张汉武
中交一公局西北工程有限公司 北京市 100000
摘要：将GPS技术应用到高速铁路建设的控制测量工作中，可根据两点间的距离对高速铁路控制测量进行定位，使测量人员在工作中可实时掌握测量的定位结果，有利于提升高速铁路控制测量的精度。基于此，本文以GPS技术的应用为研究切入点，开展GPS在高速铁路控制测量中的精度分析与研究，以实现控制测量全过程的高精度。
关键词：GPS；高速铁路；控制测量；精度分析
1GPS网中控制测量基线定向解算
应用GPS技术对高速铁路控制测量点定位，主要利用测量基线对三差高速铁路控制模型进行定向求解。其中三差是指同一组卫星定位数据中不同历元数据的双差数据值，这种控制测量点定位方法不仅有效地消除了参数具有模糊性的问题，同时也在一定程度上降低了卫星定位轨道的误差值。假设控制站为1和2，测量时间为T1和T2，基于历元同步观测卫星站p和q，建立双差方程。此时，按照数据的静态测量标准，划分数据有效时长测量段，定义不同类型数据的采集样本间隔时间，使用PDOP进行数据的收集。当卫星站点识别数据为双频数据时，定义高速铁路控制测量三差模型。此过程可用公式（1）表示。
（1）
公式（1）中：表示高速铁路控制测量三差模型；表示高速铁路轨道位置整数节点；表示历元参数；x、y、z分别表示控制测量点的空间坐标。根据上述计算公式可知，在控制测量节点数据时，由卫星定位的未知节点数据与三差解算函数模型中的控制矢量没有直接关系，因此可近似地认为，在GPS定位中，三差函数模型中不存在完整的周期未知数。
根据对高速铁路控制测量未知点的分析，可利用三差计算方法，进行观测站点与非差相位观测值的方差定义，以此掌握不同卫星观测获取的测量数据精度值。在此过程中，假定卫星站点与数据测量站点之间不具备一定的关联性，即在相同的控制测量时间内，历元间的观测值不相关。基于此，可遵循数据在卫星网络中的传递误差定律，进行GPS定位站的观测值方差检验。具体过程如公式（2）所示。
（2）
公式（2）中：D表示GPS定位站的观测值方差；t表示测量具体时间；i表示观测站发送定位数据的次数；n表示误差传播定律；a、b分别表示卫星站与观测点；diag表示双差观测值；E表示随机测量数据。在上述计算公式的基础上，以t1为精度测量的时间依据，进行测量值—协方差矩阵的建设。如公式（3）所示。
（3）
公式（3）中：λ表示高速铁路边长测量斜距距离φ；表示单程测量模式；j表示水平测量角度；k表示测量方位角闭合值；l表示在多维度下元素的定向列值；Ⅰ表示阶单位数值；⊙表示克罗内克积。根据上述计算公式，可知GPS网中控制测量基线定向测量的方向。在此基础上，按照高速铁路基线的处理方式，分别进行在1～n-1范围内的基线定向解算，以此获得测量中精度更高的数据值。
3.高速铁路控制测量数据处理与检核
在完成上述GPS网中控制测量基线定向解算工作后，可根据GPS获取的数据值，进行基线控制网平差数据的处理与检核，以此作为控制测量精度分析的依据。根据附带的解算工具Log8.04，进行SYGPS数据的处理。分析测量数据的质量，检查获取的数据是否符合技术设计规范和要求，并在此基础上，按照控制测量时间，对当天测量的数据进行基线定向求解。在求解过程中，采用广播星历或精密星历，控制卫星高度测量角宜在10°～20°之间。在相同时间段观测测量的数据值，筛选剔除率在10%以外的数据，保留其他数据集合，在此之外的数据控制测量点需要重测。同时，在任一时间段内的测量数据均应保持同步测量时间。例如，CPI复核测网时间应大于或等于90min；CPII复核测网时间应大于或等于60min，以此类推。
当处理测量数据时发现，测量的时间不在规定范围内时，此部分数据自动作废，并且在任意一个时间段内有效的GPS卫星定位数量应大于或等于4个，倘若某一时间段内的控制测量数据的有效卫星数量在4个以内时，可认为该段时间的数据作废。当该站控制测量基线的定向控制测量数据完全符合标准的情况下，可按照高速铁路建设过程中的最小闭环原则，进行全网基线的闭环检索，并对此种状态下获取的数据进行精度检验。根据独立边观测数据的闭合差值，精度检验可按照公式（4）实施。
(4)
公式（4）中：W表示检验轴:
表示控制测量数据的标准方差，也可称为基线长度误差；N表示闭合环边数量。上述计算公式中，N应满足公式。根据上述对控制测量数据精度的处理过程，若发现完成处理相关工作后的数据集合仍不满足控制测量的规范需求时，可重新对数据处理的过程进行分析，查找不符合标准的原因。例如，在二次分析中发现控制测量数据集合中存在超额测量值，此时需要按照上文中提出的相关处理步骤，对超额数据进行重新补测，进而确保输出数据的真实性与有效性。在此基础上，根据不同类型数据集合的特点，布设GPS网布。通常情况下，选择边部连接式结构进行基线定向数据的数据核检，此种核检方式是综合了基线与网布的平方差之间的联系，根据复测边与图形的闭合条件，进行观测网型的选择。在相同的核检条件下，此种网布的可靠度更高，更适用于分析高速铁路控制测量的精度。
4CPI高速铁路控制测量数据精度分析
根据上述对高速铁路控制测量数据的处理与检核，导出处理后的数据集合，以CPI数据为分析标准，对此精度开展进一步的分析。按照基线向量的异步环差闭合，遵循《高速铁路工程测量规范》（以下简称《规范》）中提出的相关要求，进行闭合差的精度控制测量条件选择。公式（5）为精度控制测量应满足的要求。
(5)
公式（5）中:表示基线定向测量误差，计算单位为mm；表示控制测量次数；通常情况下为常数变量，根据闭合环边数的变化而发生变化，一般情况下取值为2ppm。对导出的数据进行质量评估，当限差值在75mm范围内时，认为此时数据符合高速铁路控制测量数据要求。在此基础上，按照《规范》中提出的相关要求，分析不同时间段的控制测量基数是否满足ds小于或等于，重复获取在不同控制测量时间段内的最大CPI数据值，要求数据值应满足规范限差的要求，并综合CPI控制网络的检查差值，进行基线重复极差的检验。当求解计算在上述提出的精度控制量范围内时，认为检验成果相对可靠，反之需要在此时进行高速铁路控制测量的平差值计算。除此之外，根据复测的平差数据值，进行控制测量过程的无约束平差校正。经过基线的定向分量，校正的限制范围为（Vx～Vs）。同时，控制高速铁路控制测量过程中与自身向量网适配的数据集合精度，当此时集合中无显著粗差时，认为此时数据基线的控制测量精度符合数据兼容性要求。综上所述，通过定向解算GPS网中控制测量基线、处理高速铁路控制测量数据，完成对CPI高速铁路控制测量数据精度的分析。
结束语
为提升高速铁路控制测量数据的精度，本文开展了GPS在高速铁路控制测量中的精度分析。使用专项数据接收设备，采集高速铁路建设相关工作产生的数据，并对CPI控制点进行了重复数据检测。通过分析发现，当下高速铁路控制测量工作的实施仍存在一些问题，为此在后期的发展中，应加大全球定位系统等相关现代化技术在其中的应用，根据项目对精度的需求，进行基线的定向检测。若在小范围内的高速铁路控制测量工程中，可根据区域地形与地势，进行边网的布设，并加大对业内数据的采集力度，以此建设满足精度要求的基线，进而使控制测量精度达到理想的要求。除此之外，为了进一步提高测量工作的严谨性，在测量工作中，可在原有测量点的基础上，增加周围点的检测次数，以求取平均值为工作的基础，并剔除相关粗差点，以便后期交接工作的顺利开展。
参考文献
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[2]姜鸿.论CORS框架下的高精度GPS测量方法在公路测量中的应用[J].公路工程,2018,189(02):299-303