基于IGS的大范围区域工程控制网建网方法研究_徐殿成.pdf

张琰，孔祥思，徐西桂 基于移动三维激光扫描的隧道结构监测方案研究与应用 矿山测量，（）：苏尧 三维激光扫描技术运用于隧道断面变形测量 冶金管理，（）：樊建昆 三维激光扫描技术在隧道变形监测中的应用 交通世界，（）：闵世平，彭东，何跃川，等 隧道三维激光扫描测算一体化技术方案与实践 现代隧道技术，（）：谷永磊 高速铁路无砟轨道钢轨波浪形磨损机理研究 北京：北京交通大学，中华人民共和国铁道部 高速铁路工程测量规范：北京：中国铁道出版社，陈伟汉，董宸奇，余俏 全站仪自由设站法精度分析及应用 中国科技信息，（）：李欣，孙懋珩 稳健平滑算法的改进策略 中国图象图形学报，（）：收稿日期：基金项目：中国铁路设计集团有限公司科研项目重点课题（）。作者简介：徐殿成（），男，年毕业于武汉大学摄影测量遥感专业，工学硕士，工程师，：。文章编号：（）基于 的大范围区域工程控制网建网方法研究徐殿成（中国铁路设计集团有限公司，天津）摘 要：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 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（）构建区域网，在验证 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 测点 坐标、西安坐标和 北京坐标的成果，与原成果进行比较，坐标较差均在.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 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.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。关键词：高速铁路；站；数据；区域控制网；转换参数中图分类号：；文献标识码：开放科学（资源服务）标识码（）：（，）：，（），铁 道 勘 察 年第 期 ，.，.，：；概述高速铁路测绘工作中，一般采用卫星定位方法建立 框架平面控制网，作为全线的平面坐标框架基准。苗成慧等针对实际工程应用中的 基线解算，分析了基线解算的几个影响因素，并提出了相应的解决方法；焦文海等提出在建立大范围区域控制网时，认为利用单点定位获取控制网起始数据的方法已经不能满足 的精度需求；史子乐讨论了利用联测 跟踪站提高 区域控制网起算数据精度的方法，并介绍了将区域控制网框架和国际地球参考框架 相连的方法；符钢等结合某实测 变形监测网中的 个站点解算，讨论了 基准站数量、基准站分布对变形监测 网数据解算精度的影响；赵桂儒等利用 软件对北京市 形变监测网的数据进行处理，分析了如何利用 站建立大范围区域控制网。综上所述，利用 站将某区域内多个既有勘测项目的框架控制网组成一个大范围的区域控制网已成为可能。通过构建区域网，可统一不同坐标系的起算值和减少系统误差，从而提高测量成果的可靠性，为该区域平面控制网提供统一基准。数据收集.观测数据研究区域内共有哈齐高铁、牡佳高铁、哈佳高铁、沈白高铁、敦白高铁和朝盘高铁，在勘测期间的 观测数据见图。部分线路的观测点同时具有 坐标系、西安坐标系和 北京坐标系的坐标成果，这为大范围区域工程控制网的整网平差计算和不同坐标系之间的相互转换提供了基础。图 东北区域 测站点分布.站观测数据选用东北和华北区域周边的、和 共 个 站，作为本次大范围工程控制网构建的基础，数据见表。表 站观测数据线路名称广播星历文件精密星历文件观测时间白敦高铁.牡佳高铁.哈齐高铁.沈白高铁.朝盘高铁.哈佳高铁.各时期的 观测文件和广播星历可从：下载，精密星历文件 可 从：下载。基于 的大范围区域工程控制网建网方法研究：徐殿成 数据预处理与基线解算.数据预处理在进行基线向量解算之前，应先将观测值文件规格化、标准化。由于不同接收机提供的原始数据记录格式不同，需要将其统一转换成标准的 文件格式。其次，各项目的数据采样间隔也略有不同，需要利用 程序，将采样密度标准化。程序实 现 采 样 密 度 标 准 化 的 命 令 为：。.基线解算对于 载波相位测量值，可以在卫星间或接收机间求差，也可以在不同历元间求差。本次利用 软件解算基线，这样可以完全消除卫星钟差和接收机钟差的影响，同时也可以明显减弱诸如轨道误差、大气折射误差等系统性误差的影响。在基线解算过程中，引入上述 个 站数据进行联合解算。所选用卫星高度截止角为，数据采样间隔为 ，观测值模式为无电离层组合，天顶延迟改正模型选择 模型，海潮模型和固体潮模型分别采用 模型和 模型。根据以上基线解算模式，在 程序中输入基线解算命令，分别对 条铁路线路的观测数据进行求解。由表 可知，标准化均方根误差 值在.左右，表明周跳修复较好。宽巷组合模糊度固定率，窄巷组合模糊度固定率，说明基线解算结果有效，可以进行下一步计算。表 利用 解算各线路基线的总体情况线路名称宽巷组合模糊度固定率 窄巷组合模糊度固定率 敦白高铁.牡佳高铁.哈齐高铁.沈白高铁.朝盘高铁.哈佳高铁.大范围区域工程控制网平差.站基线精度分析先利用 个 站单独构成长基线网，来验证 站传递基线的可靠性，网形见图。由 解算基线后，使用 基线平差软件，对 站的重复基线长度的较差进行分析。由表 可知，重复基线长度较差值均满足高铁规范的限差要求。表 站重复基线长度较差统计基线名重复基线数量基线长 重复基线长度较差 最大值最小值平均值限差.区域网无约束平差利用 基线作为公共基线进行传递，将东北区域多个既有项目的 数据构建成大范围的区域工程控制网（见图）。经分析，该区域网的重复基线和闭合环差，以及基线向量均符合高铁规范中关于 基线解算的相关要求，可作进一步平差计算。表 区域控制网独立环闭合差统计对应最小独立环对应最大值限差合格.是.是.是.是表 无约束平差基线向量改正数最大值统计对应基线名对应最大值限差合格.是.是.是以三维基线向量及其方差协方差阵作为观测信息，以 坐标为起算数据进行三维无约束平差，并提供空间直角坐标、基线向量及其改正数和精度。由无约束平差结果可知，该区域网的基线向量各分量的改正数绝对值均小于高铁规范中的限差。其中，基线弦长标准差 （）；固定误差；比例误差系数.；为相邻点间距离。.区域网约束平差选择在该区域网中分布均匀的 观测点作为起算点，其平面坐标见表。铁 道 勘 察 年第 期图 基于 站的东北区域工程控制网网形表 东北地区 坐标系起算点平面坐标点名所在线路北坐标东坐标牡佳高铁.白敦高铁.沈白高铁.哈佳高铁.朝盘高铁.通过区域网约束平差，分别计算得到所有 观测点的 坐 标、西 安 坐 标 和 北京坐标。由约束平差结果可知，该区域网的约束平差基线向量各分量改正数与无约束平差同一基线改正数较差的绝对值均小于限差，且最弱边边长相对中误差均小于限差 。图 区域控制网整网平差成果与原成果坐标较差统计由图 可知，各 观测点经大范围区域控制网整网平差后的成果与原始各项目控制网中对应点的成果相比较，在 方向和 方向较差均在.之间。综上可知，该区域工程控制网无约束平差和约束平差中各项技术指标均满足高铁规范中 控制网的相关要求，且整网平差后的成果接近原测成果，即通过 基线传递可以实现大范围工程控制网的构建，且整网平差成果能应用于精度要求一般的工程项目。技术应用利用 基线构建大范围区域工程控制网后，通过不同坐标系的起算值，在整网平差基础上可获得所有测点不同坐标系的成果。通过参数转换模型，可利用同名点的不同坐标系成果，求解得到转换参数，进而实现该区域内不同坐标系之间的坐标转换。.转换参数求解测量坐标基准转换包括不同的参心坐标系之间的转换，不同地心坐标系之间的转换以及参心坐标系和地心坐标系之间的坐标转换，其实质是不同的空间直角坐标系之间的换算，转换的关键是确定转换的数学模型和转换参数。两个不同的三维空间直角坐标系之间转换时，通常使用七参数模型；两个不同的平面坐标系之间转换时，通常采用四参数模型。由于本次实验测区范围大，同时已知起算点缺少高程信息或者高程数值不够准确，无法使用七参数模型来求解不同坐标系之间转换参数。.平面坐标转换在东北区域工程控制网中，选择均匀分布的 个兼有 坐标、西安坐标和 北京坐标的公共点，通过 程序编写的四参数模型进行计算，得到了不同坐标系之间转换的四参数。基于四参数的平面坐标转换模型为|（）|（）式中，为两个坐标轴方向上的平移分量；为旋转分量；为尺度分量；（，）为原坐标系下的坐标；（，）为目标坐标系下的坐标。.平面坐标转换的精度分析通过参数转换后各测点的 方向偏差量、方向偏差量以及点位偏差量，来分析四参数模型的转换精度情况（见图）。其中，点位偏差量为 偏差量和 偏差量的均方根。图 东北区域 点四参数转换成果点位偏差量统计由图 可知，四参数转换后两坐标系统、方向的差值的绝对值、点位偏差大多在.内波动，其转换参数可用于精度要求不高的坐标转换、测绘资料衔接等工作。结论基于东北地区多条高速铁路 观测数据和同基于 的大范围区域工程控制网建网方法研究：徐殿成期 站数据，利用 重新解算基线，从而建立大范围区域工程控制网。经整网平差计算，各项技术指标均满足高铁测量规范。利用部分 控制点在国家 坐标系、西安坐标系、北京坐标系不同坐标系的公共点，计算各坐标系间的四参数，在此基础之上，进行坐标转换得到其他测点在相关坐标系下的坐标。精度验证表明，该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。参考文献 毕继鑫，田林亚，李国琴，等 高速铁路 框架控制网 解算结果与 站的选取研究 铁道标准设计，（）：苗成慧，青盛 基线解算方法分析 四川建筑，（）：，焦文海，王刚，贾小林 全球 站数据与 区域网数据的联合处理 测绘学报，（）：史子乐 利用联测 跟踪站方法提高 控制网起算数据精度 北京测绘，（）：，符钢，陈西斌 解算区域 网结果与 站选取关系探讨 全球定位系统，（）：赵桂儒，杨天青，徐平，等 小区域 形变监测网 数据处理结果与 站选取的关系探讨 地震地磁观测与研究，（）：徐杰，任超，孟黎 使用 进行高精度基线向量解算的方法与实践 海洋测绘，（）：高成发，赵毅，万德钧 载波定位中双差观测值权的合理确定 测绘科学，（）：，姚宜斌，曹娜，许超钤，等 模型的精度检验与分析 测绘学报，（）：柴大帅，卢秀山，王胜利，等 信噪比的 宽巷模糊度单历元固定算法 测绘科学，（）：慕仁海，常春涛，党亚民，等.解算 长基线精度分析 全球定位系统，（）：，吕福祥，闫文林，王坚 含有 连续跟踪站的长基线精密定位 矿山测量，（）：，中华人民共和国铁道部 高速铁路工程测量规范：北京：中国铁道出版社，施闯 大规模、高精度 网平差处理与分析理论及其应用武汉：武汉大学，杨蕊 测量坐标系统转换方法研究与实现 西安：长安大学，孙小荣，张书毕，徐爱功，等 七参数坐标转换模型的适用性分析 测绘科学，（）：（上接第 页）薛亚东，高健，李宜城，等 基于深度学习的地铁隧道衬砌病害检测模型优化 湖南大学学报（自然科学版），（）：黄铁军，余肇飞，刘怡俊 类脑机的思想与体系结构综述 计算机研究与发展，（）：，（）：，（）：王睿，漆泰岳，雷波，等 隧道衬砌裂缝特征提取方法研究 岩石力学与工程学报，（）：王耀东，朱力强，史红梅，等 基于局部图像纹理计算的隧道裂缝视觉检测技术 铁道学报，（）：彭斌，祝志恒，阳军生，等 基于全景展开图像的隧道衬砌渗漏水数字化识别方法研究 现代隧道技术，（）：黄宏伟，李庆桐 基于深度学习的盾构隧道渗漏水病害图像识别 岩石力学与工程学报，（）：，（）：徐志刚，赵祥模，宋焕生，等 基于直方图估计和形状分析的沥青路面裂缝识别算法 仪器仪表学报，（）：，（）：，（）：，（）：，（）：柴雪松，朱兴永，李健超，等 基于深度卷积神经网络的隧道衬砌裂缝识别算法 铁道建筑，（）：苗晓坤 基于卷积神经网络的隧道表观结构病害识别方法研究 济南：山东大学，：，：铁 道 勘 察 年第 期