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带状工程GPS控制网数据处理方法研究及其软件研制

杨雪峰  
【摘要】:目前,我国正在大规模建设铁路客运专线。为了适应高速行车的需要,解决线路维修的困难,高平顺性、少维修的无砟轨道得到了广泛的应用。无砟轨道与有砟轨道的最大区别是无砟轨道铺板、铺轨要求的精度高,轨道板和轨道安装的可调量较小,这就对高速铁路GPS控制网提出了更高的要求。 采用国家坐标系统的普速铁路勘测设计,允许的长度变形误差为25mm/km,难以满足高速铁路长度变形误差10mm/km的高精度要求。尽管有部分线路为了达到长度变形小于10mm/km的要求而把带宽变窄,但是这就带来了一条线路分带及坐标系过多、换带计算繁琐、换带后相邻点间相对精度降低等一系列问题,给后续的勘测设计、施工和运营检测带来极大的不便。 基于上述问题,本文首先探讨了GPS工程控制网数据处理的常规算法,系统分析了GPS工程控制网的长度变形特点与处理手段。 然后结合高速铁路GPS控制网控制范围长、投影变形要求小的特点,提出了采用分区代替分带、利用全网整网平差的方向实现全网坐标轴系的唯一和进行方向控制、从线路一端到另一端顺序平差的分区定向序贯平差新方法。对高速铁路CPI控制网采用分区定向序贯平差的方法建立坐标系和进行网平差,通过理论分析和与全站仪实测边长的比较,证明其投影变形能够控制得更好,控制网的投影面更贴近地面,因而更符合建立工程独立坐标系的要求。对GPS带状工程控制网采用分区定向序贯平差,实现了全线一个坐标系统,没有换带计算,这就为实现高速铁路GPS控制网小变形、无换带的目标奠定了基础,为集勘测设计、施工和运营于一体的“三网合一”的高精度GPS平面控制网的建立创造了条件。 最后,根据所提出的分区定向序贯平差原理,基于微软公司发布的Microsoft Visual Studio2008平台,使用C#语言研制了精密工程GPS控制网通用数据处理软件(简称SOSA GPS软件)。SOSA GPS软件支持了多种基线格式和椭球参数,既有验前精度检查又有验后精度评定,除具有常规GPS控制网数据处理的全部功能外,还具有GPS控制网分区定向序贯平差的功能,能够实现在较大范围内高速铁路CPI GPS控制网的高精度、小变形、全线没有换带计算的数据处理目标。


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