CORS系統(tǒng)在GPS C級(jí)控制網(wǎng)測(cè)量中的應(yīng)用

陶國(guó)強(qiáng)， 楊樹(shù)平

(1.東華理工大學(xué)測(cè)繪工程學(xué)院，江西 撫州 344000;2.江西省基礎(chǔ)地理信息中心，江西 南昌 330046)

連續(xù)運(yùn)行參考站系統(tǒng)(Continuously Operating Reference System，簡(jiǎn)稱(chēng)CORS)即一個(gè)或若干個(gè)固定的、連續(xù)運(yùn)行的GPS 參考站，利用現(xiàn)代計(jì)算機(jī)、數(shù)據(jù)通信和互聯(lián)網(wǎng)(LAN/WAN)技術(shù)組成的網(wǎng)絡(luò)，實(shí)時(shí)地向不同類(lèi)型、不同需求、不同層次的用戶自動(dòng)地提供經(jīng)過(guò)檢驗(yàn)的不同類(lèi)型的GPS 觀測(cè)值(載波相位，偽距)、各種改正數(shù)、狀態(tài)信息、以及其他有關(guān)GPS 服務(wù)項(xiàng)目的系統(tǒng)。發(fā)達(dá)國(guó)家都建立了連續(xù)運(yùn)行參考站系統(tǒng)，如美國(guó)的CORS、美國(guó)的CUE、ACCQPOINT 公司的廣域定位導(dǎo)航服務(wù)網(wǎng)絡(luò)、加拿大的主動(dòng)控制網(wǎng)系統(tǒng)(CACS)、德國(guó)衛(wèi)星定位與導(dǎo)航服務(wù)系統(tǒng)計(jì)劃(SAPOS)、日本的GPS 連續(xù)應(yīng)變監(jiān)測(cè)系統(tǒng)(COSMOS)等(唐衛(wèi)明等，2006);國(guó)內(nèi)已經(jīng)陸續(xù)建立了省、市級(jí)的衛(wèi)星定位連續(xù)運(yùn)行網(wǎng)絡(luò)，如廣東省深圳市的SZCORS、江蘇省的JSCORS、浙江省的ZJCORS 等(劉經(jīng)南等，2009)。JXCORS 由62個(gè)GNSS 連續(xù)運(yùn)行參考站組成，向江西省境內(nèi)提供高精度、高效率、高覆蓋率的全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)綜合信息服務(wù)(韋茂楊等，2012)。近年來(lái)，因人為因素及自然環(huán)境變化，許多GPS C 級(jí)點(diǎn)遭到破壞;為修復(fù)GPS C 級(jí)點(diǎn)，常規(guī)修復(fù)方法需至少三個(gè)GPS A 或B 級(jí)控制點(diǎn)，然而高等級(jí)控制點(diǎn)稀少，A 級(jí)點(diǎn)平均距離約300 km、B 級(jí)點(diǎn)平均距離約70 km;另外顧及構(gòu)網(wǎng)網(wǎng)形及工作效率等因素的影響;而充分利用與該點(diǎn)最近且網(wǎng)形最優(yōu)的JXCORS 系統(tǒng)的三個(gè)連續(xù)運(yùn)行參考基站作用控制點(diǎn)修復(fù)GPS C 級(jí)點(diǎn)，可以解決高等級(jí)控制點(diǎn)稀少的問(wèn)題及提高工作效率。

1 GPS C 級(jí)網(wǎng)的測(cè)量

1.1 GPS C 級(jí)網(wǎng)的布設(shè)方案

該待修復(fù)的GPS C 級(jí)點(diǎn)(V01)位于丘陵地區(qū)，離市區(qū)約20 公里，地形起伏較大，平均高程約120 m;根據(jù)《全球定位系統(tǒng)城市測(cè)量技術(shù)規(guī)程》(CJJ/T 73 -2010)中5.2.1 和5.2.2 之規(guī)定，V01 所選點(diǎn)位離國(guó)道約200 m，交通便利;周?chē)曇伴_(kāi)闊，視場(chǎng)內(nèi)的障礙物的高度角均小于10°;所選點(diǎn)位于荒山上，土質(zhì)堅(jiān)實(shí)、穩(wěn)固可靠，附近沒(méi)有強(qiáng)烈干擾接收衛(wèi)星信號(hào)物體;周邊控制點(diǎn)情況為:GPS A 級(jí)點(diǎn)(A01)一個(gè)、GPS C 級(jí)點(diǎn)(V02、V03)兩個(gè)。以周邊三個(gè)城市的JXCORS 基準(zhǔn)站(VR01、VRO2、VR03)和GPS A 級(jí)點(diǎn)作為已知控制點(diǎn)，四個(gè)控制點(diǎn)構(gòu)成大地四邊形;VO1 位于三個(gè)JXCORS 基準(zhǔn)站(VR01、VRO2、VR03)構(gòu)成三角形的中間位置，其控制網(wǎng)圖如圖1 所示。兩個(gè)已知GPS C 級(jí)點(diǎn)(V02、V03)作為未知點(diǎn)參與構(gòu)網(wǎng)，目的是進(jìn)行GPS C 級(jí)網(wǎng)的精度評(píng)估及可靠性檢驗(yàn)。

圖1 GPS 控制網(wǎng)圖Fig.1 Control network of GPS

1.2 GPS C 級(jí)網(wǎng)的觀測(cè)

依照中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《全球定位系統(tǒng)(GPS)測(cè)量規(guī)范》(GB/T 18314-2009)中10.1GPS觀測(cè)基本技術(shù)規(guī)定(見(jiàn)表1)。使用4 臺(tái)南方S86T靜態(tài)雙頻GPS 接收機(jī)，同時(shí)在四個(gè)GPS 點(diǎn)(A01，V01，V02，V03)上進(jìn)行同步觀測(cè)，并按規(guī)定時(shí)間間隔填寫(xiě)GPS 觀測(cè)記錄表并檢查有效衛(wèi)星數(shù)是否符合要求，衛(wèi)星數(shù)大都保持在10 ～15 顆，有時(shí)高達(dá)15顆以上。

2 GPS C 級(jí)網(wǎng)的數(shù)據(jù)處理

2.1 基線向量解算與檢驗(yàn)

基線解算采用美國(guó)天寶公司開(kāi)發(fā)的GPS 數(shù)據(jù)處理軟件TBC(Ver2.50)求解，解算前檢查天線高、觀測(cè)時(shí)間及觀測(cè)點(diǎn)點(diǎn)名，GPS 觀測(cè)值加入對(duì)流層延遲修正，并按同步觀測(cè)時(shí)段為單位進(jìn)行，數(shù)據(jù)處理模型為雙差固定解。對(duì)不合格基線，采取修改參數(shù)、選擇參考衛(wèi)星等進(jìn)行重新統(tǒng)一解算。

(1)GPS 網(wǎng)基線處理，復(fù)測(cè)基線的長(zhǎng)度較差ds(見(jiàn)表2)所示，兩兩比較應(yīng)滿足下式的規(guī)定(據(jù)GB/T 18314-2009):

式中:δ 相應(yīng)級(jí)別規(guī)定的精度(按實(shí)際平均邊長(zhǎng)計(jì)算)。

表1 C 級(jí)GPS 測(cè)量基本技術(shù)要求規(guī)定Table 1 Surveying basic technical requirements of GPS C

表2 重復(fù)基線精度統(tǒng)計(jì)表Table 2 Accuracy statistics of baseline

(2)各級(jí)GPS 網(wǎng)同步環(huán)閉合差(見(jiàn)表3)，滿足下式規(guī)定:

式中:δ 相應(yīng)級(jí)別規(guī)定的精度(按網(wǎng)的實(shí)際平均邊長(zhǎng)計(jì)算)。

表3 同步環(huán)閉合差精度統(tǒng)計(jì)表Table 3 Accuracy statistics of simultaneous loop

從表2、表3 可以看出，所參與解算的重復(fù)基線的差值(mm)均遠(yuǎn)小于限差，同步環(huán)相對(duì)閉合差精度較高，完全滿足全球定位系統(tǒng)測(cè)量規(guī)范的要求。

2.2 GPS 網(wǎng)的整體平差

GPS C 級(jí)網(wǎng)平差軟件采用科傻(CosaGps V5.21)數(shù)據(jù)處理軟件計(jì)算。以一個(gè)JXCORS 點(diǎn)的WGS-84 系三維坐標(biāo)作為起算依據(jù)，進(jìn)行GPS 網(wǎng)無(wú)約束平差(見(jiàn)表4)，并進(jìn)行三維基線可靠性檢驗(yàn)。無(wú)約束平差中，基線向量的改正數(shù)(VΔx，VΔy，VΔz)應(yīng)滿足下式:

式中:δ 相應(yīng)級(jí)別規(guī)定的精度(按網(wǎng)的實(shí)際平均邊長(zhǎng)計(jì)算)。

表4 基線向量及其改正數(shù)統(tǒng)計(jì)表Table 4 Baseline vector and its correction statistics

從表4 可以看出，無(wú)約束平差后基線向量及其改正數(shù)均小于限差。

利用無(wú)約束平差后的可靠觀測(cè)量，在2000 坐標(biāo)系統(tǒng)和1980 西安坐標(biāo)系下分別進(jìn)行三維網(wǎng)約束平差、二維網(wǎng)約束平差，平差后最弱點(diǎn)的精度(見(jiàn)表5)及最弱邊的精度(見(jiàn)表6)。

表5 最弱點(diǎn)的精度Table 5 Accuracy of the weakness

表6 最弱邊的精度Table 6 Accuracy of the weakest side

從表5、表6 可以看出基線向量網(wǎng)內(nèi)符合精度高，平差后最弱點(diǎn)、最弱邊的精度均符合規(guī)范要求，平差精度較高。

3 GPS 測(cè)量精度分析

經(jīng)過(guò)對(duì)GPS 數(shù)據(jù)處理結(jié)果的基線向量及精度統(tǒng)計(jì)分析，得出平差報(bào)告。參與解算的已知點(diǎn)為三個(gè)JXCORS 基準(zhǔn)站和一個(gè)GPS A 級(jí)點(diǎn)，兩個(gè)GPS C級(jí)點(diǎn)及待修復(fù)的GPS C 點(diǎn)作為未知點(diǎn)參與基線解算和GPS 網(wǎng)整體平差計(jì)算。因此可以利用兩個(gè)GPS C 級(jí)已知點(diǎn)作為測(cè)試點(diǎn)，其坐標(biāo)分量、平面坐標(biāo)與觀測(cè)值的差值、平面點(diǎn)位外符合中誤差(dx，dy，dp，Mp)(見(jiàn)表7)。

測(cè)試點(diǎn)的平面點(diǎn)位外符合中誤差(Mp)按下列公式計(jì)算:

式中:Mp為測(cè)試點(diǎn)的平面點(diǎn)位外符合中誤差(cm);dp為測(cè)試點(diǎn)的已知平面點(diǎn)位與觀測(cè)的平面點(diǎn)位平均值的差值(cm);N 為測(cè)試點(diǎn)的個(gè)數(shù)。

表7 GPS 點(diǎn)位誤差檢核表Table 7 Error checking of the GPS point position

從表7 可以看出，作為測(cè)試點(diǎn)V02，V03 的平面點(diǎn)位外符合中誤差均小于限差，滿足GPS C 級(jí)點(diǎn)的點(diǎn)位中誤差檢核要求。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，基于JXCORS 構(gòu)建的GPS C 級(jí)網(wǎng)進(jìn)行GPS C 級(jí)點(diǎn)修復(fù)測(cè)量，以測(cè)試點(diǎn)的同步觀測(cè)數(shù)據(jù)參與基線解算和GPS 網(wǎng)平差，達(dá)到對(duì)JXCORS 系統(tǒng)的靜態(tài)精度進(jìn)行檢核的目的，取得了較理想的效果，主要結(jié)論如下。

(1)基于CORS 進(jìn)行GPS C 級(jí)修復(fù)測(cè)量，降低了作業(yè)成本，提高了工作效率。

(2)CORS 基準(zhǔn)站測(cè)量成果都是獨(dú)立觀測(cè)值，不會(huì)造成誤差積累，提高了GPS 測(cè)量的精度。

(3)基于CORS 系統(tǒng)進(jìn)行GPS C 級(jí)網(wǎng)的高程控制測(cè)量精度有待于進(jìn)一步研究。

劉經(jīng)南，劉輝等.2009. 建立全國(guó)CORS 更新國(guó)家地心動(dòng)態(tài)參考框架的幾點(diǎn)思考［J］. 武漢大學(xué)學(xué)報(bào)，34(11):1263-1265.

唐衛(wèi)明，樓益棟等. 2006. GPS 連續(xù)運(yùn)行參考站系統(tǒng)定位精度檢測(cè)方法研究［J］. 通信學(xué)報(bào)，27(8):73-77.

韋茂楊，雷雨等.2012. JXCORS 網(wǎng)絡(luò)RTK 測(cè)量應(yīng)注意的幾個(gè)事項(xiàng)［J］，江西測(cè)繪，89(3):59-60.

中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn). (GB/T 18314 -2009).2009. 全球定位系統(tǒng)(GPS)測(cè)量規(guī)范［S］.北京.中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社.11-13.

中華人民共和國(guó)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn).(CJJ/T 73 -2010).2010.衛(wèi)星定位城市測(cè)量技術(shù)規(guī)范［S］. 北京.中國(guó)建筑出版社.18-19.