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。     

GAMIT中不同卫星星历对GNSS点位坐标解算的影响

利用GAMIT/GLOBK软件进行GNSS数据高精度解算的时效受限于IGS最终精密星历(IGS)的发布。为提高时效,探讨不同星历对不同基线距GNSS网络坐标解算精度的影响。基于GAMIT软件,采用IGS发布的最终精密卫星星历(IGS)和快速卫星星历(IGR),对不同基线距(20～1000 km)的GNSS网络进行坐标解算。结果表明,利用最终精密星历解算GNSS点的坐标精度随着基线距的增加而减小,水平向坐标误差保持在5 mm以内,中短基线网(20～200 km)垂向误差在1 cm以内,长基线网(200～1000 km)垂向误差超过2 cm;利用快速卫星星历解算短基线GNSS网(20～100 km)的点位水平向误差在5 mm以内,中长基线GNSS网(60～200 km)点位水平向精度保持在1 cm以内,长基线GNSS网点位水平向精度超过1 cm。上述结果表明,在GAMIT/GLOBK软件中,利用快速卫星星历解算中-短基线距GNSS网,可以满足三维坐标精度需求为1 cm的工程。     

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。     

高速铁路CP0基线解算中天顶对流层参数估计研究

对流层延迟是GPS测量的重要误差源之一,对模糊度解算及基线精度均有较大影响。高速铁路CP0框架控制网基线解算中采用PWL分段线性法估计天顶对流层湿延迟参数的方法提高对流层折射改正精度,因此研究PWL分段线性法中参数估计的时间间隔对CP0基线解算的影响是十分必要的。介绍GPS对流层延迟的改正原理,通过设计不同解算方案采用工程测量数据对天顶对流层湿延迟参数估计的合理时间间隔进行研究。结果表明,每4~6 h估计一个天顶对流层湿延迟参数效果较好,能真实反映出对流层折射影响随时间变化的趋势,从而提高基线解的精度。     

铁路GPS测量中天线定向对高精度基线解的影响分析

GPS天线存在相位中心偏差和天线相位中心变化,在高精度的铁路CP0控制网GPS测量基线解算时,必须对其进行绝对相位中心改正。比较了GPS天线不同定向引起的不同解算结果,分析了天线定向对高精度基线解的影响。     

海外项目平面控制测量起算数据获取方法研究与可靠性验证

针对欠发达国家或地区缺少平面控制网起算数据的问题,以刚果(金)马诺诺—安科罗道路工程为例,基于ITRF组织提供的站心框架坐标、运行速度等已知高精度数据,运用GAMIT软件进行长基线解算,利用CosaGPS软件进行网平差,经历元转换和坐标转换,获得该项目的高精度起算数据。以上述起算点对控制网进行约束平差,并根据投影变形公式进行数学计算,获得满足规范要求的控制成果;以联合平差法对同一控制网进行约束,得到该控制网的另一套控制成果。通过对比,验证了联测IGS参考站获取起算数据的可靠性。     

不同星历产品对高速铁路框架控制网解算精度的影响

基于GAMIT/GLOBK基线解算模块,分别利用国际GNSS服务组织提供的快速星历(IGR)和超快速星历(IGU)产品对某高速铁路框架控制网(CP0)数据进行基线解算,将解算结果与最终星历(IGF)产品的解算结果进行对比,验证不同星历产品(IGR及IGU)对控制网基线解算精度的影响;对基线解算结果进行二维约束平差,得到各个站点的平面坐标,并与IGF产品解算的结果进行对比。结果表明,IGR及IGU产品解算的基线平差结果 x分量精度均优于1.5 mm,y分量精度均优于3 mm,IGU产品解算结果的误差略大于IGR,但平面误差均为mm级,可满足高速铁路框架控制网的精度要求,而IGU星历产品相较于IGR星历产品时延更短,更能满足高速铁路框架控制网对于时效性的要求。     

高速铁路CP0基线解算中起算点坐标精度研究

在高速铁路CP0基线解算过程中,需要将IGS参考站作为起算点,当起算点坐标出现误差或兼容性较差时,将导致整个框架控制网基线向量解产生系统性旋转和尺度变化,因此必须对起算点坐标的允许精度进行研究。介绍起算点误差传播与影响模型,从理论上分析起算点误差对基线解算的影响程度,通过设计不同解算方案采用工程测量数据对起算点坐标的允许精度进行研究。结果表明,使用GAMIT软件进行CP0框架控制网解算时必须严格控制起算点坐标的误差,起算点点位坐标精度最好控制在10 cm之内;当起算点坐标误差达到20 cm时,各基线分量的解算结果的精度在毫米级的量级;当起算点坐标误差达到2 m时,基线解算结果不可靠,不满足高精度解算要求。     

GPS基线解算与质量控制

以Trimble随机商用软件Trimble Geomatics O ffice为例,详细介绍了铁路工程控制网GPS基线解算的质量控制指标,分析了影响GPS基线解算质量的主要因素及其判定方法,并对如何消除这些因素影响给出了相应处理措施。     

基线选取对铁路工程平面控制网平差的影响研究

铁路工程平面控制网是典型的带状网,一般采用卫星定位方法建立。《铁路工程卫星定位测量规范》要求以所有独立基线构成控制网进行平差,而《高速铁路工程测量规范》中要求利用构成同步观测环的基线边参加CPI构网平差,以增强CPI控制网的图形强度,两规范中的说法有明显的矛盾。以某铁路CPI控制网为例,对独立基线构网与加入同步观测环的基线边构网进行平差对比分析,结果表明两种方法的平差坐标成果差异不大,均满足工程需要,但平差后精度评定有所差异,加入同步环的基线边构网平差结果精度为独立基线构网的1.4倍,独立基线构网精度评定更为客观真实。     

起算点坐标精度对高速铁路CP0框架网GAMIT基线解算结果的影响研究

根据GNSS相对定位双差观测方程推导了起算点误差对GPS基线向量的传播模型。以杭黄高速铁路CP0框架控制网作为研究对象,用试验的方法讨论了不同起算点坐标精度对高速铁路CP0框架网基线解算结果的影响。结果表明,在使用GAMIT软件处理CP0框架网基线向量时,必须严格控制起算点坐标精度,最好将其控制在10 cm范围内;当起算点初始坐标精度低至20 cm时,GAMIT软件解算的CP0框架网基线在X、Y、Z三个方向的分量可仍保持在mm级;但当起算点坐标误差达到2 m时,CP0框架网GAMIT基线解算结果无法满足高速铁路CP0框架网基线解算的精度要求。     

铁路北斗/GNSS基准服务平台设计与研发

为进一步提高铁路控制网的服务效能与信息化水平,实现铁路工务基准复测的自动维护,本文提出了一种铁路北斗/GNSS(Global Navigation Satellite System)基准服务平台。分析控制网复测中稳定点与变动点的判断方法,提出位置基准自维护流程,结合互联网通信与卫星定位等技术,从平台关键技术、框架设计和模块研发方面论述铁路北斗/GNSS基准服务平台的研发过程。该系统能够实现基准站位置的自动维护,终端设备定位的高精度播发,减少线路复测过程中的工作量,为铁路工务运维降低部分成本。     

基于北斗CORS的铁路快速静态测量方法研究

复杂环境下由于卫星信号质量差等原因,常规地区的测量技术标准不具有适用性。为研究复杂环境下快速静态测量的技术方案,利用某铁路带状稀疏卫星导航定位基准站(Continuously Operating Reference Stations, CORS)综合服务系统,开展一系列快速静态测量实验,通过箱形图等方式,分析不同星座、不同观测时长下的测量精度。与铁路控制网的成果比较后发现,观测时长为5～25min且解算成功的前提下,基于CORS的GPS+BDS、单GPS与单BDS的快速静态测量成果计算的外符合精度差异较小,平面和高程中误差整体优于16 mm和45 mm,均可满足像控点测量精度要求;存在解算失败的情况,解算失败的像控点与其距CORS站的距离无显著联系,随着观测时长的增加,解算失败的时段数明显减少。此外,在相同观测时长下,基于CORS的GPS+BDS与单BDS模式测量精度较高,单GPS相对较差。对于复杂环境,北斗CORS系统在铁路快速静态测量方面替代GPS是可行的,建议快速静态测量时长在25 min以上为宜。     

针对铁路基础设施形变监测的GNSS观测数据质量评价研究

在应用全球导航卫星系统（GNSS,Global Navigation Satellite System）对铁路基础设施进行形变监测时，因运营期间铁路线路一直处于封闭状态，造成现场维护困难，需要通过分析评价GNSS监测站的GNSS观测数据质量，来检查GNSS监测站的运行状态。文章在分析常用GNSS观测数据质量评价指标的基础上，结合形变监测特点，选取了9项评价指标。采用岭回归分析法，在多项数据质量指标与监测最终解算精度间建立预测模型，对数据质量进行绝对性评价。基于浩吉（浩勒报吉—吉安）铁路沿线某边坡的8个GNSS监测站的观测数据，建立了预测模型，经验证，该模型预测误差的均方根为1.1 mm，优于GNSS解算的常规误差，证明了模型的可靠性和评价方法的可行性。     

快速星历与精密星历对基线解算和平差结果的影响

在数据处理中,为求得高精度的点位坐标,基线解算一般采用精密星历。精密星历要在观测两周后才能得到,而快速星历在观测17h后就能得到。分析了两种星历误差对基线解算、网平差计算结果的影响,结果表明,对于一般的工程控制网而言,快速星历能够达到与精密星历同样的效果。     

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。     

高铁轨道基准网平面网坐标转换方法研究

在高速铁路轨道基准网平面网数据处理中,需要将外业所测合格的轨道基准点坐标从测站站心坐标系转换到铁路工程独立坐标系,目前德国采用的是三参数坐标转换模型,而不是常规采用的四参数坐标转换模型.介绍了2种平面坐标转换模型及其转换参数精度评定的算法,通过对2种坐标转换的转换参数精度、坐标转换前后公共点残差以及站间坐标搭接情况的比较分析,认为2种坐标转换方法均能满足轨道基准网的精度要求,但是在其上一级CPⅢ控制网为约束平差的前提下,采用四参数坐标转换方法效果更优.     

高速铁路CP0框架控制网GAMIT解算结果与IGS站的选取研究

针对高速铁路CP0框架控制网数据解算时IGS基准站的选取问题,以沿江城际铁路CP0框架控制网作为研究对象,用试验的方法讨论使用GAMIT软件处理高速铁路CP0框架网时,选择IGS基准站的空间分布和数量分布对基线解算的影响。结果表明,在CP0框架网数据处理时必须选取IGS站提供参考框架,但可不必选择位于南半球的IGS站;选取的IGS站空间分布要均匀,数量上选择4～5个即可。     

归化投影改正对 CPIII 控制网精度影响分析

针对 CPIII 控制网是否需要进行归化投影改正,以及归化投影改正数在多少时需进行改正的问题,采用模拟数据计算并统计了以一定梯度变化的归化投影改正数对 CPIII 网约束平差后的精度影响情况;研究结果表明：归化投影改正数对约束平差后的方向平差结果没有影响,对距离平差结果以及相邻点位相对精度影响较为显著,提出了当归化投影改正数在5 mm／km 以下时,可不进行归化投影改正,反之则需进行归化投影改正。     

归化投影改正对CPⅢ控制网精度影响分析

针对CPⅢ控制网是否需要进行归化投影改正,以及归化投影改正数在多少时需进行改正的问题,采用模拟数据计算并统计了以一定梯度变化的归化投影改正数对CPⅢ网约束平差后的精度影响情况;研究结果表明:归化投影改正数对约束平差后的方向平差结果没有影响,对距离平差结果以及相邻点位相对精度影响较为显著,提出了当归化投影改正数在5 mm/km以下时,可不进行归化投影改正,反之则需进行归化投影改正。