深圳地铁三号线GPS平面控制网建立及精度分析

[摘　要]本文全面介绍了深圳地铁三号线GPS平面控制网的布设方案,包括GPS控制网技术设计、外业观测、基线向量解算、控制网平差及精度分析和可靠性检验等。同时对地铁GPS平面控制网建立的有关问题提出一些建议。

[关键词]基线向量解算;网平差;精度分析;可靠性检验

 

1 工程与测区概况
  
     深圳地铁三号线工程初期建设线路起自红岭中路站,止于龙兴街站,沿线所经区域有罗湖区的东门、水贝、布心片区,龙岗区布吉镇、横岗镇、龙岗中心城及龙岗镇。正线全长32.91km,其中地下线长692km,高架线长25.71km。全线共设21个车站和1个车辆段,其中红岭中路站至布心站6个车站为地下站,布吉联检站至龙兴街站14个车站为高架站,塘坑站为半地下站。该项目全线位于特区内,特别是地下线部分红岭中路—老街—东门中路三站两区从东门老街商业繁华地带穿过,高楼林立、街道狭窄、交通繁忙、城市无线电干扰严重,给GPS测量带来困难。

 

2 GPS控制网设计

2.1 布网原则
      本项目GPS控制网根据《地下铁道、轻轨交通工程测量规范》、《城市测量规范》以及《全球定位系统城市测量技术规程》中相关技术要求布网。GPS网沿地铁线路呈带状分布,采用边连接形式构网,由多个同步大地四边形或三角网组成,网内重合了4个城市二等控制点,并对包括重合点在内的控制网进行长边大地四边形观测,以便对整网进行长度基准控制。GPS控制网由非同步独立观测边构成闭合环或附合路线,每个闭合环或附合路线中的边数不大于6条。

2.2 选点与埋石
      根据布网原则和现场实际情况,沿线路每隔2km左右布设一对相互通视的GPS点,为保证精密导线联测需要每个GPS点至少与两个相邻GPS点通视,每对GPS点边长800~2000m。GPS点均选在利于保存、便于施测的建筑物顶面,点位视野开阔,远离高压输电线和无线电发射装置。

2.3 主要技术指标
      依据《地下铁道、轻轨交通工程测量规范》的技术要求,本项目GPS控制网按GPSC级网施测。最弱点位中误差不大于12mm,相邻点相对点位中误差不大于10mm,最弱边相对中误差不大于1/9万,与原有控制点的坐标较差不大于50mm。

3 外业观测

    GPS控制网采用6台Trimble5700双频(标称精度为±5mm+1ppm)接收机作业。GPS测量作业前,接收机在一般检视和通电检验后,还进行了GPS接收机内部噪声水平测试和接收机天线平均相位中心稳定性检验,并对基座光学对中器和卷尺进行检校。根据编制的GPS卫星可见性预报表及卫星的几何图形强度(其PDOP值不应大于6),选择最佳观测时段。
 
   观测时按相对静态定位模式进行观测,每条边观测时段≥2,每个观测时段长度≥90min,卫星高度角≥15°,天线整平对中误差≤1mm。每时段观测前后各量取天线高一次,两次量测值互差≤3mm,并取平均值作为最后天线高。
 
    全网共联测4个原有城市二等控制点(Ⅱ27望海岭、Ⅱ32红花顶、Ⅱ37求水坳、Ⅱ82深勘大厦)、1个城市三等控制点(Ⅲ526植物园)共5个重合点以及新布设的32个GPS点。观测时除对GPS控制网内短边未知点进行构网观测,全线还选择7个GPS控制点(GPS04、GPS06、GPS21、GPS23、GPS27、GPS30、GPS32)和5个重合点构成长边图形观测,保证了GPS网的精度均匀及减少了尺度比的误差影响。深圳市地铁3号线GPS控制网联测图如图1。

4 基线向量解算

4.1 基线向量解算

      基线向量解算是利用二个或多个测站的GPS同步载波相位观测值确定测站之间坐标差的过程。本项目采用Trimble随机软件TGO1·62按静态相对定位模式解算,基线解算采用卫星广播星历坐标作为基线解的起算数据。因测区处于经济发达地区,城市无线电信号强烈,再加上太阳等天体辐射影响GPS信号通过电离层时,传播路径和传播速度会发生变化,从而影响GPS卫星至地面接收机之间的观测距离,若不加以仔细改正,会严重损害GPS观测值精度。本项目在施测时利用多台GPS双频接收机进行同步观测,并在基线解算时通过高级参数设置,利用TGO电离层改正模型对大于4km的基线进行电离层改正。电离层改正模型考虑了折射率中的高阶项以及地磁场的影响,并且沿着信号传播路径进行积分,通过基线解算精度比较,加入改正模型后的精度均优于2mm,可显著提高基线向量解算观测值水平和垂直精度。