邊境地區(qū)大范圍跨級(jí)GPS 控制網(wǎng)布設(shè)與精度評(píng)定

農(nóng)碩 楊翼飛

(廣西第一測(cè)繪院，廣西 南寧 530023)

0 引言

隨著全球衛(wèi)星定位技術(shù)廣泛應(yīng)用，新的 GNSS大地測(cè)量技術(shù)(主要為GPS星座，隨著我國(guó)北斗系統(tǒng)的運(yùn)行，將與伽利略、GLONASS形成4大系統(tǒng))已取代傳統(tǒng)大地測(cè)量技術(shù)成為主流。GPS控制網(wǎng)布設(shè)方式靈活，其具有的定位精度高、觀測(cè)時(shí)間短、測(cè)站間無(wú)需通視、可提供三維坐標(biāo)、操作簡(jiǎn)便、全天候作業(yè)等特點(diǎn)，特別是隨著多頻多星座GPS接收機(jī)的投入使用，給大地測(cè)量技術(shù)帶來(lái)新的技術(shù)革新。傳統(tǒng)等級(jí)GPS大地測(cè)量控制網(wǎng)布設(shè)應(yīng)具有良好空間網(wǎng)形，逐級(jí)控制，才能確保成果的嚴(yán)密性和有效性。然而在邊境地區(qū)，由于已知控制點(diǎn)無(wú)法布設(shè)在待定控制網(wǎng)邊境外，致使已知控制點(diǎn)只能采用單側(cè)布設(shè)方式，這種布設(shè)方式并不符合GPS控制網(wǎng)布設(shè)一般原則。在對(duì)廣西某中越邊境100 km2地區(qū)GPS控制網(wǎng)布設(shè)過(guò)程中，采用已知控制點(diǎn)境內(nèi)單側(cè)布設(shè)，網(wǎng)連接方式為主的混連布網(wǎng)，通過(guò)特殊作業(yè)方式，提高外業(yè)觀測(cè)效率，有效的內(nèi)業(yè)精度解算，克服GPS網(wǎng)型弱所造成的點(diǎn)位偏移造成的誤差，實(shí)現(xiàn)成果獲取的可靠性和便捷性。

1 GPS E級(jí)網(wǎng)布設(shè)

在廣西某中越邊境地區(qū)100 km2待定網(wǎng)區(qū)域布設(shè)E級(jí)控制網(wǎng)，采用4個(gè)起算點(diǎn)單側(cè)布設(shè)、網(wǎng)連接方式為主的混連布網(wǎng)，待定E級(jí)GPS控制點(diǎn)92個(gè)，均勻覆蓋在100 km2待定控制區(qū)域。其中布設(shè)E級(jí)點(diǎn)點(diǎn)位間距為2 km～5 km不等，起算點(diǎn)位距離待定點(diǎn)的距離5 km～20 km不等。通過(guò)連測(cè)已知控制點(diǎn)，最終整網(wǎng)控制范圍超過(guò)300 km2，具體的布網(wǎng)詳見(jiàn)圖1。起算點(diǎn)中有2個(gè)點(diǎn)為國(guó)家C級(jí)GPS控制點(diǎn)，另2個(gè)點(diǎn)為廣西連續(xù)運(yùn)行參考站系統(tǒng)(GXCORS)站點(diǎn)，連續(xù)穩(wěn)定的觀測(cè)數(shù)據(jù)確保后差分解算已知點(diǎn)位間基線的可靠性。

圖1 100 km2E級(jí)控制網(wǎng)布網(wǎng)圖

整網(wǎng)采用10臺(tái)GPS雙頻接收機(jī)，其中2臺(tái)固定于兩個(gè)C級(jí)GPS控制點(diǎn)，采用5″采樣間隔，與其他8臺(tái)GPS接收機(jī)形成同步觀測(cè)環(huán);另2個(gè)已知點(diǎn)為GXCORS站點(diǎn)，采用5″采樣間隔，24 h不間斷觀測(cè);待定點(diǎn)采用5″采樣間隔。整網(wǎng)靈活布設(shè)，不局限于逐級(jí)布網(wǎng)，在布設(shè)的過(guò)程中，根據(jù)站點(diǎn)的實(shí)際情況進(jìn)行具體分析。

布設(shè)過(guò)程中，待定點(diǎn)觀測(cè)時(shí)長(zhǎng)根據(jù)點(diǎn)位距離已知點(diǎn)而定，由近及遠(yuǎn)45 min～60 min不等，若所在站點(diǎn)的有效觀測(cè)衛(wèi)星數(shù)較少(4＜Sat≤6)，那么應(yīng)適當(dāng)延長(zhǎng)觀測(cè)時(shí)間，若有效觀測(cè)衛(wèi)星較多(Sat≥8)，可適當(dāng)減少觀測(cè)時(shí)間;測(cè)區(qū)屬于丘陵地帶，四周有環(huán)繞的低山，進(jìn)行衛(wèi)星星歷預(yù)報(bào)和實(shí)際觀測(cè)經(jīng)驗(yàn)知道，該區(qū)域最佳觀測(cè)時(shí)段為上午12點(diǎn)之前，而12～16時(shí)的有效觀測(cè)衛(wèi)星最少，故而在整個(gè)觀測(cè)過(guò)程中，有效的避開(kāi)不利時(shí)段，提高了外業(yè)觀測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量，減少了外業(yè)復(fù)工修側(cè)的工作強(qiáng)度，減輕了內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)解算的工作量。

2 精度評(píng)定

通過(guò)整網(wǎng)平差，最終得到100 km2E級(jí)GPS網(wǎng)各點(diǎn)位精度，如表1所示。全部92個(gè)點(diǎn)位最弱點(diǎn)誤差為第15號(hào)點(diǎn)，其精度為Dx=0.95，Dy=1.28，Dp=1.60，最優(yōu)點(diǎn)位為 84 號(hào)點(diǎn)，平均的點(diǎn)位誤差為 Dx=0.55，Dy=0.64，Dp=0.85，按照 2009 年最新的《全球定位系統(tǒng)(GPS)測(cè)量規(guī)范》的相關(guān)要求，X≤2 cm，Y≤2 cm的平面點(diǎn)位精度要求，成果滿足E級(jí)控制網(wǎng)的精度要求。

表1 E級(jí)網(wǎng)成果點(diǎn)位誤差分布

在點(diǎn)位精度分布情況上，點(diǎn)位距離已知點(diǎn)的距離越遠(yuǎn)，其點(diǎn)位精度越差，從繪制的點(diǎn)位精度圖可知，在已知點(diǎn)距離待定點(diǎn)15 km遠(yuǎn)的區(qū)域，跨級(jí)布設(shè)E級(jí)控制網(wǎng)，其點(diǎn)位精度符合E級(jí)控制網(wǎng)的精度要求(見(jiàn)圖2)。但整體而言，隨著離已知點(diǎn)距離的增大，其點(diǎn)位精度呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，但精度仍在限差范圍，未影響整網(wǎng)精度。而從檢測(cè)控制網(wǎng)精度的另一個(gè)指標(biāo)基線相對(duì)誤差而言，整網(wǎng)的最弱邊邊長(zhǎng)為2402.1479 m，邊長(zhǎng)誤差為4.45 cm，相對(duì)誤差為1/54000，滿足E級(jí)GPS控制對(duì)最弱邊邊長(zhǎng)相對(duì)誤差的限差要求。對(duì)于整網(wǎng)681個(gè)閉合環(huán)進(jìn)行檢測(cè)，繪制X方向，Y方向，以及閉合環(huán)總誤差圖如圖3～圖5所示，絕大多數(shù)邊長(zhǎng)的誤差都在極小的范圍內(nèi)波動(dòng)，而在長(zhǎng)距離的邊長(zhǎng)上，出現(xiàn)相對(duì)大的誤差，但仍在限差范圍內(nèi)。

圖2 點(diǎn)位精度圖網(wǎng)

圖3 X方向閉合環(huán)誤差圖

圖4 Y方向閉合環(huán)誤差圖

圖5 閉合環(huán)總誤差圖

經(jīng)檢定681個(gè)閉合環(huán)均符合限差要求，滿足E級(jí)控制網(wǎng)的精度要求。如圖5所示，絕大部分環(huán)閉合差均在50～100之間，而出現(xiàn)環(huán)閉合差偏差較大的主要是由長(zhǎng)邊和短邊組合形成的閉合環(huán)，但均在限差范圍內(nèi)，符合GPS控制網(wǎng)解算的限差要求。

3 結(jié)語(yǔ)

在邊境特殊地區(qū)，采用網(wǎng)連接方式為主的混連跨級(jí)GPS控制布網(wǎng)方式，克服了由GPS控制網(wǎng)網(wǎng)型較差所造成的控制點(diǎn)點(diǎn)位精度低的缺點(diǎn)，在廣西中越邊境大范圍跨級(jí)GPS等級(jí)控制布設(shè)中由C級(jí)點(diǎn)起算，跨級(jí)獲得滿足E級(jí)控制網(wǎng)精度的成果。通過(guò)項(xiàng)目實(shí)例驗(yàn)證，得到如下結(jié)論:

1)多星座多頻GPS接收機(jī)的廣泛使用，使GPS布網(wǎng)更趨靈活，可通過(guò)獲取更多衛(wèi)星觀測(cè)數(shù)據(jù)，提高單位時(shí)間內(nèi)的觀測(cè)歷元的數(shù)據(jù)有效性和豐富性，提高觀測(cè)質(zhì)量;2)利用網(wǎng)連接為主的混合布網(wǎng)方式，同時(shí)增加起算點(diǎn)的觀測(cè)時(shí)長(zhǎng)，可以有效減少起算點(diǎn)間邊長(zhǎng)的不穩(wěn)定性，可靠的點(diǎn)位布網(wǎng)，遠(yuǎn)離輻射源、大面積水體等容易造成多路徑效應(yīng)的地方布點(diǎn)，確保數(shù)據(jù)解算起算觀測(cè)數(shù)據(jù)的嚴(yán)密性和準(zhǔn)確性;3)后差分處理時(shí)通常采用GPS精密解算軟件和精密星歷文件等產(chǎn)品(結(jié)合項(xiàng)目的快速響應(yīng)性，主要采用快速精密星歷產(chǎn)品)，可以有效減少衛(wèi)星軌道運(yùn)行計(jì)算的精度，有效控制衛(wèi)星端的誤差源;4)通過(guò)星歷和大氣層預(yù)報(bào)，減少對(duì)流層延遲、電離層電離效應(yīng)，有效提高數(shù)據(jù)在觀測(cè)時(shí)段的觀測(cè)質(zhì)量，同時(shí)減輕外業(yè)工作強(qiáng)度和避免不必要的返工作業(yè);5)觀測(cè)數(shù)據(jù)中有效利用GXCORS站點(diǎn)數(shù)據(jù)，減少外業(yè)工作強(qiáng)度，同時(shí)增強(qiáng)起算數(shù)據(jù)的可靠度。

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