【導(dǎo)讀】導(dǎo)發(fā)展高速鐵路。高速鐵路具有速度快、價格公道、運(yùn)輸量大等。特點(diǎn)，同時保證安全和舒適性也是發(fā)展高速鐵路的主要目標(biāo)。序和方法，以防止誤差的積累。為了解決這個問題，在實(shí)際測量。制點(diǎn)開始施測附近的碎部點(diǎn)。因此為了保證高速鐵路運(yùn)營安全和。師的指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的成果。盡我所知，除文中特別加。而使用過的材料。對本研究提供過幫助和做出過貢獻(xiàn)的個人或集體，均已在文中作了明確的說明并表示了謝意。

　　

【正文】 (239) 邊長 Skj的誤差方程式 : (2 畢業(yè)論文報告紙 48 40) (241) 式中，α j0為解算出的先驗(yàn)方位角值， Skj0為解算出的先驗(yàn)邊長δzk為定向角未知數(shù)， Nk為 k 點(diǎn)上觀測的方向數(shù)， zk0為定向角觀測值。 第 3 章 高速鐵路 GPS控制網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計 GPS 網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計指標(biāo) GPS控制網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計目的是使所有設(shè)計的內(nèi)容達(dá)到一種最佳的狀態(tài)，實(shí)際應(yīng) 用中通常選用精度、可靠性和經(jīng)費(fèi)為指標(biāo)來描述這種狀態(tài)。 根據(jù) GPS基線向量所建立法方程： l+V=A 畢業(yè)論文報告紙 49 (31) 可以得到 GPS網(wǎng)協(xié)因數(shù)陣為 : QXX=(ATPA)1 (32) 其中 P 為基線向量權(quán)陣。一般應(yīng)用協(xié)因數(shù)陣久 Qxx的特征值最大值最小、特征值的行列式最小、跡最小、跡的平均值最小和 最大特征值與最小特征值之間的比值或差值為準(zhǔn)則來實(shí)現(xiàn)對整體網(wǎng)精度的優(yōu)化。 GPS網(wǎng)的可靠性是指發(fā)現(xiàn)或探測觀測值粗差的能力和抵抗觀測值粗差對平 差結(jié)果影響的能力，其中前者被稱為內(nèi)部可靠性，后者被稱為外部可靠性。 對于 GPS網(wǎng)中的 n 個點(diǎn)，必要觀測向量個數(shù)為 n1，而 m 臺接收機(jī)每次觀測獨(dú)立基線向量為 m1，設(shè)所有觀測任務(wù)在 K 期完成，其觀測的基線向量數(shù)為 : S=K(m1) (33) 則網(wǎng)中的多余觀測量為 : r=K(m1)+1 畢業(yè)論文報告紙 50 (34) 因此全網(wǎng)內(nèi)部可靠性指標(biāo)可定義為 : η =1(n1)/[K(m1)n+1] (35) 若 GPS第ⅰ條觀測基線多余觀測次數(shù)為 rⅰ ，則有 : (36) 而網(wǎng)外部第ⅰ條基線的可靠性指標(biāo)因子可定義為 : w0 (37) w0為非中心參數(shù)，常取 . η值越大，說明其發(fā)現(xiàn)粗差的能力越強(qiáng)，而 越小說明第ⅰ條基線可靠性越好。主體上看，內(nèi)外可靠性均受 rⅰ 的影響，并且隨著 rⅰ 增大，其網(wǎng)的內(nèi)、外可靠性越好， 它們具有一致性。 進(jìn)行 GPS控制網(wǎng)設(shè)計時，具有兩大原則 : 1)費(fèi)用一定，網(wǎng)的質(zhì)量最好 。 畢業(yè)論文報告紙 51 2)網(wǎng)的質(zhì)量滿足要求，費(fèi)用最小。 在 GPS網(wǎng)建設(shè)過程中，經(jīng)費(fèi)消耗主要跟網(wǎng)中點(diǎn)的總數(shù)和重復(fù)設(shè)站數(shù)有關(guān)， 如果一臺接收機(jī)觀測一期數(shù)據(jù)平均消費(fèi)為 Q，則建網(wǎng)總費(fèi)用為 : （ 38） 不難理解，重復(fù)設(shè)站數(shù)越多，精度和網(wǎng)的可靠性越高，則建網(wǎng)費(fèi)用越高。 因此權(quán)衡三者關(guān)系，對 GPS網(wǎng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè) 計，可以實(shí)現(xiàn)工程資源和工程質(zhì)量的最佳配置。 GPS 網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計 GPS零類優(yōu) 化 設(shè)計 GPS基線向量解算中作為位置基準(zhǔn)的固定點(diǎn)誤差是引起基線誤差的一個重要因素， GPS 網(wǎng)約束平差時，基準(zhǔn)選取不當(dāng)，將會直接影響最終結(jié)果，更嚴(yán)重的可使高精度的 GPS網(wǎng)產(chǎn)生扭曲。根據(jù)上節(jié)介紹的基線解算原理可知，基線固定點(diǎn)的誤差會給基線結(jié)果帶來一定的誤差，此外，因此，必須對網(wǎng)的位置基準(zhǔn)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計。 GPS工程控制網(wǎng)多為約束網(wǎng)，只需要選擇國家、地方坐標(biāo)系或轉(zhuǎn)化為高程抵償面的任意帶高斯投影直角坐標(biāo)系 (平面和高程 )下的一 個或多個已知點(diǎn)作為位置基準(zhǔn)，但有時候根據(jù)特定要求， 畢業(yè)論文報告紙 52 方位基準(zhǔn)可由網(wǎng)中給定的起算方位角值確定 。尺度基準(zhǔn)可根據(jù)邊長的不同采用其它測量方法確定，如采用較高精度的測距儀或全站儀施測 2 一 3 條基線邊。在上述多基準(zhǔn)約束網(wǎng)中，最好先對它們進(jìn)行相容性檢驗(yàn)，以免由于某個基準(zhǔn)不匹配引起網(wǎng)形和比例尺發(fā)生變化。若網(wǎng)中無任何其它類型的己知起算點(diǎn)數(shù)據(jù)時，可將網(wǎng)中一點(diǎn)多次進(jìn)行 GPS觀測得到的坐標(biāo)作為網(wǎng)的位置基準(zhǔn)，或按秩虧網(wǎng)處理，選擇重心基準(zhǔn)。 對于無約束自由網(wǎng)平差，法方程 N 可以采用加鑲邊矩陣 G 來消除奇異陣來解算唯一解，有 : (39) 可以假定一些坐標(biāo)網(wǎng)點(diǎn)重心不變，根據(jù) NG=0 (310) 建立 G 陣為 : （ 311） 其中 Xⅰ 0， Yⅰ 0 為第 i 點(diǎn)相對于網(wǎng)重心的近似坐標(biāo)。 畢業(yè)論文報告紙 53 采用上面 G陣求得逆陣 Qxx稱為 N的偽逆，表示為 Qxx=N1。協(xié)因數(shù) Qxx具有最小跡，網(wǎng)的精度最佳，稱為內(nèi)精度。當(dāng)選用的坐 標(biāo)網(wǎng)點(diǎn)變化時，其協(xié)因數(shù) Qxx也會隨著變化 : (312) 當(dāng)增加某個觀測值時 : (313) 當(dāng)刪除某觀測值時 : (314) 增加某觀測值的觀測次數(shù) (修正權(quán) )時 : (315) 其中 Pj為第 j 個點(diǎn)的坐標(biāo)權(quán)重。 GPS網(wǎng) 一 類優(yōu) 化 設(shè)計 GPS 網(wǎng)一類優(yōu)化設(shè)計即 GPS 網(wǎng)形設(shè)計。 GPS 網(wǎng)中點(diǎn)的精度與點(diǎn)位分布無關(guān)，它不受網(wǎng)本身幾何圖形的限制，主要和網(wǎng)中基線的邊長有關(guān)，從 GPS網(wǎng)平差的原理可知，網(wǎng)的形狀對 GPS 網(wǎng)的質(zhì)量沒有直接影響。區(qū)別于常規(guī)網(wǎng)要對網(wǎng)中點(diǎn)位通視和觀測條件進(jìn) 畢業(yè)論文報告紙 54 行最佳布設(shè)， GPS網(wǎng)要對以基線邊為觀測量的布網(wǎng)方式和觀測條件進(jìn)行最佳選擇。 GPS網(wǎng)常用的布網(wǎng)形式有 :跟蹤站式、會戰(zhàn)式、多基準(zhǔn)站式、同步圖形擴(kuò)展式和單基準(zhǔn)站式。 1 跟蹤站式 若干臺接收機(jī)長期放在測站上，進(jìn)行常年、不間斷的觀測，即一年觀測 365 天，一天觀測 24 小時，因其觀測方式很像跟蹤站，被稱為跟蹤站式。其特點(diǎn)是數(shù)據(jù)量大，需要用精密星歷對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，具有很高的精度和框架基準(zhǔn)特性。因其觀測時間長，成本高，僅適合于建立 GPSAA級網(wǎng)。 2 會戰(zhàn)式 若千臺 GPS接收機(jī)，對某批測站集中進(jìn)行多天長時段的同步觀測。完成后，對下批測站進(jìn)行相同觀測，直至所有點(diǎn)觀測完畢，稱之為會戰(zhàn)式。其特點(diǎn)是可以較好的消除 SA技術(shù)等因素的影響，具有相當(dāng)高的網(wǎng)形強(qiáng)度和的精度，適用于 A、 B 級 GPS網(wǎng)。 3 多基準(zhǔn)站式 若干臺接收機(jī)長期固定在某些測站上進(jìn)行長時間觀測，這些測站稱之為基準(zhǔn)站。另外一些接 收機(jī)在基準(zhǔn)站周圍進(jìn)行較短時間的同步觀測，我們稱之為多基準(zhǔn)站式。其基準(zhǔn)站可以提供高精度的基線向量 GPS網(wǎng)骨架，其余同步接收機(jī)，可以在有效的時間里獲得較強(qiáng)的圖形結(jié)構(gòu)。 4 同步圖形擴(kuò)展式 畢業(yè)論文報告紙 55 若干臺接收機(jī)在不同測站上進(jìn)行同步觀測，完成一個時段后，部分接收機(jī)遷移到其它測站上，再在此基礎(chǔ)上進(jìn)行同步觀測的布網(wǎng)形式稱之為同步圖形擴(kuò)展式。其擴(kuò)展形式快，作業(yè)方法簡單，建立某些觀測量的復(fù)測，圖形結(jié)構(gòu)比較強(qiáng)，是工程測量中常用的一種布網(wǎng)方式。采用同步圖形擴(kuò)展的觀測方式主要有點(diǎn)連式，邊連式和混連式。所謂點(diǎn)連式就是作業(yè)時只用過一個公共點(diǎn)連 接相鄰?fù)綀D形，其作業(yè)效率比較高，但圖形結(jié)構(gòu)不強(qiáng)。 邊連式，顧名思義，只用過一個公共邊連接相鄰?fù)綀D形，它具有較強(qiáng)的圖形結(jié)構(gòu)和較高的作業(yè)效率，是軌道精密工程測量常用的一種施測方式。 混連式是指根據(jù)實(shí)際情況，靈活的應(yīng)用點(diǎn)連式和邊連式的施測方法，因其作業(yè)靈活，效率高，常規(guī)測量常用的一種施測方式。 5 單基準(zhǔn)站式 單基準(zhǔn)站式又稱為星形網(wǎng)方式，它是以一臺 GPS 作為基準(zhǔn)站，在某個測站持續(xù)觀測，其余接收機(jī)在其周圍流動觀測，這樣就與基準(zhǔn)站建立起若干條同步基線，其形狀類似于星形，故稱之。其特點(diǎn)是布網(wǎng)效 率高，但圖形強(qiáng)度弱。布設(shè) GPS網(wǎng)時為保證接收機(jī)觀測條件好，提高觀測值可靠性和 GPS網(wǎng)精度，應(yīng)遵循以下準(zhǔn)則 : 畢業(yè)論文報告紙 56 ，要求測站上凈空條件盡可能的開闊，最好在 10176。和 15176。高度角以上不能有成片的障礙物 。 GPS 衛(wèi)星信號的干擾，在測站周圍約ZOOm 范圍內(nèi)不能有強(qiáng)的電磁波干擾源，應(yīng)盡量遠(yuǎn)離大功率無線電發(fā)射設(shè)施和輸電線等 。 ，測站應(yīng)盡量遠(yuǎn)離對電磁波反射強(qiáng)烈的地形、地物，如高層建筑物、成片水域等 。 。測站 應(yīng)選在交通便利，架設(shè)儀器方便的地方 。 ，樁點(diǎn)不容易被破壞的地方。 ，保證一定量的重復(fù)設(shè)站數(shù)，布網(wǎng)時最小異步環(huán)數(shù)不能大于六條。 ，對網(wǎng)中較近距離的點(diǎn)一定要同步觀測，以獲得它們之間的直接觀測基線 : GPS 網(wǎng)的骨架，應(yīng)選用 3－ 5個起算點(diǎn)，起算點(diǎn)應(yīng)該均勻分布，避免所有點(diǎn)分布在網(wǎng)中的一側(cè)[9]。 GPS網(wǎng) 二 類優(yōu) 化 設(shè)計 傳統(tǒng)測量中，二類設(shè)計是指己確定網(wǎng)形即確定了系數(shù)陣 A 和未知數(shù)協(xié)因數(shù)陣 Qxx后， 優(yōu)化設(shè)計權(quán)陣 p 的過程，其主要觀測值 畢業(yè)論文報告紙 57 是測角和測邊類。邊長誤差方程式的觀測權(quán) : ，觀測量方位角的權(quán)為 : GPS接收機(jī)的精度一般用基線測量 a+b178。 D(mm)和方位角表示，因此有 : (316) 因此可以建立誤差方程 :V=BXl，可建立網(wǎng)坐標(biāo)協(xié)因數(shù)Qxx=(BTPB) 因?yàn)楦骷?GPS網(wǎng)間距離不大，或者基本相同，其權(quán) P 基本相同，或者 只與固定量 a， c 有關(guān)，因此可不必進(jìn)行二類優(yōu)化設(shè)計[12]。 GPS網(wǎng) 三 類優(yōu) 化 設(shè)計 它是對精度沒有達(dá)到限差要求的 GPS 網(wǎng)進(jìn)行網(wǎng)的加密和改進(jìn)，使其逐漸達(dá)到精度要求，也就是對網(wǎng)形結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的優(yōu)化設(shè)計。GPS網(wǎng)精度都比較均勻，可以直接結(jié)合設(shè)計者的直覺和經(jīng)驗(yàn)與電子計算機(jī)的表達(dá)和嚴(yán)密的判斷，對相關(guān)等級 GPS 技術(shù)對點(diǎn)進(jìn)行補(bǔ)測。 結(jié)論 列車運(yùn)行安全性和舒適性要求以高質(zhì)量的軌道幾何線形為基礎(chǔ)，為保證高速鐵路軌道具有高的平順性，需要應(yīng)用精密控制測量技術(shù)。通過對高速鐵路精密控制測量的研究，得出一下結(jié)論： 畢業(yè)論文報告紙 58 1. 在實(shí)際高 速鐵路精密工程控制網(wǎng)測量中，在建立任意帶獨(dú)立高斯投影平 面直角坐標(biāo)系時，應(yīng)充分考慮實(shí)際工程情況，恰當(dāng)?shù)夭捎酶淖冎醒胱游缇€、橢球膨脹法等方法來實(shí)現(xiàn)抵償投影變形比 。 2. GPS 靜態(tài)相對定位測量具有高精度、高效率和低成本等特點(diǎn)，應(yīng)用其建 立控制網(wǎng)，利用恰當(dāng)?shù)膬?yōu)化設(shè)計方案和精確可靠的數(shù)據(jù)處理方法可滿足高速鐵路精密控制網(wǎng)的建設(shè)要求。 3. 不同施工單位在高速鐵路精密控制網(wǎng)約束平差過程中會因?yàn)槠溥x擇的 平差方法、坐標(biāo)參考框架或坐標(biāo)基準(zhǔn)不同，導(dǎo)致最終基線長度和空間三維坐標(biāo)分量產(chǎn)生較大的差異。為了保證控制網(wǎng)坐標(biāo)基 準(zhǔn)的統(tǒng)一性，應(yīng)對其基準(zhǔn)網(wǎng)統(tǒng)一平差； 4. 高速鐵路 GPS 靜態(tài)控制網(wǎng)測量應(yīng)用的是三維平差模式，它充分的考慮了 GPS基線觀測量的相關(guān)性，在基線解算過程中，會對儀高測量誤差進(jìn)行相應(yīng)的分配。也就是說，測量儀高的準(zhǔn)確度也會影響到基線解算的質(zhì)量。在高速鐵路精密控制測量中，為達(dá)到精度要求，應(yīng)把量高精度控制在 2mm以內(nèi) 。 5. GPS 觀測衛(wèi)星數(shù)目的多少會直接影響到 GPS 觀測數(shù)據(jù)的質(zhì)量和可靠性。 畢業(yè)論文報告紙 59 觀測衛(wèi)星數(shù)目越多，則多余觀測越多，理論上其精度和可靠性會提高，但有時 GPS獲取的數(shù)據(jù)會包括一些不良衛(wèi)星觀測數(shù)據(jù)，讓