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。     

BDS/GPS/GLONASS中长基线解算性能对比分析

北斗三号全球卫星导航系统的建成,显著改变了多星座GNSS(全球导航卫星系统)的空间结构,为了定量评估融合北斗三号的多星座GNSS中长基线解算的精度和可靠性,采用实测中长基线数据,对不同系统组合、不同定权方法、不同观测时长下的BDS/GPS/GLONASS基线解算性能展开试验研究。在分析多星座GNSS基线解算函数模型和先验观测值定权方法的基础上,通过观测某高速铁路框架网65.9 km基线数据,进行不同策略下基线解算对比试验,结果表明：(1)BDS定位性能整体上优于GPS,0.5 h观测时长高度角定权策略下,融入BDS后三系统基线解精度比GPS/GLONASS双系统提高39.7%;(2)高度角定权法总体稳定性优于信噪比定权与等权方法,融入北斗后三系统0.5 h观测时长的基线解算精度与单GPS 2 h的解算精度相当;(3)融入北斗后,BDS/GPS/GLONASS三系统融合可减弱不同定权方法的中长基线解算精度的差异,水平和垂向差异分别为1 mm和5 mm。北斗三号系统将有利于铁路框架网控制测量的定位精度提升及后续作业流程优化。     

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。     

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。     

GPS技术建立铁路客运专线平面控制网若干问题探讨

结合生产实际，探讨GPS网的位置基准和方位基准、依据国家坐标系已知点建立工程独立坐标、GPS网的整体平差和坐标转换以及GPS基线解算基准参考站的选择等问题，总结了GPS建立铁路客运专线平面控制网的一些经验和方法。     

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。     

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。     

基于IGS的大范围区域工程控制网建网方法研究

为了研究大范围区域工程控制网的建网方法和整网平差方案,利用IGS站之间重复基线的传递功能,基于东北区域多个高速铁路的框架控制网(CP0)构建区域网,在验证IGS长基线的可靠性后,对该区域控制网进行无约束和约束平差计算。研究表明,利用不同坐标系的起算值,分别整网平差计算得到该区域网所有CP0测点CGCS2000坐标、1980西安坐标和1954北京坐标的成果,与原成果进行比较,坐标较差均在0.005～0.035 m之间;利用同名点的不同坐标系的成果,通过四参数模型求解坐标转换参数,利用该参数计算CP0测点的坐标与已知坐标进行对比以验证转换精度,点位偏差总体在0.01～0.10 m之间。研究结果表明,采用该方法的精度指标均满足高铁测量规范。通过东北区域网求解的转换参数,可服务于项目所在地的用地规划、国土测绘资料的衔接,并为后续开展的其他铁路坐标转换工作提供便利。     

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。     

北斗导航卫星系统在高速铁路精密控制测量中应用研究及精度分析

以京沈客运专线CPI级精密控制测量为例,对北斗卫星导航系统应用于铁路精密控制测量进行试验。在CPI控制网重复基线、异步环闭合差、坐标重复性、相邻点坐标差之差、相对精度等方面,北斗系统与GPS对比分析结果表明:北斗静态相对定位测量的平面精度可以满足CPI的精度要求,与GPS定位精度相当,说明北斗导航系统应用于高铁精密控制测量可行。     

高速铁路运营期线上平面控制网复测方法探讨

高速铁路建成通车后,在运营初期需要进行精测网复测,常规的复测方法为CPⅡ和CPⅢ两级控制网分别独立测量,作业效率较低。为解决这一问题,研制出一种新型的GPS天线-精密棱镜连接装置,可确保GPS相位中心与棱镜中心投影位置一致,解决了CPⅡ控制网和CPⅢ控制网不能同步观测的问题。在不同角度、不同距离的条件下进行了多组合的实测模拟,结果表明,该装置的同心精度优于0.5 mm,满足线上精测网复测的要求,可提高线上测量作业效率。     

论我国高速铁路精密工程测量技术体系及特点

本文对我国高速铁路精密工程测量技术体系的特点进行研究,重点对高速铁路精密工程测量的内容,高速铁路轨道的内部几何尺寸和外部几何尺寸定位精度,高速铁路精密工程测量的布网原则、坐标基准,"三网合一"的测量体系进行了系统的论述。提出了高速铁路工程测量平面控制网应在框架控制网(CP0)基础上分三级布设、高程控制网分二级布设的方法,平面坐标系统应采用边长投影变形值≤10mm/km的工程独立坐标系以及应按"三网合一"的原则进行高速铁路精密工程测量的观点。     

GPS技术建立铁路客运专线平面控制网若干问题探讨

结合生产实际,探讨GPS网位置基准和方位基准的选择,依据国家坐标系已知点建立工程独立坐标系,GPS网的整体平差和坐标转换,以及GPS基线解算基准参考站的选择等问题。     

基于北斗三代的铁路监测预警系统设计

针对铁路安全隐患问题,提出将第三代北斗卫星导航系统（简称：北斗三代）高精度定位技术引入铁路监测预警,设计了基于北斗三代的铁路监测预警系统,该系统利用北斗高精度定位的原理实现位移数据高精度监测,同时具备实时传输和即时预警等功能。实践证明,该系统相对于基于GPS的监测预警系统具有明显优势,可见的卫星个数显著增加,水平精度提高20%以上,高程精度提高50%以上。同时通过不同基线长度下监测性能的对比,为合理布设基准站提供参考。     

EGM2008重力场模型在GPS高程拟合中的应用分析

简要介绍了最新的超高阶地球重力场模型EGM2008,该模型的阶次完全至2159,空间分辨率约为5′(～9km).结合现今高速铁路客运专线精测网建设情况,利用客运专线精测网测设的二,三等水准观测结果和CPⅠ、CPⅡ GPS测量数据,采用高程拟合方法对三种模型的精度进行了统计,并进行对比分析,结果表明:利用EGM2008模型进行GPS高程拟合,其拟合精度明显优于360阶的EGM96以及EIGEN-CG01C模型.     

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。     

客运专线无砟轨道施工平面控制网优化设计

研究目的:本文通过对客运专线无砟轨道施工平面控制网设计的研究,提出平面控制网的布网方法、精度设计准则。研究方法:采用仿真实验的方法,通过误差理论分析,反演推算各级控制网精度,研究控制网的布网方法和精度设计准则。研究结果:提出了客运专线无砟轨道平面控制网的布网方法及精度设计准则。研究结论:客运专线无砟轨道施工平面控制网的坐标投影长度变形限定值应不大于10 mm/km;控制网沿线路应不大于5 km布设1对相距1 km左右且相互通视的GPS点,在GPS点之间布设近似直伸附和导线,导线边长400~600 m;任意3个相邻控制基桩点位误差引起的角度中误差应不大于8″。     

向莆铁路精测网投影变形的探讨

由于铁路线路的狭长性,精测必须顾及地球曲率及投影对坐标的影响。向莆铁路地形复杂,无砟轨道与有砟轨道交错,本文结合其观测成果,加上其它高速铁路精测网的经验,对投影带和投影面选取进行投影变形的分析,探讨在铁路精密工程控制测量中控制网的布设、数据处理、投影带和投影面的选取等若干问题。     

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。     

一种既有线偏差约束精测网建网方法

针对我国既有线铁路进行绝对位置控制,参照高速铁路CPIII自由设站边角交会网,提出一种既有线偏差约束精测网作为既有线绝对位置的控制基准。并对这种控制网的布网方案、测量方法、相邻测站间坐标转换搭接,以及测量过程中存在的问题进行详细分析论述。这种精测网采用单边控制网,建网简单、成本低,且可在V形天窗期进行测量;测量采用全站仪直接测量,测量效率高。研究结果表明,这种既有线偏差约束精测网可以作为一种新型轨道控制网在既有线铁路控制绝对位置中得到广泛应用。