基于WHCORS在城市建设中的应用研究

陈 帅，陈 涉，郭全超，骆红林

(1.武汉市黄陂区规划勘测设计院，湖北 武汉 430000；2.中铁广州工程局集团第二工程有限公司，广东 广州 510810； 3.中铁十四局集团第四工程有限公司，山东 济南 250000)

1 概述

本文以中铁十四局所承接的盛世国际文体项目P(2015)043，P2015(045)地块为例(项目在川龙大道以东，天阳路以南。东临临空东路，南、西均为规划道路，北至天阳路，项目净用地面积约为13.27 hm2)，利用WHCORS技术在项目范围区域均匀地布设3个城市一级控制点，采用GNSS静态技术和全站仪，二等水准测量方法依次检测了控制点的平面精度和高程精度，验证了利用WHCORS技术布设的控制点精度能满足建筑施工的要求规范。

2 WHCORS简介

武汉市连续运行卫星定位服务系统以下简称“WHCORS”是基于GNSS定位技术和网络通信技术的地区和城市连续运行卫星定位导航系统,可满足城市基础测绘、国土规划、土地管理、工程建设、形变监测、交通监控、港口管理、紧急救援、公共安全等方面对定位导航服务的需要。系统由5个永久性连续运行GNSS基准站和1个系统数据中心组成,平均站间距41.8 km,各基准站与系统数据中心采用带宽为10 m的城域网进行实时观测数据的传输[1]。

3 控制网布设

用天宝GPS R10接收级在测区四周布设一级动态网络RTK控制网，控制点为T1，T2，T3，T4。控制点平均距离为447.83 m，最大间距为570.69 m，最短间距223.42 m。

用WHCORS技术在控制点位架设脚架采集4个测回，每个测回开关机一次，重新量取仪器高，每次间隔1 min，每测回时长为3 min。检查各测回坐标值，均满足CJJ T8—2011城市测量规范规范要求：点位较差小于5 cm,高程较差小于3 cm，相对中误差小于1/20 000。取其4次测量值均值，用全站仪对均值进行边角检查均满足规范要求。以此成果为盛世国际文体项目首级控制网成果，如表1所示。

表1 控制点成果表 m

为检测此次WHCORS动态测量的平面结果能否满足GNSS城市一级静态测量精度要求，用6台天宝GNSS接收机同步观测，按照城市一级静态观测网要求施测。高程结果以三等水准点DX058为已知点，按照二等水准测量的方法施测，设计一个闭合环检测各点高程值。

平面控制网观测技术要求如表2所示。

表2 城市一级GNSS静态观测技术要求

平面控制网如图1所示。

DX060，DX058为四等级GNSS起算点，T1，T2，T3，T4为未知点。

高程控制网观测技术要求如表3,表4所示。

表3 水准测量线路的具体技术标准

表4 单站水准观测的技术要求

高程控制网观测方法如下：

二等水准测量采用天宝Dini03精密水准仪及配套的铟瓦水准标尺，按规范[2-4]中二等水准测量要求作业。作业时遵循的具体作业细则为：1)作业前检查与校正i角，保证i角绝对值在作业中均不超过15″。2)要求前后视距尽量相等，减少仪器i角误差对高差观测的影响。3)为了保证水准尺的稳定性，测量时选用5 kg尺垫，将尺垫安放在坚实的地方踩实以防止尺垫下沉。4)避免在光线昏暗或阳光强烈的环境下作业。5)水准路线采用往返观测，并沿同一条路线进行。每一测段均采用偶数站结束，由往测转为返测时，互换前后尺再进行观测。观测顺序如下：奇数站为后→前→前→后；偶数站为前→后→后→前。利用仪器自动记录功能进行水准测量记录，杜绝记录错误。

4 数据处理与精度分析

4.1 平面控制网数据处理

本次GNSS静态观测网，观测时段为2次，每时段观测1 h，观测时段间隔1 min。

数据转换采用GNSS接收机自带的天宝Convert To RINEX软件，基线解算采用Leica Geo Office(简称LGO)软件，平差计算采用中铁四院《GPS静态后处理软件-SYGPS》。

数据检验要求：

1)同一时段观测值的数据剔除率不宜大于20%。

复测基线的长度较差满足式(1)要求。

(1)

其中，dS为复测基线长度较差。

2)同一种数学模型三边构成的同步环闭合差满足式(2)，式(3)要求：

(2)

(3)

其中，WX,WY,WZ为环坐标分量闭合差；WS为环闭合差。

3)基线异步环处理满足下列式(4)，式(5)要求：

(4)

(5)

其中，WX,WY,WZ均为环坐标分量闭合差；式(5)中WS为环闭合差；n为闭合环数。

数据处理要求：

1)基线向量经检核符合要求后，确定一个点的地心系三维坐标作为起算数据进行GNSS无约束平差。无约束网基线分线改正数绝对值满足下列式(6)要求：

VΔX≤3σ;VΔY≤3σ;VΔZ≤3σ

(6)

其中，VΔX,VΔY,VΔZ为基线分量改正数绝对值。

2)选择本地坐标系对控制网进行约束平差，其中基线分量的改正数与经过剔除初差后的无约束平差结果的同一基线相应改正数较差满足下列式(7)要求：

dVΔX≤2σ;dVΔY≤2σ;dVΔZ≤2σ

(7)

其中，dVΔX，dVΔY,dVΔZ为同一基线约束平差基线分量的改正数与无约束平差基线分量的改正数较差。

经软件处理后基线解算结果如下：

1)经三维自由网平差解算最弱边T1-T2相对中误差为：1/107 655，边长为233.416 m。最弱点DX060中误差：dx=0.82 mm，dy=0.62 mm，dz=2.57 mm。

2)经二维约束网平差解算最弱边T1-T2相对中误差为：1/238 363，边长为233.421 m。最弱点T1中误差：dx=0.76 mm，dy=0.58 mm，dz=0.96 mm。

由表5可知加入控制点后基线解算中误差为1 mm,最小为0.7 mm,最大相对中误差为1/395 994，最小相对中误差为1/1 423 986，均满足规范要求。经平差后解算结果如表6所示。

表5 二维约束平差解算基线成果

表6 成果对比表 m

由表6可知两次测量成果最大差值为2 cm,最小差值为0.07 cm。

4.2 高程控制网数据处理

水准平差数据处理采用中铁四院铁路工程测量数据处理平差计算软件SYADJ。约束DX058点进行整体平差，以获得各点的复测高程，复测高程与设计高程数据统计比较见表7～表9。

表7 测段实测高差数据统计

表8 高程平差值及精度

表9 高程值对比表 m

由表9可知两次高程测量成果最大差值为28 mm,最小差值为2 mm。T4高程值测量差值较大，T4离通信信号塔距离较近，可能是受通信基站信号影响造成。其余拟合高程值与水准高程值比较接近，其可靠性强，精度高。故运用WHCORS测量技术手段布设的动态一级网可以满足建筑施工中首级控制网精度要求，可以代替GNSS静态一级网，拟合高程值在GNSS差分信号好，地势平坦地区可替代四等水准。

5 结语

随着CORS技术普及，CORS精度和可靠性的提高，在城市勘测、地籍测绘、电力工程等方面得到了广泛应用[5-7]。在布设城市一级或者二级静态控制网时，可以用CORS动态测量技术代替施测，同样能满足精度要求，节省了大量时间，提高了效率。