城市控制網改造中確認點位的3種方法探討

廖文兵，姚任平，黃功文，武曉莉，李 東

（1.國家測繪地理信息局 大地測量數據處理中心,陜西 西安 710054；2.西安科技大學 測繪科學與技術學院，陜西 西安 710054；3.陜西測繪地理信息局，陜西 西安 710054；4.國家測繪地理信息局 標準化研究所，陜西 西安 710054）

城市控制網改造中確認點位的3種方法探討

廖文兵1,2，姚任平3，黃功文1，武曉莉4，李 東1

（1.國家測繪地理信息局 大地測量數據處理中心,陜西 西安 710054；2.西安科技大學 測繪科學與技術學院，陜西 西安 710054；3.陜西測繪地理信息局，陜西 西安 710054；4.國家測繪地理信息局 標準化研究所，陜西 西安 710054）

結合工作實際，提出了3種基于不同間距的控制點定點方法：偽距法單點定位、RTK測量技術、非差相位精密單點定位（PPP），其中PPP方法可以實現m級間隔的野外控制點確定，對控制網改造和野外找點具有一定的指導意義。

控制網改造；CGCS2000；偽距單點定位；PPP；RTK

為滿足CGCS2000國家大地坐標系推廣使用，各省市紛紛建立基于CGCS2000的省、市GNSS連續運行參考站網和城市相對獨立坐標系。為整合現有控制點資料，節省成本，需按照設計精度及控制點間距對原有測繪、國土、水利等控制網進行合理利用。

在沙漠、丘陵及城市工程網布設中，由于可供選埋控制點的地形、地貌較少，造成不同部門在同一山頭、相鄰高樓頂幾m甚至1～2 m范圍內布設2～3點。由于地物、地貌的改變使這些點位很難確定，導致在GPS解算中起算點位的不匹配時有發生。如何在普查過程中確定成果匹配的控制點，筆者根據點間距的大小提出3種基于不同定位原理的控制點定點方法，對控制網改造和野外確認點位具有一定的指導意義。

1 偽距法單點定位

傳統GPS動態絕對單點定位，是由廣播星歷和鐘差采用距離交會法來解算接收機天線所在點的三維坐標，又稱偽距法單點定位。其方法是利用1臺GPS接收機在任一時刻觀測即可獲得點位在WGS84坐標系中的三維坐標，其優點是數據采集和數據處理簡單，定位速度快，借用GPS觀測儀器無須人工干預即可獲取測點坐標，精度是±（10～40） m[1]。這是因為定位解算采用的廣播星歷衛星位置的誤差為數m至幾十 m，衛星鐘改正數的誤差為±20 ns（約6 m）[2]，偽距定位精度使用P碼時約為6 m，使用C/A碼時約為20～30 m[3]，該方法在野外定點中只需要1臺導航型手持機即可完成實時定位，目前廣泛應用于大地測量、工程測量及城市控制網改造。

2 RTK測量技術

RTK放樣測量根據其基準站數據鏈分發方式的不同可以分為傳統RTK測量和網絡RTK測量。傳統RTK測量技術即是通過3個以上控制點求取施工區域內轉換參數，利用單基站向用戶發布基站觀測值和坐標。其精度隨著作業半徑的增加而降低，為滿足cm級精度，一般作業半徑不超過15 km。網絡RTK測量技術是基于GNSS連續運行站技術發展起來的，其作業精度平面優于±5 cm，高程±10 cm。該方法在已建立省、市級GNSS連續運行參考站網的地區只需要1臺RTK流動站，通過接收來自基準站的改正數即可完成dm級間距的控制點定點，而對于尚未建立CORS站的地區，則至少需要尋找3個以上控制點求取轉換參數后才能完成dm級間距的控制點定點，且需要1+1的RTK配置模式。

3 非差相位精密單點定位

非差精密單點定位技術是利用單臺接收機在全球范圍內進行靜態或動態獨立作業，采用IGS或CODE中心提供的精密星歷和衛星鐘差以及雙頻載波相位觀測值，采用非差模型進行精密單點定位。該技術在1997年由JPL的Zumbeger等人首先提出，其單天解的精度在水平方向和垂直方向分別為1 cm和2 cm[4,5]，而劉經南、葉世榕在2002年提出改進模型并用自行研制的定位軟件解算得到單天解在緯度方向（B）優于1 cm，經度方向（L）優于2 cm，垂直方向（H）優于3 cm[6]。

3.1 快速產品與最終產品計算結果比較

IGS公布的最終產品（Final）延遲13 d才可以獲得，快速產品（Rapid）延遲時間為17 h。為了比較2 種產品的最終精度，選取IGS站WUHN站2010年第194～210 d數據，采用精密單點定位軟件Trip2．0處理，分別比較2種產品計算獲得的IGS站3個方向的偏差精度。表1給出了WUHN站20 d用IGS快速產品解算坐標與IGS最終產品解算結果的比較差值，圖1～3給出了WUHN站20 d用IGS快速產品解算坐標與IGS最終產品解算結果的比較偏差精度。可以看出，快速產品解算結果與IGS最終產品解算結果相差在dm級。3.2 收斂時間

表1 快速星歷與精密星歷解算WUHN站結果差值/mm

圖1 X方向偏差精度統計

圖2 Y方向偏差精度統計

圖3 Z方向偏差精度統計

為了比較精密單點定位的收斂時間，選取WUHN站2010-07-21觀測數據，利用TEQC軟件將數據分解成0．5 h、1～24 h觀測數據，分別利用Trip2．0軟件動態解算，數據解算結果與IGS站公布的已知坐標作比較，其在X、Y、Z方向的收斂結果見表2，分布見圖4～6。從3個方向的收斂時間可以看出，單點定位在收斂30 min時，定位誤差約0．5 m，隨著觀測時間的增長，趨于穩定，且定位誤差為cm級。

表2 WUHN站X,Y,Z方向收斂結果

3.3 框架和歷元轉換

目前，測繪部門提供的成果均是CGCS2000國家大地坐標系，是ITRF97框架2000歷元在我國的具體體現，而精密單點定位解算的成果多采用ITRF2005框架瞬時歷元。為方便比較2種成果的差異，需進行框架和歷元的轉換，而目前在框架轉換方面的研

圖4 X方向收斂結果

圖5 Y方向收斂結果

圖6 Z方向收斂結果

究相當豐富，相關研究表明，ITRF97、ITRF2000、 ITRF2005、ITRF2008坐標精度在cm級水平是一致的[7]。歷元則是由于地球板塊是活動的，且受到地球固體潮以及海潮的影響造成的。故站點坐標是歷元的時間特征序列，其漂移速度整體在水平方向約2 mm/a，垂直方向約3 mm/a。在工程測量領域，可以認為站點坐標因歷元的影響是線性化的,在m級定位精度的情況下可以不作考慮。

4 結 語

在控制網改造中，為避免因錯誤上點而導致GPS解算中起算點不匹配，給外業測量帶來不必要的麻煩，在普查過程中需按照點位成果和相應點之記確定對應控制點。如何正確判斷所找控制點即為成果對應的點位，筆者給出3種方法。對于相鄰控制點距離超過50 m的野外埋設情況時，可以利用導航型手持機進行野外確定；對于距離約0．5～50 m的多點情況，則可以利用1臺雙頻接收機觀測1 h左右，采用快速精密星歷和鐘差判斷點位；對于0．5 m以下的相鄰點位，則必須采用RTK放樣進行點位確定。本文探討的3種控制網改造過程中野外點位確定方法,對控制網改造和野外找點具有一定的指導意義。

[1] 姚任平,廖文兵．基于MapInfo軟件的GPS控制網點位設計[J]．測繪通報,2011(6):15-17

[2] 樓益棟,劉萬科,張小紅．GPS衛星星歷的分析[J]．測繪信息與工程,2003,28(6):4-6

[3] 劉智敏,林文介．GPS非差相位精密單點定位技術的發展[J]．桂林工學院學報,2004,24(3)：340-344

[4] Zumberge J F,Heflin M B,Jefferson D C,et al．Precise Point Positioning for the Efficient and Robust Analysis of GPS Data from Large Networks[J]．Journal of Geophysical Research,1997,102(B3):5 005-5 017

[5] Zumberge J F,Watkins M M,Web F H． Characteristics and Application of Precise GPS Clock Solution Every 30 Seconds [J]．Navigation,1998,44(4):449-456

[6] 劉經南,葉世榕．GPS非差相位精密單點定位技術探討[J]．武漢大學學報:信息科學版,2002,27(3):234-240

[7] 林曉靜,張小紅．ITRF2005與CGCS2000坐標轉換方法與精度分析[J]．大地測量與地球動力學,2008(5):1-5

P221

B

1672-4623（2015）02-0120-03

10.3969/j.issn.1672-4623.2015.02.043

廖文兵，碩士，主要從事GPS數據處理工作。

2013-05-14。

項目來源：陜西測繪局科技創新課題資助項目（2010-02）。