带状工程GPS控制网数据处理方法研究及其软件研制

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MicrosoftVisualStudio2008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SOSAGPS软件)。SOSAGPS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CPIGPS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。