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精密工程平面控制网复测方案设计与数据处理

论文编号:lw201507161436191223 所属栏目:测绘工程论文 发布日期:2018年01月15日 论文作者:无忧论文网

第一章 绪论


1.1 选题依据及研究意义
地铁作为繁华都市的现代化交通方式。地铁相比于其他交通工具,比如公交等,能够做到充分利用地下空间和避免城市地面的拥挤以为外,还具有污染小、运载量大、快速、准时、舒适、方便等优点,因此发展速度迅猛并越来越受人们的亲睐。当今世界上已开通了地铁线路 300 多条,总长度已达到 6000 多千米;并且,地铁的建设与使用对提升城市的综合地位具有重大意义[1]。国内很多地铁项目的精密平面控制网复测都不是一样的,由此对每一项地铁工程精密平面控制网进行的复测方案和数据处理分析都存在很大的不同,优化的复测方案和可靠的数据对工程的质量有着至关重要的作用。当地铁在行驶中,为达到安全、舒适和平顺的效果,故地铁轨道线路几何参数必须是高精度的,其误差应达到毫米级或者亚毫米级。而精密的控制测量技术是轨道高精度几何线形的基础。因此,高精度的测量是地铁工程施工建设的重要保证[2]。为了使得地铁在设计中得到优化和能够顺利进行施工建设,测量定位工作是必不可少的一项工作。地铁建设过程中,由于地铁控制点位于施工建设区附近,而且地铁建设的工期很漫长,受到外界各种因素的影响,可能会造成控制点产生位移,从而会不同程度地影响地铁的各项建设工作,因此,在地铁建设过程中,地铁的精密平面控制网复测能有效的发现各种因素对地铁工程影响和危害,确保地铁工程施工质量。从而展开对地铁 GPS 网点的稳定性分析及研究,判定点位的稳定情况等。深圳地铁九号线具体概况如下:线路西起于南山区红树湾站,经下沙、车公庙、景田、梅林、泥岗、红岭、人民南、终于文锦。线路主要经过新开发的南山区、市中心福田区、繁华的罗湖区。线路全长约为 25.38km,全部为地下线路,共设车站 22 座,其中换乘站设 10 座。全线于深圳湾公园站东北侧设置车辆段和笔架山公园内设置停车场,与 7 号线共用侨城东车辆段、体育北两座 110kv 主变电所。
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1.2 国内外研究现状
随着测绘技术迅猛的发展,尤其是 GPS 定位测绘技术在各个领域的应用中倍受亲睐。而复杂的函数、随机模型是 GPS 观测数据的特点,正处于探索研究阶段,尚需做更深层的研究和分析。随着 GPS 定位技术的诞生和快速的发展,从而处理 GPS 数据的理论也越来越完善。早在 1933 年,莱曼等提出经典假设理论,该理论。1967 年由巴达尔[4](baarda)提出了一种应用于测量界的理论,就是人们常说的可靠性理论:检验出数据的粗差。二十世纪 80 年代,Forstner 与斯图加特大学合作,对附有参数的外部可靠性进行了研究,可靠性理论[5]就是在两个 n 维备选假设作为前提条件下提出的。Forstner, Heck 等人提出了 t 检验,而 Pope, Koch 等得出了 T 检验。在检验存在多个粗差的实验中,Forstner, Koeh 等又得出了 F 检验。而在处理基线问题上:美国学者 B.W.Remondi 于 1984 年系统性地给出了单基线情况下利用同步载波相位观测值进行精密相对定位的数学模型和方法,并得到 10-6的相对定位精度[6]。B.W.Remondi 又在 1993 年提出将双频技术和双极化技术改正电离层误差两种技术结合改正电离层折射误差二阶项和三阶项的方法[7]。至此可靠性理论广泛应用各种工程建设中。
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第二章 精密工程控制网复测理论基础


2.1 测量的基础知识
高斯-克吕格坐标系统定义为:其投影均为直线,而且这两条直线的关系是相互垂直的,中央子午线和赤道交点为原点 0,以中央子午线的投影的直线为坐标纵轴 x 轴,设定北方向为正;赤道投影的直线为坐标横轴 Y 轴,设定东方向为正。如图 2.2 所示。综合式子(2.4)和(2.5)可得出,2 s 总是正值,表明将椭球面上长度投影至高斯面上,结果总是变长的,而且离中央子午线越远,产生的变形也就越厉害。由以上分析可知,将实测值归算到参考面,再将参考面上的值投影到高斯面上,在距离上都会存在变形量,且当 H>0m 时,两者对应的符号是相反的,从而可以消除掉一定量的投影变形值[29]。

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2.2 GPS 控制测量与数据处理分析
三维约束平差是以基线解算所得到的三维静态基线向量为观测值,在平差过程中引入会使 GPS 网的尺度、方向和位置发生变化的外部起算数据,从而实现GPS 网成果由基线解算时 GPS 卫星星历所采用的参照系(WGS-84)到特定参照系的转换,得到在特定参照系下的经过用户约束条件约束的点三维空间坐标[35]。在网进行约束平差时,并非固定所有起算点,而是选取网内部的两个己知点作起算点,检查剩余的点位,计算它们平差后的坐标与原坐标的差值,并进行对比分析,以坐标差异大小作为判定已知点质量好坏的标准,差异不明显者,说明其质量很好;反之差异明显者,说明点位存在问题[40]。由 GPS 基线的空间斜距,将其经过高程归化和投影改正,投影到约束平差时己知点所在的地面坐标系中,并将该边长(d)与两个地面己知点平面坐标反算出的距离(d0)进行比较,根据差异大小来判断约束平差所采用的己知点是否可靠[43]。本章阐述了本文研究所需的基本理论和相关评定方法,包含几种参考椭球参数的确定与高斯-克吕格坐标系;分析了 GPS 技术原理、其独有的特点以及其相应复测数据处理及精度分析原理;研究了五种基准点兼容性检查方法;最后阐述分析了几种常用稳定性分析的方法,为本文所要研究的内容提供强有力的理论基础。
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第三章 城市地铁首级 GPS 控制网复测方案探讨....16
3.1 深圳市轨道交通地铁九号线首级 GPS 控制网复测工程概况 ........16
3.2 城市地铁首级 GPS 控制网复测方案 .......19
3.2.1 城市地铁首级 GPS 控制网复测原则.........19
3.2.2 城市地铁首级 GPS 控制网复测方案.........19
3.3 本章小结 ........21
第四章 城市地铁首级 GPS 控制网数据处理.......22
4.1 首级 GPS 控制网复测实施 ........22
4.2 首级 GPS 控制网精度分析 ........26
4.3 起算点兼容性对复测成果影响分析 .......35
4.4 约束平差及复测控制点稳定性分析 .......38
4.4.1 约束平差..........38
4.4.2 复测控制点稳定性分析.....44
4.5 隧道外 GPS 控制点复测误差对隧道横向贯通误差的影响 ..........51
4.6 本章小结 ........52
第五章 结论与展望.......53
5.1 结论 .....53
5.2 展望 .....53


第四章 城市地铁首级GPS控制网数据处理及控制点稳定性实例分析


4.1 首级 GPS 控制网复测实施
深圳市地铁九号线整条复测线路分布于南山区、福田区、罗湖区,这三个区域均为人口密集区,尤其是罗湖区的文锦站、向西村站、人民南站和鹿丹村站位于老城区,建筑物密集度很大。在具体实施工作中,为保证全线控制点坐标的连贯性,联合原测网所使用的已知点进行全网约束平差,约束平差计算得到本次复测成果之后,将其与原测成果进行比较分析,评定控制点稳定性,进而确保地铁施工的质量。GPS 静态差分技术是深圳地铁九号线首级 GPS 控制网复测所采用的技术,而外业观测时严格按照第三章的表 3.3 里的内容操作,限于精度要求与仪器的配备情况,复测外业采用了四套经过检验合格的 Trimble 5700 静态接收机,其标称精度为(5mm+1×10-6D)。进行外业数据采集时,按照设计的时段观测调度表有序地进行,确保复测数据的质量和工程进度。当四台接收机观测完成一个同步时段时后,进入下一个同步环,采用边连的方式进行,两台接收机固定不动,其余两台接收机搬迁到一下两个控制点位上,其中采用翻滚式的时候,应改变固定的不动的两台接收机的仪器高。
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结论


本论文是在与中建南方投资有限公司深圳地铁九号线 BT 工程项目部合作的基础上,通过对该项目的详细论述得出以下研究成果:
(1)探讨研究了复测控制网的复测原则,为保持与原测网一致性,采用了城市独立坐标系,以便地铁施工建设等工作的开展。
(2)对深圳市地铁九号线工程首级 GPS 控制网复测并处理复测数据,统计和分析了重复基线较差、独立环闭合差、点位椭圆参数、同步环闭合差、和坐标闭合差,取得高质量成果数据。
(3)综合分析了 GPS 复测数据的精度和质量,为高级点的兼容性分析、控制点稳定性分析提供了数据基础。
(4)以深圳地铁九号线实际工程做为实例分析,运用五种检验起算点数据的兼容性,判定出起算点的精度是否合格,论证得出检查点法是实际工程中检验已知点兼容性的一种效率高、可靠、实用的方法。
(5)复测与原测坐标较差值和点位中误差比较的方法,进行稳定性分析,该方法比较适合应用于此类工程的建设。
(6)研究了复测成果的点位误差对地铁区间隧道施工横向贯通误差产生的影响程度,对地铁隧道施工起到指导性作用。
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参考文献(略)