李冬妮
广州市地下铁道总公司建设事业总部?广东省广州市?510380
摘要：广州市连续运行卫星定位城市测量综合服务系统（GZCORS）是将现代卫星定位、计算机网络、数字通讯等技术进行多方位、高深度集成的结晶，可以全自动、全天候、实时提供网络覆盖区域内的高精度三维坐标和时间信息，它是广州市实现城市现代化管理和数字化城市所不可缺少的重要组成部分。基于此，本文结合广州市轨道交通首级控制网项目，主要介绍GZCORS系统在GPS静态测量应用中的优势和方法。
关键词：GZCORS 静态测量 基线向量
一、引言
广州市连续运行卫星定位城市测量综合服务系统主要由基准站网子系统（Reference Station Sub-System，简称RSS）、数据中心子系统（System Monitoring and Analysis Center，简称SMAC）、用户服务子系统（Data Commounication Sub-System，简称DCS）和数据通讯子系统组成（User Application Sub-System，简称UAS）组成。广州市连续运行卫星定位城市测量综合服务系统是广州市城市空间数据基础设施之一，它覆盖全广州约8000平方公里的行政区域（图1）。作为动态、连续的空间数据参考框架，它可以全自动、全天候、实时提供覆盖全广州市域的高精度空间和时间信息。
图1：GZCORS系统基站分布及范围覆盖图
由于GZCORS系统基站是每天连续24小时不间断进行观测，能够提供高精度WGS-84坐标，并且基站之间构成的基线的精度不是常规GPS静态测量可以达到的。所以在本次广州市轨道交通工程首级控制网中，利用GZCORS系统基站高精度的WGS-84坐标作为已知点进行三维约束平差和以基站之间构成的基线为已知边进行长基线约束平差方法，对广州市轨道交通工程首级控制网进行三维约束平差，从而能很好发现控制网观测基线向量的粗差和提高整个首级控制网内符合精度。同时GZCORS平面和高程的定位精度非常高，实现平面定位精度优于±1.6cm，高程精度优于±3.0cm，首次在国内实现了CORS平面实时与精化似大地水准面的结合，实现了高精度的实时三维定位。利用基站高精度WGS-84坐标的三维约束平差和似大地水准面精化相结合，可以得到整个轨道交通控制网中控制点的高精度WGS-84坐标和概略高程。满足了轨道交通工程这种精密工程的施工、监测的需要。
二、广州市轨道交通工程首级控制网
2.1 项目概况
广州市轨道交通工程首级GPS平面控制网（图2）主要包括三个方面的工作内容，分别为：
广州市轨道交通建设线路GPS框架网建设
广州市轨道交通2010建设线路GPS平面控制网维护
广州市轨道交通2015年新增线路GPS平面控制网
广州市轨道交通工程首级GPS平面控制网首先布设轨道交通框架网，框架网覆盖广州市整个地铁现有线路以及远景规划线路，框架网点不但作为本次维护重测和新增线路控制网的骨架点，而且为今后轨道交通继续的扩展提供可靠的首级控制。
这样可使整个轨道交通线路能够在统一起算点、统一精度下进行施测地铁下一级控制点，使不同时期建设的轨道交通线路之间能够很好的衔接，保证轨道交通线路建设的顺利进行。
图2 广州市轨道交通工程首级控制网网图
2.2 技术依据和精度指标
技术依据：广州市轨道交通工程首级控制网技术依据是《全球定位系统（GPS）测量规范》GB/T18314和《城市轨道交通工程测量规范》GB50308-2008。
精度指标：最弱点点位中误差≤±12mm；相邻点的相对点位中误差≤±10mm；最弱边相对中误差≤1/10万；与现有控制点的坐标较差≤±50mm；不同线路控制网重合点坐标较差≤±25mm。
2.3 外业观测
广州市轨道交通工程首级控制网采用二、三等平面控制网精度进行施测，观测具体参数如下：
广州市轨道交通工程首级控制网观测采用了6台Trimble公司的R8仪器进行观测，外业观测前首先查看当天的星历预报，挑选合适时间进行外业观测，以避免由于各种原因引起卫星信号不好对外业观测的影响。观测同时做好观测手簿的记录。
2.4 数据处理
2.4.1 基线解算
广州市轨道交通工程首级控制网的基线解算采用Trimble公司的处理软件TGO（Trimble Geomatic Office）来完成，选取广播星历进行解算。在解算中每一条基线都按双差固定解来解算。同时，根据同步和异步闭合环的闭合差值及时了解基线的质量情况。
广州市轨道交通工程首级控制网共解算独立基线525条，其中最长边为神山（81）-盐步（07）27072.68m，最短边为秀全中学西门（80）-全鸿花园（B7）593.084，平均边长5030.442m。
2.4.2 平差计算
平差计算采用后处理软件TGPPSW for WIN32完成。
按本项目技术方案评审意见，平差计算以地铁框架网中的二等控制点作为骨架点，将地铁框架网和广州市轨道交通2010建设线路GPS平面控制网维护、广州市轨道交通2015年新增线路GPS平面控制网合并在一起作整体平差。
广州市轨道交通工程首级控制网共由187个点组成，实际采用独立观测基线向量共525条，其中有78条重复观测向量，共组成闭合环261个。在261个闭合环中，其坐标差分量、环闭合差全部满足《全球定位系统城市测量技术规程》要求。最大环闭合差为6.30ppm（限差要求为9.50ppm），最小为0.06ppm。
重复基线较差最小为0.21ppm，最大为18.06ppm（限差31.5ppm），重复基线较差平均为3.68ppm。
2.4.3 三维约束平差
三维约束平差的目的是计算出全网所有点的WGS-84坐标，在此基础上，进而利用广州市大地水准面精化成果计算得到全网网点的广州高程，满足了地铁方需要提供GPS点概略高程的要求。
（1）采用的约束点
广州市轨道交通工程首级GPS平面控制网覆盖范围内的GZCORS系统连续运行基准站站点有5个，因此选用了全部5个GZCORS基站点作为起算点。分别为：新华站、永和站、沙头站、横沥站、五山站。这五个点都拥有高精度的WGS-84坐标。
（2）精度统计
三维约束平差后，最弱点为太平镇（TP），统计结果如下表：
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2.4.4 二维约束平差
广州市轨道交通工程首级GPS平面控制网在广州坐标系下进行约束平差，共采用16个广州市二等GPS平面点作为起算点，经检验起算点兼容性良好。
（1）点位精度
约束平差后，最弱点为平岗（09），点位中误差为1.17cm，小于1.2cm。
（2）最弱边精度情况
最弱边为秀全中学西门（80）-全鸿花园（B7）边长相对中误差为9.84ppm（1/10.1万），满足1/10万的设计要求。
（3）相邻点位精度
根据《城市轨道交通工程测量规范》，相邻点的相对点位中误差可用下式进行计算：
三、GZCORS系统在本项目中的应用
1、充分利用GZCORS连续运行基准站的无人值守优势，可以利用站点的全天连续观测数据，增加控制网的站点数和观测量、减少不必要的设站、加强全网的联系、有效保证控制网的网形；
2、 GZCORS站点具有高精度的WGS-84三维地心坐标，选用处于控制网中心位置的五山站，为全网提供较高的WGS-84起算数据基准，从而提高解算精度和可靠性；
3、 GZCORS站点具有高精度的WGS-84三维地心坐标，利用控制网中所有CORS站点的WGS-84坐标，在WGS-84坐标系下进行三维约束平差，得到全网所有点的WGS-84坐标，在此基础上，可以进而利用广州市大地水准面精化成果计算得到全网网点的广州高程，满足地铁方需要提供GPS点概略高程的要求。
四、结束语
在我们传统GPS静态测量中引入CORS系统基准站数据，同时基站之间的超长基线已知边的引入，能够很好发现控制网中的基线向量的粗差，极大的提高了GPS控制网的内符合精度。并且使得我们的测量工作更加方便、快捷、精度更高更稳定。
参考文献：
1、广州市连续运行卫星定位城市测量综合服务系统使用说明书，广州市城市规划勘测设计研究院，2007年6月。
2、施闯，大规模高精度GPS网平差与分析理论及其应用，中国测绘出版社，2002年7月。
论文作者:李冬妮
论文发表刊物:《基层建设》2015年16期
论文发表时间:2015/11/20
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