导线测量的方法。以GPS快速静态方法采集数据,灵活应用GPS测量构网方法,利用GPS数据处理方法获得导线成果数据。工程应用实践表明,成果可满足要求,并可大大提高工作效率。     

BDS-3精密单点定位在铁路勘测中的应用研究

为研究第三代北斗卫星导航系统（BDS-3,BeiDou Navigation Satellite System-3）精密单点定位技术（PPP,Precise Point Positioning）在铁路勘测应用中的可行性，文章推导了BDS-3任意双频非差非组合PPP通用函数模型，并采用该模型对BDS-3卫星B1I、B3I、B1C和B2a信号形成的5种双频组合进行PPP解算和性能分析，利用某铁路观测数据，对BDS-3进行PPP解算。结果表明，所有观测时段内可见卫星数约为7～11颗，空间位置精度因子（PDOP,Position Dilution of Precision）值约为2.0，可见卫星数较多，且空间几何分布良好；在静态和仿动态解算模式下，在水平和高程方向均可实现厘米级的定位精度。该研究可为BDS-3精密单点定位技术在铁路勘察中的应用提供参考。     

基于非差模式的精密卫星钟差近实时估计

在目前精密单点定位(PPP)中,GPS卫星钟差的实时估计已经成为影响PPP实时解算一个至关重要的因素。提出一种基于非差模式下利用卡尔曼滤波进行精密卫星钟差参数估计的方法,经验证,与IGS事后精密卫星钟差相比,其精度能够达到0.5~1 ns,高于利用Bernese软件进行解算的结果。基于估计结果和比较可靠的信息数据来源,可以实现较高精度的实时精密单点定位。     

基于非参数贝叶斯模型的列车卫星定位方法

基于卫星导航的列车测速定位是当前新型列车控制技术领域的研究热点。针对现场运行环境中卫星定位观测特性的不确定性对动态定位解算性能的不利影响,在卫星定位估计解算过程中引入基于Dirichlet过程的非参数贝叶斯模型,在导航卫星观测特性不定且存在性能退化风险的条件下,提出了基于Dirichlet过程混合模型驱动的高斯分布混合更新策略,给出了多滤波器动态联合状态估计计算方案。分别采用仿真数据及现场实测数据进行计算的结果表明,在常规定位估计解算中引入Dirichlet过程混合模型,能够对未知不确定的导航卫星观测特性实现有效适应,提升定位性能对观测条件的容忍能力,降低单一观测分布假设的模型失配和性能劣化风险。     

GPS手持机＋GoogleEarth联合进行像控点选刺的探索与应用

航空摄影测量外业像控点选刺的精度和效率直接决定整个项目的进度和最终成果的质量.提出了一种新的方法,利用Google earth地图软件所具备的目标影像坐标提取功能,并结合手持GPS接收机的导航功能来快速确定待刺像控点目标影像的实地位置,大大提高了作业效率.