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BDS/GPS在鄂北水资源配置工程中的应用与分析

来源:草根论文网 时间:2017-04-01 字体:[ ] 收藏 我要投稿 浏览:

 我国自主研发的北斗卫星导航系统(BeiDounavigation satellite system, BDS)发展迅速,目前已发射了23颗导航卫星,具备了覆盖亚太地区的高精度定位能力,与美国的全球定位系统(global posi-boning system,UPS)、俄罗斯的全球卫星导航系统(global navigation satellite systemULONASS)、欧盟的伽利略定位系统( Galileo positioning system,UALILEO)共同形成了多模多星全球卫星导航系统(global  navigation   satellite  systemUNSS)UNSS为高精度隧道工程控制网的建立提供了更好的卫星星座。

宝林隧道是鄂北水资源配置工程中的关键部分,为保障隧道的准确贯通,湖北省水利水电规划勘测设计院在隧道地区布设了UNSS二等控制网,2015年进行首期观测,2016年进行复测。本文以鄂北地区水资源配置工程宝林隧道为例,结合工程实测数据和精度指标,对BDS在该类工程中的应用进行探讨,并对数据处理中遇到的若干问题进行分析,同时对BDS}UPS观测数据的解算结果进行分析,提出一些有参考意义的结论。

1复测及数据处理方案

1.1 复测点选择和观测方案

本次复测用到的接收机为6Trimble NE-TR9,天线为可接收BDS信号的RM55971.00

基于2015年在宝林隧道水资源配置工程中布设的二等UNSS控制网,选取其中8个控制点,这些控制点均有强制对中装置的观测墩,基线长最短约220 m,最长约14 km,试验时,图中74号点周边有树木影响信号。具体复测点网点分布局部放大图如图1所示。本次复测从2016-07-05 - 2016-07-06共观测2天,每天两个时段,每时段观测4h,采样间隔设为5s,截止高度角l00,其中第一天两个时段(时段一(855-1305)、时段二(1300 -1715))网形相同,观测72,73,74,77,78,806个站,第二天两个时段(时段三(830-1235)、时段四(1240-1645))网形相同,观测71,72,73,77,78,826个站,如图1所示。

 

 1.2数据处理策略

为研究BDS在该工程中的应用,探讨双星座定位效果,需对BDS}UPS}BDS } UPS三组结果进行分析,方案如下:

1)方案1。利用UAMIT软件和IUS发布的精密星历以及相关文件对UPS观测数据进行基线解算。

2)方案2。利用HU()软件,采用广播星历对BDS观测数据进行基线解算,分析解算精度,用CosaUPS软件进行平差,平差结果与2015年的数据对比分析。

3)方案3。利用HU()软件,采用广播星历对UPS单系统数据、BDS + UPS双系统观测数据进行基线解算,分析解算精度,用CosaUPS软件进行平差,平差结果与2015年的数据对比分析。

2复测结果及稳定性分析

2.1基线解算精度分析

方案1解算得到的NRMS约为0.22,小于0.25,可认为解算合格,作为参考值;方案2解算得到的BDS基线的各项检查及限差如表1一表3所示;方案3得到的UPS解算结果与BDS单系统进行对比,两者互差如表4和图2所示。

在处理过程中,观测条件良好的基线不作任何数据编辑即可满足规范要求。74号点周边有树木干扰信号,相关基线大部分解算不合格,需对数据进行编辑,禁用地球静止卫星(geostationary satellite, GEO),发现基线结果均合格,且与UPS单系统结果差异不大,证明这一方法可行。可能是观测条件不佳时,GEO卫星观测数据噪声较大,将其禁用可改善解算结果。

结合以上分析可知,BDS数据基线结果符合施工的要求,故可将BDS数据用于鄂北地区水资源配置工程中用作平面控制。BDSUPS单系统基线结果在NE方向上差异较小,在U方向部分基线差异较大,原因在后文说明。

 2.2基线外符合精度

为研究基线结果的准确性,现对外符合精度进行分析。由于UAMIT软件在进行基线解算时采用了严密的数学模型和精密星历等,将其作为真值进行对比。不同系统基线向量与UAMIT间差值如表5所示,这一差异如图3所示。

从图3、表5中可以看出,3种数据基线结果外符合精度在NE方向上均可控制在士10 mm以内,U方向上,绝大部分能控制在士20 mm以内。

BDS+UPS相比BDS单系统,N方向精度提高约36.7 0o,E方向提高了约14.10o,U方向提高了约30.9 %;相比UPS单系统,N方向精度提高约8.50o,E方向提高了约18.60o,U方向提高了约20.9 %,说明BDS } UPS定位精度较高。另外,NU方向UPS稍优于BDS , E方向BDSUPS单系统数据差距不大。为探究UPS精度优于BDS的原因,对PD()P值进行计算,各控制点计算得到的PD()P平均值统计如表6所示。

由此可见,BDS单系统PD()P值最大,条件较好情况下能与UPS持平,这是由于BDS卫星只是局部布网,空间分布等方面稍差于UPS,同样也验证了双系统的优势所在。2.3平差及复测点稳定性分析

UNSS网作固定一点一方向二维平差,以洞口端77号点为已知点,到另一端72号点的方位角作为已知方位角,结果如表7所示。

根据表73种数据平差结果的精度,对于UPSBDS} UPS,所有点的平面点位中误差均小于规范的最弱点位中误差士7 mm,对于BDS单系统数据,最弱点71号点中误差为4.6 mm,也小于士7 mm。另外,BDS单系统数据用于二维施工网平差时,最弱边相对中误差为1/73 000,小于规范1/40 000,平均边长相对中误差为1/376 000,小于规范1/250 000

为了进一步探究在复测时3种数据得到的结论是否一致,将平差结果与2015年的结果进行对比,两次测量的差值如表8所示,△p表示点位平移量,坐标差的大小如图4所示,3种数据解算的平面点位差异情况如图5所示。对于稳定性分析,本文采用坐标较差的限差以及两期坐标点位中误差两方面进行研究。

 

 

从上述分析可知,xY两个坐标分量的较差均小于10 mm,满足复测限差要求。两期观测可认为同精度观测,由误差传播定律得到点位中误差6p。为:

根据极限误差的分布规律,绝对值大于中误差的偶然误差,其出现的几率约为31.700,绝对值大于2倍中误差的偶然误差出现的几率为4.5%,而绝对值大于3倍中误差的偶然误差出现的几率仅为0.300。若两期观测得到控制点位移△p<2。,说明完全由观测误差造成,点位稳定;若位移2、百6}p3}岛,说明点位基本稳定;若△p>3 }a,认为其发生位移。

BDS单系统分析结果如下:由表9和前文的分析可知,复测点基本保持稳定。结合以上图表可知,3种系统得到的平面点位相差不大,得到的稳定性结论也保持一致,说明BDS单系统数据在平差后可以应用于水资源调配工程施工中复测稳定性分析。

 3 结束语

在水资源配置工程施工平面控制测量中,BDS单系统数据可以满足规范要求,对于基线向量的N}U分量,UPS优于BDS,而两者在E分量上基本一致。BDS 、UPS在外符合精度方面,相较于任何单系统,在NEU方向都有改进,所以在水资源配置工程中,可选用双系统数据以期获得较高精度。

对于BDS单系统数据,在观测条件不佳时,会导致解算结果误差增大,需对数据进行筛选编辑,考虑禁用部分数据或卫星,本文禁用GEO卫星明显改善了解算结果。

进行平差后,3种数据均满足最弱点和最弱边的限差要求,说明3种数据均可用于该类工程。在复测后进行稳定性分析时,3种数据得到的结论可保持一致,表明控制点本身具有稳定性。

 

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作者:郑编辑 责任编辑:郑编辑

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