D級(jí)GPS控制網(wǎng)的布設(shè)與數(shù)據(jù)處理技術(shù)探討

陳 東 東

(云浮市地理信息中心，廣東 云浮 527300)

云浮，又被稱為石城，位于廣東省的西部，西江南岸，西面與廣西交界。云浮市中心城區(qū)范圍包括西江黃金水道和云城組團(tuán)、新城組團(tuán)、六都組團(tuán)以及思勞腰古組團(tuán)，面積約為970.05 km2。該范圍內(nèi)沒有統(tǒng)一的GPS控制網(wǎng)與水準(zhǔn)控制網(wǎng)，為滿足測(cè)繪統(tǒng)一管理、城市工程建設(shè)、設(shè)計(jì)規(guī)劃等要求，需要建立統(tǒng)一的GPS-D級(jí)控制網(wǎng)和四等水準(zhǔn)網(wǎng)。

1 GPS-D級(jí)網(wǎng)布設(shè)

結(jié)合測(cè)區(qū)實(shí)際情況，遵循在布點(diǎn)相對(duì)均勻的基礎(chǔ)上兼顧重要地區(qū)，并盡可能利用現(xiàn)有控制點(diǎn)的原則[1]，控制網(wǎng)由51個(gè)GPS-D級(jí)點(diǎn)組成的云浮市中心城區(qū)GPS-D級(jí)網(wǎng)，以周邊4個(gè)GDCORS基準(zhǔn)站，3個(gè)云浮市連續(xù)運(yùn)行衛(wèi)星定位服務(wù)系統(tǒng)基準(zhǔn)站，以及測(cè)區(qū)范圍內(nèi)5個(gè)GPS-C級(jí)點(diǎn)作為起算，相鄰D級(jí)點(diǎn)平均距離為5 km，城區(qū)為3 km，點(diǎn)位分布均勻，控制網(wǎng)布設(shè)合理。

2 GPS-D級(jí)網(wǎng)觀測(cè)

2.1 儀器的選用

投入本項(xiàng)目使用的GPS接收機(jī)為在檢定有效期內(nèi)、標(biāo)稱精度不低于5 mm+2×10-6d的雙頻GPS接收機(jī)，天線或基座的圓水準(zhǔn)器、光學(xué)對(duì)中器、天線高量尺，在作業(yè)期前進(jìn)行了檢校，同時(shí)在作業(yè)期間至少1個(gè)月檢校一次。

2.2 主要技術(shù)指標(biāo)

控制網(wǎng)的主要技術(shù)要求均符合CJJ/T 73—2010衛(wèi)星定位城市測(cè)量技術(shù)規(guī)范中三等城市GNSS網(wǎng)的相關(guān)要求。

考慮到GPS-D與GDCORS的聯(lián)測(cè)，實(shí)際作業(yè)時(shí)連續(xù)觀測(cè)，但觀測(cè)時(shí)間不低于規(guī)定的各時(shí)段觀測(cè)時(shí)間的和，即觀測(cè)時(shí)間不少于2 h。

3 GPS基線解算

3.1 數(shù)據(jù)檢核

外業(yè)觀測(cè)完成后，由專人負(fù)責(zé)觀測(cè)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)轉(zhuǎn)換工作，對(duì)RINEX數(shù)據(jù)進(jìn)行檢核，確認(rèn)無誤才進(jìn)行下一步計(jì)算。數(shù)據(jù)檢核主要包括的內(nèi)容有：文件名命名、點(diǎn)名點(diǎn)號(hào)、接收機(jī)及天線類型、天線高及量取方式、數(shù)據(jù)質(zhì)量分析等。

3.2 解算設(shè)置

基線解算使用GAMIT軟件進(jìn)行。GAMIT/GLOBK是由美國(guó)麻省理工學(xué)院(MIT)和斯克里普斯海洋研究所(SIO) 聯(lián)合開發(fā)的高精度GNSS數(shù)據(jù)處理軟件包，主要由以下幾個(gè)模塊組成：ARC(軌道積分)、MODEL(組成觀測(cè)方程)、SINCLN(單差自動(dòng)修復(fù)周跳)、DBLCLN(雙差自動(dòng)修復(fù)周跳)、CVIEW(人工交互式修復(fù)周跳)、CFMRG(用于創(chuàng)建SOLVE所需的M文件)、SOLVE(利用雙差觀測(cè)按最小二乘法求解參數(shù))等[2]?；€解算采用IGS精密星歷，以同步時(shí)段為單位，按照網(wǎng)解(全組合解)形式進(jìn)行。加載全球氣溫氣壓模型GPT、大氣負(fù)荷改正模型ATL、大氣壓負(fù)荷非潮汐改正模型ATMDISP及FES2004大洋潮改正模型，依照IERS2003規(guī)范進(jìn)行地球固體潮和極潮改正[3]。

3.3 基線檢核

本項(xiàng)目共檢核基線1 008條，平均基線長(zhǎng)度17.853 km。

1)重復(fù)基線。本次解算共有重復(fù)基線230對(duì)，其中最大值為7.25 cm，小于限差10.21 cm，符合技術(shù)設(shè)計(jì)要求。

2)閉合環(huán)。本次解算共檢驗(yàn)閉合環(huán)778個(gè)，全部閉合環(huán)閉合差中誤差為0.005 0 m，平均相對(duì)精度為0.266 3 ppm。閉合環(huán)差分布如圖1所示。

4 GPS網(wǎng)平差

在完成了基線重復(fù)性檢驗(yàn)和環(huán)檢驗(yàn)之后，采用全網(wǎng)基線向量及其全協(xié)方差矩陣作為觀測(cè)量，使用武漢大學(xué)GNSS中心的Powernet軟件進(jìn)行各項(xiàng)約束平差，平差在ITRF2000框架下進(jìn)行。參與整體平差的基線共有1 008條。

ITRF2000框架下的三維無約束平差采用武漢大學(xué)GNSS中心的Powernet軟件進(jìn)行計(jì)算。無約束計(jì)算結(jié)果反映了整個(gè)GPS控制網(wǎng)的內(nèi)符合精度?；€各分量殘差分布如圖2～圖4所示，符合規(guī)范要求。

對(duì)基線殘差精度進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，基線殘差(≤0.036 1)區(qū)間，VX有1 002個(gè)，VY有1 008個(gè)，VZ有1 008個(gè)；基線殘差(>0.036 1且≤0.072 2)區(qū)間，VX有6個(gè)，其余兩個(gè)方向?yàn)?個(gè)；基線殘差(>0.072 2)區(qū)間，三個(gè)方向都為0個(gè)，綜上分析，基線殘差滿足設(shè)計(jì)要求。

對(duì)基線分量精度進(jìn)行分析，中誤差最大值0.003 6 m，中誤差最大值對(duì)應(yīng)基線為D041-D043，中誤差次大值0.003 3 m，中誤差次大值對(duì)應(yīng)基線為D018-D028，基線分量中誤差都小于0.01 m，分析可知基線分量精度滿足精度要求。

對(duì)基線相對(duì)精度進(jìn)行分析，統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表1所示，基線相對(duì)精度(≤2 ppm)區(qū)間有1 005個(gè)，基線相對(duì)精度(≤4 ppm且>2 ppm)區(qū)間有3個(gè)，綜上分析，相對(duì)精度滿足要求。

表1 基線相對(duì)精度統(tǒng)計(jì)

最弱邊相對(duì)中誤差為2.538 9 ppm，滿足小于1/80 000的技術(shù)要求，且相對(duì)中誤差大于2 ppm的三段基線均為3432-YFGT(不同時(shí)段)，相對(duì)中誤差較大是由基線長(zhǎng)度較短造成的。根據(jù)三維無約束平差的結(jié)果分析可知，基線解算的各項(xiàng)精度指標(biāo)滿足規(guī)范要求，整體內(nèi)符合性好。

5 高程擬合

GPS-D級(jí)網(wǎng)中有27個(gè)點(diǎn)的1985國(guó)家基準(zhǔn)高程通過四等水準(zhǔn)測(cè)量獲得，其余32個(gè)點(diǎn)的1985國(guó)家基準(zhǔn)高程在已求得的大地高基礎(chǔ)上，通過二次曲面高程擬合獲得[4,5]。其中27個(gè)高程擬合點(diǎn)采用全部擬合點(diǎn)進(jìn)行高程擬合的內(nèi)符合精度為±1.46 cm。若采用廣東省似大地水準(zhǔn)面模型內(nèi)插獲取27個(gè)點(diǎn)的1985國(guó)家基準(zhǔn)高程，計(jì)算得到其高程中誤差為±3.6 cm，高程擬合和似大地水準(zhǔn)面模型類型內(nèi)插各點(diǎn)中誤差絕對(duì)值分布如圖5所示。

分析得出高程擬合方法中高程點(diǎn)分布合理，擬合結(jié)果具有較好的穩(wěn)定性，且精度與似大地水準(zhǔn)面模型類型內(nèi)插方法基本一致，本項(xiàng)目采用通過高程擬合方法獲得1985國(guó)家基準(zhǔn)高程可作為高程成果。

6 結(jié)語

本項(xiàng)目共完成51個(gè)GPS-D級(jí)控制點(diǎn)和39個(gè)四等水準(zhǔn)點(diǎn)的選址和埋設(shè)工作，并求取了51個(gè)GPS-D級(jí)點(diǎn)的2000國(guó)家大地坐標(biāo)系平面直角坐標(biāo)成果，以及四等水準(zhǔn)網(wǎng)39個(gè)四等水準(zhǔn)點(diǎn)和GPS-D級(jí)網(wǎng)56個(gè)點(diǎn)的1985國(guó)家高程基準(zhǔn)成果。結(jié)果表明此項(xiàng)目控制網(wǎng)點(diǎn)位布設(shè)均勻，結(jié)構(gòu)合理，采用模型正確，各項(xiàng)檢驗(yàn)指標(biāo)符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范和設(shè)計(jì)書要求，精度良好，質(zhì)量可靠。