GNSS控制网是城市轨道交通工程建设的测量起算基准，是整个工程建设的基础，其GNSS控制网的有效性直接影响着城市轨道交通工程施工的顺利开展。蜿蜒布局于城市环境中的城市轨道交通工程，线路长、坐标跨度大；网形沿线路呈带状分布、图形强度较弱；为便于常规全站仪的施工放样的通视要求，大量点位位于建筑物顶部，点位高差较大；城市环境中GNSS测量，信号干扰源多。因此，长线路轨道交通工程对GNSS控制网数据处理提出更高的技术要求。

本章在佛山市长线路轨道GNSS控制网建设实例的基础上，针对上述影响因素，详细分析基线精化、筛选基线组网、基准点稳定性检核等技术措施，总结导线网平行检测的边长投影改正的影响和处理措施，在佛山市长线路轨道交通GNSS控制网的测设及平差计算中起到了指导作用。

一、GNSS控制网测设处理基本流程

长线路轨道交通GNSS控制网数据处理包括数据预处理、基线解算和控制网平差三部分：

（1）数据预处理主要是对GNSS原始观测数据进行数据文件格式转换、平滑滤波检查、粗差剔除、整周跳变点观测值修复和观测数据模型改正等处理。

（2）基线解算是根据实际情况设置采样间隔、卫星截止高度角、大气改正模型、星历类型、单双频观测值等控制参数，利用配套的内业数据处理软件进行基线解算。根据Ratio、RMS、RDOP等评价指标对基线进行初步精化处理。然后根据同步环闭合差、异步环闭合差、重复基线较差等检验标准对基线解算后的成果进行质量检验，确保基线的各项指标符合规范精度要求。若质量检验不合格，需对不合格基线进行精化处理后重新解算或选择返工重测。

（3）控制网平差主要是选择适量质量较好的基线组网进行自由网平差与约束平差。在整个数据处理过程中要确保自由网平差与约束平差在同一松弛因子下，并同时通过X2检验和t检验。主要技术流程图见图5.1。

二、GNSS控制网影响因素及处置措施

在轨道交通建设前，设计勘察方交桩佛山市城市轨道交通GNSS首级控制网至第三方测量单位。第三方单位在接桩后，通过沿线巡查，从稳定性、合理性、实用性等方面评估控制网，并根据工程经验适当优化控制网，完成复测工作，交桩至施工及监理单位。

图5.1　GNSS控制网数据处理技术流程图

（一）GNSS控制网稳定性分析

1.起算点选取

设计单位交桩控制点往往联测城市高等级控制点，城市高等级点的相关信息属国家机密，第三方测量单位无权获取。在复测时，需从交桩控制网中选取若干高等级控制点作为起算点。

长线路轨道交通工程GNSS控制网站点分布分散，各已知点精度及稳定性不一致，基线解算时所设定的已知点坐标不准确，会导致基线出现尺度和方向上的偏差，导致基线解算结果存在很大误差，因此GNSS控制网起算基准需选用坐标精度较高且稳定性强的高等级控制点。起算点应均匀分布在线路两侧，且需控制整个测区范围。

2.起算点检核

在数据结算时需对所选择的起算点做检核。在约束平差时，不将所有起算已知点坐标固定，保留1～2个点作为检查点，约束平差后对检查点坐标的平差值与已知坐标进行比较，根据它们差值的大小来判断各个已知点的质量。为准确地判断起算点质量的好坏，在长线路轨道交通工程GNSS控制网平差中依次将各个已知点分别作为检查点，最终综合较差报告确定起算已知点。

（二）GNSS控制网合理性分析

部分交桩GNSS点位于道路；道路上有重车经过，会引起路面振动，因振动宜导致GNSS接收机数据有较大跳动。路口处各类电网信号线密布，有较大的电磁干扰，会削弱GNSS信号接收。对于类似点位，建议作为导线点使用，而非GNSS控制点。GNSS控制点尽量选择在建筑楼顶，四周无高压线网，较为开阔的位置。

外业观测时，采用多台接收机进行同步数据采集，基线精化处理和平差工作量较大。在满足基线剔除率的前提下，按最简三角网选择合适且精度较高的独立基线组建GNSS网进行数据处理。剔除部分冗余基线提高控制网精度，同时减少GNSS控制网内业处理的工作量。

最简三角网基线宜尽量选择常用的导线边和短边。控制网选定后，应注意对基线进行精化，确保GNSS控制网准确性和可靠性。处理时，应根据不同的数据采用不同的方式进行精化处理，主要包括：禁用一些观测时间太短不符合测量要求的卫星数据，删除一些观测效果不佳或周跳太多的观测时段，削弱对流层或电离层对卫星信号的折射影响。对参与解算的卫星和观测时间进行准确的选择，最终达到获得较高质量的GNSS基线目的。

（三）GNSS控制网实用性分析

城市轨道交通的GNSS网是精密导线加密和施工放样的起算基准。GNSS测点作为导线的起算边或后视定向边，采用全站仪测角、测边的方式应实用于工程建设中，GNSS网基线边的方位角及长度应与全站仪测量的边角值相符合，满足控制点检测限差要求，如表5.1所示。

表5.1　控制点检测限差要求

GNSS控制网为了满足测区内投影长度变形不大于2.5 cm/km的要求，需考虑因测区平均高程及测区距中央子午线的距离，上述两个因素均会引起边长投影变形，在全站仪测距时会与基线边边长有较大差值，因此宜分析高斯投影变形和高程归化对控制网的实用性影响。

高程归化变形是由于实测平距的两个端点高程与投影面高程不在一个平面上，所测的平距需要根据高差进行改正。测距边归算到参考椭球面上的长度D0为：(www.daowen.com)

式中：Dp为测线的水平距离；Hm为测距边两端点的平均高程；hm为测区大地水准面高出参考椭球面的高差；RA为参考椭球体在测距边方向法截弧的曲率半径。

测距边在高斯投影面上的长度Dg为：

式中：ym、yΔ分别为测距边两个端点横坐标的平均值和增量；Rm为测距边中点处在参考椭球面上的平均曲率半径。

由上面公式可知：高程投影变形主要受测距边两端点的平均高程影响较大；测距边两个端点横坐标的平均值和测距边两端点横坐标的增量与投影改正值成正比，测距边两个端点横坐标的平均值主要受测区与所选择中央子午线的远近有关；测距边两端点横坐标的增量与测距边的方位角的大小有关，测距边距离中央子午线越远，越接近东西走向，投影变形值就越大。

三、实例分析

佛山市轨道交通三号线工程某标段线路长约25 km，共设15座车站、15个区间，沿线共计约30个GNSS控制点，经现场巡视后，选择25个点进行测设，总控面积约为7.9 km2。

（一）已知点稳定性分析

选择框架控制点6个，6个点均位于较为稳定的建筑物顶部，测点位置较为开阔，且便于向次级网加密。对各框架点进行稳定性分析，利用不同的已知点组合进行二维约束平差，将已知点逐一作为待检查点进行检核，通过比较待检查点平差后坐标与已知坐标，评估分析起基准点坐标的稳定性，如表5.2所示。

表5.2　基准点内符合精度检查表

由上表的平差结果可知，已知点原坐标与约束平差后解算坐标最大差值为-6.3 mm，故本项目GNSS控制网所选取的已知点内符合精度较高、稳定性良好，能够满足城市轨道交通工程施工建的需求。

（二）GNSS基线控制网选择

在满足规范条件下，选取质量较好的基线，以最简三角网的形式组成GNSS控制网。GNSS框架点需进行同步观测，日常使用的GNSS导线边宜被选择为基线边，距离较短的边也应纳入基线网中。经上述筛选后，轨道交通线路及GNSS控制网基线分布如图5.2所示。

控制网大体选定后，对基线进行精化，基线进行初次解算后，重点分析GNSS卫星相位跟踪图和观测卫星残差曲线图。图5.3为进行基线精化处理前后控制点的残差变化，基线精化处理前经基线解算Ratio=30.7，RMS=0.008 9，经基线精化处理后Ratio=59.5，RMS=0.007 0，对比基线精化处理前后控制点残差、Ratio值及RMS值及残差的变化，GNSS控制网观测值质量明显变好，精度明显有所提高。

（三）边长投影改正分析

为保证测量成果准确可靠，GNSS测量完成后，对沿线的GNSS控制点采用I级全站仪逐段检测GNSS控制网边长。将未进行投影改正的实测距离与已知距离进行边长比对，部分控制点比例误差超出控制值要求；对边长进行投影改正，详见表5.3，改正后的边长比例误差均满足控制点检测限差要求，证明控制网精度可靠。

图5.2　GNSS轨道工程测量布设控制网

图5.3　基线精化前后残差序列图

表5.3　控制点边长检核表

四、小 结

本节针对长线路城市轨道交通控制网的特点，提出了长线路轨道交通GNSS控制网数据测设时需注意的技术实施要点。结合工程实例，GNSS控制网平差前应对已知点的稳定性进行分析，确保起算基准的正确性。在最简三角网构建时，应选择常用的导线边、框架网边、短边作为基线参与平差，优化GNSS控制网网形。为保证GNSS控制网能使用到工程项目中，应采用全站仪对控制点进行边角关系检核，通过边长投影改正后，确保GNSS控制网基线与导线边角关系相符。