匡團結(jié)

(鐵道第三勘察設計院集團有限公司，天津　300251)

TBC and GAMIT Precision Analysis of High-Speed Railway Frame Control Network Baseline Solution

KUANG Tuanjie

TBC與GAMIT進行高速鐵路框架控制網(wǎng)基線解算的精度分析

匡團結(jié)

(鐵道第三勘察設計院集團有限公司，天津300251)

TBC and GAMIT Precision Analysis of High-Speed Railway Frame Control Network Baseline Solution

KUANG Tuanjie

摘要根據(jù)國內(nèi)高速鐵路框架網(wǎng)(CP0)基線解算軟件的使用現(xiàn)狀，提出利用Trimble Business Center (TBC )軟件對高速鐵路框架網(wǎng)(CP0)進行基線解算，通過工程實例，分析TBC軟件采用廣播星歷與精密星歷對基線解算的影響，研究TBC基線解算的適用范圍，對TBC軟件與Gamit軟件的解算結(jié)果進行比較，驗證TBC軟件的可靠性。

關(guān)鍵詞TBC框架控制網(wǎng)基線解算GAMIT比較

目前，國內(nèi)高速鐵路框架網(wǎng)(CP0)的基線解算軟件基本上是采用國外軟件Bernese和Gamit，這兩個軟件的學習難度較大，操作流程較為復雜，而LEICA Geo Office Combined 、Trimble Geomatics Office等廠商自帶的數(shù)據(jù)處理軟件雖然操作簡單，但不能滿足長基線的解算要求。Trimble公司推出的Trimble Business Center(TBC )數(shù)據(jù)處理軟件操作簡單易學，可進行長基線的解算。采用TBC軟件對CP0基線進行解算，通過與GAMIT解算基線成果進行對比分析，進一步驗證TBC軟件基線解算精度的可靠性，使其成為CP0基線解算一種新的選擇。

1軟件簡述

1.1　TBC軟件

TBC是2011年美國Trimble公司推出的用于測繪行業(yè)的數(shù)據(jù)處理軟件，操作簡單易于使用。該軟件不僅能處理GNSS數(shù)據(jù)，還可以處理全站儀和水準儀數(shù)據(jù)，全新的數(shù)據(jù)處理算法保證該軟件的數(shù)據(jù)處理速度，并提供了非常靈活的數(shù)據(jù)處理配置方案，還可以通過網(wǎng)絡進行軟件升級。

1.2　GAMIT軟件

GAMIT是由美國麻省理工學院(MIT)和美國加利福尼亞大學SCRIPPS海洋研究所等聯(lián)合研制的GPS數(shù)據(jù)后處理軟件。GAMIT軟件的特點是數(shù)據(jù)處理速度快、軟件版本更新周期短、自動化數(shù)據(jù)處理程度高等，且其具有開源性，用戶可以根據(jù)需要對源程序進行修改。目前，該軟件在研究地殼變形、高精度測量數(shù)據(jù)處理等眾多領(lǐng)域得到非常廣泛的應用。

2工程實例

采用某高速鐵路框架控制網(wǎng)(CP0)16個控制點的觀測數(shù)據(jù)進行計算，CP0的基線長度從50～1 070 km不等，網(wǎng)形分布如圖1所示。

圖1　某高速鐵路框架控制網(wǎng)網(wǎng)形

2.1　TBC解算基線長度的范圍分析

該CP0控制網(wǎng)的基線長度范圍從幾十公里至上千公里，可以進一步驗證TBC基線處理能力。在TBC軟件測量-基線處理的過程中主要查看解的類型能否固定，作為判定TBC基線處理能力的依據(jù)。針對TBC軟件的特點，應在數(shù)據(jù)處理過程中及時查看解的類型。

表1　TBC 采用廣播星歷計算基線精度統(tǒng)計　m

表2　TBC 采用精密星歷計算基線精度統(tǒng)計　m

采用廣播星歷和精密星歷分別對基線進行了解算，不同基線長度解算的精度統(tǒng)計如表1和表2。從表1與表2基線的處理結(jié)果來看，兩者有明顯的差別，采用廣播星歷計算的基線長度大于499 km的時候RMS超限，解是浮動解且平面精度、高程精度及RMS值較差；采用精密星歷計算的基線長度可達上千公里且在平面精度、高程精度及RMS值方面都能滿足數(shù)據(jù)處理的要求?？傊琓BC軟件采用精密星歷計算上千公里的長基線是完全可以實現(xiàn)的。

2.2　廣播星歷與精密星歷對基線解算的影響

為了分析廣播星歷和精密星歷對不同長度基線解算的結(jié)果，利用高速鐵路框架網(wǎng)(CP0)的觀測值和相應的廣播星歷、精密星歷數(shù)據(jù)，所用數(shù)據(jù)處理軟件為TBC軟件。在基線解算中，為保證結(jié)果的可比性，除了星歷不同外，其它軟件設置等保持一致。將精密星歷計算的基線結(jié)果視為真值，比較采用廣播星歷與采用精密星歷所得到基線結(jié)果的差值。 TBC采用廣播星歷與精密星歷計算得到的各分量及基線長度差值分布如圖2。

圖2　TBC廣播星歷與精密星歷解算基線差值

由圖2可以看出，以精密星歷為準，顯然隨著基線長度的增加，兩者差值明顯越來越大。在基線長度小于100 km時，解算的各基線分量差值小于20 mm，基線長度差值優(yōu)于0.01 mm；在基線長度小于100～200 km情況下，解算的各基線分量差值小于23 mm，基線長度差值小于0.01 mm；在基線長度200～300 km情況下，解算的各基線分量差值小于36 mm，基線長度差值小于0.03 mm；在基線長度300～400 km情況下，解算的各基線分量差值小于83 mm，基線長度差優(yōu)于0.04 mm；而在基線長度400～500 km情況下，解算的各基線分量差值小于100 mm，基線長度差優(yōu)于0.06 mm；基線長于500 km的時候，廣播星歷計算的基線解浮動且平面精度、高程精度及RMS值非常差。通過圖2分析可以得知，采用TBC軟件在高鐵框架網(wǎng)數(shù)據(jù)處理上必須采用精密星歷，以減少星歷誤差對基線解算的影響，滿足高速鐵路框架網(wǎng)長基線解算精度。

2.3　基線解算分析

為了分析TBC對不同長度GPS基線解算的精度，利用某客專框架網(wǎng)(CP0)的觀測值和精密星歷數(shù)據(jù)，同時使用TBC與GAMIT軟件進行基線解算，對解算后的基線進行對比分析。以GAMIT軟件計算的基線長度為基準，TBC軟件處理的基線與GAMIT軟件計算的基線進行對比分析，如圖3。

圖3　TBC與GAMIT解算基線長度差值

從圖3中可以看出，基線長度差值一般隨著距離的增長而差值越來大，基線長度差值最小為0.5 mm，最大為41 mm?；€長度在0～300 km的時候，基線長度差值均優(yōu)于20 mm；基線長度在300～500 km的時候，基線長度差值均優(yōu)于30 mm；基線長度在500～1 000 km的時候，基線長度差值均優(yōu)于41 mm。

圖4　TBC與GAMIT解算基線RMS差值

TBC軟件解算基線的RMS值在2～61 mm范圍內(nèi)變化，GAMIT軟件解算基線的RMS值在2～5 mm范圍內(nèi)變化?；€長度在0～300 km公里范圍內(nèi)，除個別基線外，TBC軟件解算的基線RMS值優(yōu)于10 mm，個別長度解算的時候RMS值甚至優(yōu)于GAMIT解算的值；基線長度大于300 km，TBC隨著基線長度的增加，RMS變化非常大。GAMIT隨著RMS解算的值并沒有隨著基線長度的增加而出現(xiàn)明顯的變化，RMS屬于較為穩(wěn)定的狀態(tài)，基本上都優(yōu)于5 mm(如圖4)。

圖5　TBC與GAMIT軟件解算基線X、Y、Z分量差值

從圖5可以看出，基線長度在0～300 km范圍內(nèi)，各基線的X、Y、Z分量差值均優(yōu)于20 mm；基線長度在300～1000 km，各基線的X、Y、Z分量差值均小于120 mm。從圖形中也能明顯看出基線長度大于340 km的時候，TBC與GAMIT軟件解算基線X、Y、Z分量差值出現(xiàn)了非常明顯的變化趨勢，說明TBC軟件對于大于350 km的基線在解算能力方面與GAMIT存在一定的差異。

2.4　網(wǎng)平差分析

根據(jù)高速鐵路框架網(wǎng)的實際情況，選擇GPS01、GPS04、GPS08、GPS13、GPS16五個已知點作為起算，TBC平差結(jié)果如表3所示，TBC解算的控制點X的中誤差最大值為2 mm，Y的中誤差最大值為2 mm，所有控制點的點位中誤差均在3 mm以內(nèi)。

表3　控制點點位精度統(tǒng)計標　cm

TBC解算的結(jié)果與GAMIT計算結(jié)果在X、Y方向差值如圖6所示。

圖6　TBC與GAMIT網(wǎng)平差X、Y方向差值

由圖6可以看出，約束已知控制點后，TBC與GAMIT計算的X方向與Y方向差值均優(yōu)于8 mm，從平差結(jié)果來分析兩者計算的成果差值在 mm級，TBC軟件平差成果完全能滿足高速鐵路框架網(wǎng)的要求。

3結(jié)論

采用TBC軟件對高速鐵路CPO控制網(wǎng)長距離基線的數(shù)據(jù)進行處理，流程簡單，基線長度300 km范圍內(nèi)，與GAMIT軟件解算基線各分量差值在cm級，平面坐標差值在1 cm以內(nèi)。在高速鐵路框架網(wǎng)內(nèi)，一般相鄰控制點間隔是50 km，對于TBC采用精密星歷解算300 km范圍內(nèi)的基線能滿足框架網(wǎng)精度的要求。

參考文獻

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中圖分類號：U212.24

文獻標識碼：A

文章編號：1672-7479(2015)04-0008-03

作者簡介：匡團結(jié)(1981—)，男，碩士，高級工程師。

收稿日期：2015-05-05