CORS網(wǎng)新增站點(diǎn)快速高精度坐標(biāo)聯(lián)測(cè)與精度評(píng)估

范昆飛，黃煥東，易桂軒

（1.南寧市國(guó)土資源信息中心，廣西 南寧 530022； 2.武漢市測(cè)繪研究院，湖北 武漢 430022）

CORS網(wǎng)新增站點(diǎn)快速高精度坐標(biāo)聯(lián)測(cè)與精度評(píng)估

范昆飛1，黃煥東1，易桂軒2

（1.南寧市國(guó)土資源信息中心，廣西 南寧 530022； 2.武漢市測(cè)繪研究院，湖北 武漢 430022）

以某地區(qū)CORS為實(shí)例，將新增參考站網(wǎng)與原有參考站網(wǎng)進(jìn)行同步聯(lián)測(cè)，聯(lián)合運(yùn)用TEQC、GAMIT、CosaGPS實(shí)現(xiàn)新增參考站坐標(biāo)的高精度快速解算，并進(jìn)行了全面詳盡的基線處理與網(wǎng)平差精度評(píng)估。實(shí)踐證明，該方式能實(shí)現(xiàn)新增參考站快速高精度的坐標(biāo)聯(lián)測(cè)。

GAMIT；CosaGPS；區(qū)域CORS網(wǎng)；數(shù)據(jù)處理；精度評(píng)估

CORS作為地方或城市坐標(biāo)基準(zhǔn)框架，需通過與地區(qū)CGCS2000網(wǎng)點(diǎn)聯(lián)測(cè)獲取坐標(biāo)[1]。受經(jīng)費(fèi)、工期等因素影響，很多地區(qū)CORS都采取多期建設(shè)，即先建設(shè)覆蓋經(jīng)濟(jì)中心區(qū)域的參考站，在CORS運(yùn)營(yíng)過程中再不斷擴(kuò)充新增參考站。為了快速、低成本地獲取新增參考站坐標(biāo)，常采用聯(lián)測(cè)原有參考站的方法。本文以聯(lián)測(cè)原有參考站快速解算南寧CORS新增參考站為例，闡述了聯(lián)合運(yùn)用TEQC、GAMIT、CosaGPS進(jìn)行高精度GPS數(shù)據(jù)處理與精度評(píng)估的過程與方法，為生產(chǎn)實(shí)踐提供有益的經(jīng)驗(yàn)與參考。

1 數(shù)據(jù)處理

1.1 數(shù)據(jù)預(yù)處理

南寧CORS同期共新增11個(gè)參考站（GT），周邊原有參考站9個(gè)（JZ），所有參考站相互距離最近為3 km，最遠(yuǎn)為150 km ，坐標(biāo)聯(lián)測(cè)網(wǎng)如圖1所示。

圖1 南寧CORS坐標(biāo)聯(lián)測(cè)網(wǎng)

FTP遠(yuǎn)程下載新建參考站和原有參考站2012年171、172、173 d的衛(wèi)星觀測(cè)值，利用TEQC軟件進(jìn)行觀測(cè)數(shù)據(jù)預(yù)處理，包括觀測(cè)值格式轉(zhuǎn)換、觀測(cè)值裁剪與合并、采用率重置、觀測(cè)值衛(wèi)星數(shù)據(jù)剔除、觀測(cè)值頭文件編輯、o文件格式檢核與修改、觀測(cè)值質(zhì)量檢核等。最終獲得格式、頭文件（天線類型、天線高等）、起止時(shí)間（24 h）、采樣率（30 s）等都正確、干凈的60個(gè)（20站×3時(shí)段/站）GPS觀測(cè)值文件。

1.2 基線向量解算

GAMIT是全球最著名的高精度GPS數(shù)據(jù)處理軟件，本文基于Ubuntu 11．04操作系統(tǒng)采用GAMIT 10．35版本進(jìn)行基線解算。GAMIT軟件安裝完成后，應(yīng)更新tables文件，最新的tables文件可通過ftp:// garner．ucsd．edu/pub/gamit網(wǎng)站下載更新。本次解算主要參數(shù)配置如表1所示[2,3]。

表1 主要參數(shù)配置表

配置處理好sestbl．和sittbl．文件后，運(yùn)行sh_gamit，軟件自動(dòng)從IGS下載精密星歷進(jìn)行基線解算。

1.3 GPS網(wǎng)平差

COSA_GPS是由武漢大學(xué)開發(fā)的專業(yè)GPS網(wǎng)平差與結(jié)果統(tǒng)計(jì)軟件，利用CosaGPS讀取GAMIT基線文件（q-file）。

GPS測(cè)量規(guī)范（GB/T18314-2009）規(guī)定，基線測(cè)量中誤差σ使用GPS接收機(jī)的標(biāo)稱精度。本次解算的參考站接收機(jī)種類較多，標(biāo)稱精度最高的是Leica GR10接收機(jī)（3 mm+0．5×10-6），采用此指標(biāo)設(shè)置在CosaGPS軟件中，用于所有檢核指標(biāo)限制的計(jì)算。按以下規(guī)則選取獨(dú)立基線：171時(shí)段按“順序連線”方式選取獨(dú)立基線；172時(shí)段按照“射線型”方式選取獨(dú)立基線；173時(shí)段按“隨機(jī)”方式選取獨(dú)立基線。20個(gè)參考站每個(gè)時(shí)段形成19條獨(dú)立基線，用于最終網(wǎng)平差的獨(dú)立基線共有57條。采用CosaGPS在CGCS2000基準(zhǔn)下，以9個(gè)原有參考站為起算進(jìn)行約束平差。

2 基線處理精度評(píng)估

2.1 NRMS值分析

GAMIT基線解算結(jié)果o-file或q-file中，NRMS（標(biāo)準(zhǔn)化均方根誤差）表示單時(shí)段解算出的基線值偏離其加權(quán)平均值的程度，是從歷元的模糊度解算中得出的殘差，其計(jì)算公式為[4]：式中，Xi、X分別為基線向量某分量值和其加權(quán)平均值，對(duì)應(yīng)的方差為；n為基線條數(shù)。

NRMS是GAMIT解算結(jié)果的一個(gè)重要指標(biāo)，一般認(rèn)為NRMS值在0．12～0．5是合理的，根據(jù)國(guó)內(nèi)外GPS處理經(jīng)驗(yàn)NRMS值在0．25左右為最優(yōu)[5]。本次分別解算3個(gè)時(shí)段，基線解算后NMRS值如表2所示。

表2 NRMS值統(tǒng)計(jì)表

從表2可知，NNCORS聯(lián)測(cè)網(wǎng)3個(gè)時(shí)段同步圖形的標(biāo)準(zhǔn)化驗(yàn)后NRMS值在0．17～0．19，表明NNCORS坐標(biāo)聯(lián)測(cè)網(wǎng)基線解算是合理的。

2.2 基線解算中誤差分析

為了分析基線解算的精度情況，對(duì)GAMIT解算的3個(gè)時(shí)段共570條基線向量的水平分量、垂直分量的中誤差作數(shù)值分析，如圖2所示。

圖2 基線中誤差精度分析圖

從圖2可知，NNCORS坐標(biāo)聯(lián)測(cè)網(wǎng)基線處理的精度都優(yōu)于±5 mm，垂直分量都優(yōu)于±11 mm（絕大部分優(yōu)于±10 mm）。GPS測(cè)量規(guī)范（GB/T 18314-2009）中B級(jí)網(wǎng)相鄰點(diǎn)基線分量中誤差為：水平分量≤±5 mm、垂直分量≤10 mm[4]，表明NNCORS基線解算精度接近B級(jí)網(wǎng)水平（少量基線的垂直分量略微超限）。

2.3 基線重復(fù)性分析

基線分量和邊長(zhǎng)的重復(fù)性檢驗(yàn)是高精度GPS控制網(wǎng)基線質(zhì)量分析的關(guān)鍵步驟，基線分量和邊長(zhǎng)的重復(fù)性指標(biāo)反映的是觀測(cè)數(shù)據(jù)的離散度[6,7]，其定義為：

式中，n為同一基線總觀測(cè)時(shí)段數(shù)；Li為一個(gè)單時(shí)段解的基線某一分量或邊長(zhǎng)；δi2為L(zhǎng)i的方差；L為L(zhǎng)i的加權(quán)平均值，其計(jì)算公式如下：

采用自編軟件計(jì)算所有190條基線（N，E，U）方向和長(zhǎng)度L的重復(fù)性，如圖3所示。

由圖3可知，所有基線向量重復(fù)性在南北方向最大值為2．7 mm，平均值為1．1 mm；東西方向最大值為3．3 mm，平均值為1．3 mm；高程方向最大值為15．2 mm，平均值為5．2 mm；邊長(zhǎng)方向最大值為3．0 mm，平均值為1．3 mm。

對(duì)各條基線分量重復(fù)性與邊長(zhǎng)的關(guān)系進(jìn)行線性擬合，結(jié)果如表3所示。

表3 基線（分量與邊長(zhǎng)）重復(fù)性與邊長(zhǎng)的關(guān)系表

2.4 其他精度指標(biāo)分析

本文還對(duì)重復(fù)基線較差、同步環(huán)閉合差、異步環(huán)閉合差進(jìn)行了質(zhì)量檢核。采用CosaGPS進(jìn)行質(zhì)量指標(biāo)的檢核，檢驗(yàn)結(jié)果均滿足規(guī)范要求。限于篇幅，在此未能一一列出。

3 網(wǎng)平差處理精度評(píng)估

3.1 基線三維分量改正數(shù)分析

CGCS2000坐標(biāo)基準(zhǔn)下的三維約束平差完成后，應(yīng)滿足VΔX/ΔY/ΔZ≤3σ，對(duì)網(wǎng)平差后57條獨(dú)立基線的三維分量殘差改正數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，如圖4所示。

圖4 基線分量改正數(shù)統(tǒng)計(jì)圖

從圖4可知，所有基線的三維分量改正數(shù)都小于3．4 mm，遠(yuǎn)小于限差值。

3.2 點(diǎn)位坐標(biāo)精度分析

網(wǎng)平差后得到11個(gè)新增參考站CGCS2000坐標(biāo)，對(duì)平差后的結(jié)果進(jìn)行精度統(tǒng)計(jì)分析，如圖5所示。

圖5 點(diǎn)位精度分析圖

由圖5可知，本次解算各測(cè)站點(diǎn)位精度在平面方向優(yōu)于±0．4 cm，在高程方向優(yōu)于±1．0 cm，點(diǎn)位精度優(yōu)于±1．1 cm，最弱點(diǎn)為4號(hào)點(diǎn)。

3.3 基線邊長(zhǎng)相對(duì)中誤差分析

對(duì)網(wǎng)平差后的基線邊長(zhǎng)相對(duì)精度進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，如圖6所示。最弱邊基線為1條超短邊（＜3 km），其相對(duì)精度為0．40×10-6。除此之外，所有基線的邊長(zhǎng)相對(duì)精度都優(yōu)于0．07×10-6。邊長(zhǎng)相對(duì)精度情況表明，除1條超短基線外。本次解算的邊長(zhǎng)相對(duì)精度都達(dá)到了國(guó)家二等大地控制網(wǎng)的要求（不低于0．1×10-6）[4]。

圖6 邊長(zhǎng)相對(duì)精度統(tǒng)計(jì)分析圖

[1] CH/T 2008-2005．全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)連續(xù)運(yùn)行參考站網(wǎng)建設(shè)規(guī)范[S]．北京：測(cè)繪出版社,2006

[2] 李征航，張小紅．衛(wèi)星導(dǎo)航定位新技術(shù)及高精度數(shù)據(jù)處理方法[M]．武漢：武漢大學(xué)出版社，2009

[3] 許才軍，張朝玉．地殼變形測(cè)量與數(shù)據(jù)處理[M]．武漢：武漢大學(xué)出版社，2009

[4] GB/T 18314-2009．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， 2009

[5] 郭際明,周命端,吳迪軍,等．高精度GPS大型橋梁工程控制網(wǎng)數(shù)據(jù)處理與質(zhì)量評(píng)估方法研究[J]．測(cè)繪通報(bào)，2012(2)：18-22

[6] 黃功文，王斌，王延偉． 高精度GPS控制網(wǎng)基線重復(fù)性檢驗(yàn)與質(zhì)量分析[J]．測(cè)繪通報(bào)，2011(7)：9-11

[7] 李毓麟，劉經(jīng)南，葛茂榮，等．中國(guó)國(guó)家A級(jí)GPS網(wǎng)的數(shù)據(jù)處理和精度評(píng)估[J]．測(cè)繪學(xué)報(bào)，1996，25(2)：81-86

P221

B

1672-4623（2014）01-0151-03

10.11709/j.issn.1672-4623.2014.01.053

范昆飛，主要研究方向?yàn)楦呔菺PS數(shù)據(jù)處理、CORS應(yīng)用、地籍測(cè)量。

2013-05-21。

項(xiàng)目來源：廣西自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（桂科基0991023）；廣西教育廳科研項(xiàng)目（桂教科研[2006]26～121）。