基于CORS站的GPS平面控制網(wǎng)起算點(diǎn)兼容性研究

陳煥然

（廣州市城市規(guī)劃勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，廣東 廣州510060）

GPS測(cè)量成果為WGS84坐標(biāo)，我國(guó)基礎(chǔ)測(cè)量成果一般采用國(guó)家坐標(biāo)系或者城市地方坐標(biāo)系，因此必須將WGS84成果轉(zhuǎn)換為國(guó)家或者地方坐標(biāo)系成果。主要方法是利用GPS網(wǎng)點(diǎn)與城市已有控制網(wǎng)的重合點(diǎn)進(jìn)行聯(lián)測(cè)，在城市已有控制網(wǎng)框架內(nèi)進(jìn)行GPS網(wǎng)的約束平差，將GPS網(wǎng)強(qiáng)制符合到已知點(diǎn)所在坐標(biāo)系中。因此，重合點(diǎn)是GPS網(wǎng)約束平差的基準(zhǔn)點(diǎn)，當(dāng)重合點(diǎn)誤差較大或含有粗差時(shí)，將嚴(yán)重影響GPS成果可靠性。對(duì)地面已知點(diǎn)坐標(biāo)進(jìn)行兼容性分析是一項(xiàng)非常重要的工作，便于發(fā)現(xiàn)并剔除存在較大誤差的已知點(diǎn)，選擇兼容性較好的重合點(diǎn)作為基準(zhǔn)進(jìn)行平差，使GPS網(wǎng)約束平差成果滿足要求。

1 某城市四等GPS網(wǎng)布設(shè)與平差計(jì)算

隨著近年來城市建設(shè)的飛速發(fā)展，城市基礎(chǔ)導(dǎo)線網(wǎng)破壞情況較為嚴(yán)重，同時(shí)，一些新的發(fā)展與建設(shè)熱點(diǎn)區(qū)域，也未能建設(shè)起全面覆蓋的基礎(chǔ)導(dǎo)線網(wǎng)。城市基礎(chǔ)導(dǎo)線網(wǎng)損毀和稀缺問題，已導(dǎo)致城市的測(cè)量基礎(chǔ)保障難以滿足城市規(guī)劃、管理和建設(shè)工作的迫切需要。為此，某城市啟動(dòng)了重建城市等級(jí)導(dǎo)線控制網(wǎng)項(xiàng)目，主要包括四等靜態(tài)GPS控制網(wǎng)、等級(jí)導(dǎo)線網(wǎng)和四等水準(zhǔn)測(cè)量網(wǎng)等。本文重點(diǎn)討論城市四等靜態(tài)GPS控制網(wǎng)的起算點(diǎn)兼容性分析問題。

該項(xiàng)目針對(duì)原有控制點(diǎn)損毀和分布實(shí)際情況，結(jié)合實(shí)地踏勘情況，確定了布網(wǎng)方案，確保新舊控制網(wǎng)的良好銜接和均勻覆蓋，滿足城市測(cè)量的需求。該四等靜態(tài)GPS控制網(wǎng)由30個(gè)點(diǎn)構(gòu)成，起算點(diǎn)為12個(gè)，新埋設(shè)點(diǎn)9個(gè)，檢核點(diǎn)位9個(gè)。GPS外業(yè)觀測(cè)確保每個(gè)點(diǎn)至少獨(dú)立觀測(cè)2個(gè)時(shí)段，每時(shí)段觀測(cè)時(shí)間在1 h以上。內(nèi)業(yè)基線計(jì)算采用了天寶TBC軟件，網(wǎng)平差采用了權(quán)威可靠的計(jì)算軟件。平差計(jì)算的基線網(wǎng)圖如圖1所示，其中圈點(diǎn)為9個(gè)起算點(diǎn)。

圖1 基線網(wǎng)圖

經(jīng)過平差計(jì)算結(jié)果與9個(gè)檢核點(diǎn)比較，結(jié)果見表1。

表1 平差計(jì)算結(jié)果比較 m

依據(jù)檢核點(diǎn)比較結(jié)果可以得出，x方向較差較大，y方向較差較小，存在個(gè)別點(diǎn)較差大于0．05 m。為此，需要進(jìn)行起算點(diǎn)兼容性分析。

2 起算點(diǎn)兼容性分析方法

依據(jù)《衛(wèi)星定位城市測(cè)量規(guī)范》CJJ／T73－2010要求，布設(shè)城市或測(cè)區(qū)首級(jí)控制網(wǎng)時(shí)應(yīng)與國(guó)家控制網(wǎng)進(jìn)行聯(lián)測(cè)，建立相互聯(lián)接和轉(zhuǎn)換關(guān)系，聯(lián)測(cè)點(diǎn)數(shù)不應(yīng)少于3個(gè)點(diǎn)，聯(lián)測(cè)點(diǎn)應(yīng)均勻分布。有條件時(shí)，應(yīng)與高精度的地面連續(xù)運(yùn)行跟蹤站進(jìn)行同步觀測(cè)，充分利用與地面連續(xù)運(yùn)行跟蹤站的同步觀測(cè)數(shù)據(jù)。針對(duì)上述結(jié)果，本文充分利用了城市CORS站，采用了如下方法進(jìn)行起算點(diǎn)兼容性分析：

方法1：平面位置較差大于0．05 m的個(gè)別點(diǎn)直接與CORS站聯(lián)測(cè)解算。

通過將平面位置較差大于0．05 m的點(diǎn)與CORS站重新單獨(dú)構(gòu)網(wǎng)解算，可以判斷該點(diǎn)是否存在觀測(cè)粗差。上述檢核成果的檢核點(diǎn)4的較差大于0．05 m，該點(diǎn)獨(dú)立觀測(cè)了3個(gè)時(shí)段，每個(gè)時(shí)段超過1 h，全部累計(jì)觀測(cè)時(shí)間超過6 h。將該點(diǎn)3個(gè)時(shí)段觀測(cè)數(shù)據(jù)與3個(gè)以上CORS站同步觀測(cè)數(shù)據(jù)重新解算，以CORS站作為起算，得到較差結(jié)果見表2。

表2 以CORS站作起算得到的較差結(jié)果 m

由此可見，該點(diǎn)觀測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量較好，平面位置較差小于0．05 m，與CORS站兼容性較好，可以作為起算點(diǎn)。

方法2：利用城市CORS站作為起算，重新構(gòu)網(wǎng)解算。

為了檢核起算點(diǎn)是否存在問題，重新選擇城市CORS站作為起算點(diǎn)，利用該網(wǎng)的基線重新平差解算，得到該網(wǎng)的城市坐標(biāo)，與利用城市坐標(biāo)作起算的較差統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表3。

表3 與利用城市坐標(biāo)作起算的較差統(tǒng)計(jì)結(jié)果 m

可以看出，該網(wǎng)的9個(gè)起算點(diǎn)坐標(biāo)與城市CORS站相容性不好，主要是x方向（即東西方向）較差不能滿足要求。

方法3：重新選擇起算點(diǎn)進(jìn)行構(gòu)網(wǎng)解算。

對(duì)9個(gè)起算點(diǎn)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)有5個(gè)起算點(diǎn)坐標(biāo)較差與CORS站作起算得到的結(jié)果相容性較好。選擇兼容性好的5個(gè)點(diǎn)作為起算，重新平差構(gòu)網(wǎng)解算，與利用CORS站做起算對(duì)比結(jié)果見表4。

表4 與利用CORS站做起點(diǎn)對(duì)比結(jié)果 m

由此可見，利用兼容性好的5個(gè)點(diǎn)做起算，得到全網(wǎng)結(jié)果與利用CORS站結(jié)果較差能夠滿足較差小于0．05 m的要求，說明該網(wǎng)其余4個(gè)起算點(diǎn)與CORS站存在兼容性問題。

方法4：重新選擇已有的高等級(jí)點(diǎn)進(jìn)行解算。

該網(wǎng)經(jīng)過上述多種方法比較，在東西方向較差較大。為此，利用已有的基線觀測(cè)數(shù)據(jù)，在東西方向增加高等級(jí)控制點(diǎn)做起算進(jìn)行控制，構(gòu)網(wǎng)如圖2所示。

經(jīng)過解算，該網(wǎng)在東西方向有所改善，效果較好，但網(wǎng)型不夠簡(jiǎn)潔。

圖2 選擇利用已有的城市二等點(diǎn)

方法5：基線網(wǎng)構(gòu)網(wǎng)進(jìn)行優(yōu)化。

對(duì)解算的基線網(wǎng)重新構(gòu)網(wǎng)，盡量選擇城市二等網(wǎng)點(diǎn)或者CORS站做起算。具體構(gòu)網(wǎng)時(shí)盡量形成三角形。優(yōu)化后的構(gòu)網(wǎng)及起算點(diǎn)如圖3所示。

圖3 基線網(wǎng)圖優(yōu)化

以該城市的4個(gè)CORS站和一個(gè)城市二等GPS點(diǎn)作起算進(jìn)行平差解算，將計(jì)算結(jié)果與利用2000國(guó)家大地坐標(biāo)做起算并進(jìn)行轉(zhuǎn)換得到結(jié)果比較見表5。

表5 與利用2000國(guó)家大地坐標(biāo)做起算并進(jìn)行轉(zhuǎn)換得到結(jié)果比較 m

該結(jié)果較好，既能與城市已有等級(jí)控制點(diǎn)數(shù)據(jù)很好兼容，又能確保數(shù)據(jù)的成果精度，成果非常可靠。

3 結(jié) 論

通過上述結(jié)果比較分析，可以得出如下幾點(diǎn)結(jié)論：

1）起算點(diǎn)兼容性對(duì)整個(gè)網(wǎng)解算結(jié)果影響非常大，為了最大限度地減少起算點(diǎn)引起的平差結(jié)果問題，城市四等平面控制網(wǎng)最好選擇城市CORS站或者二等平面控制網(wǎng)做起算，盡量分布均勻，確保成果與城市已有數(shù)據(jù)很好銜接以及成果精度。

2）可以采用將個(gè)別誤差較大的點(diǎn)或者部分點(diǎn)直接與城市CORS站構(gòu)網(wǎng)解算，檢核起算點(diǎn)兼容性，為此，各個(gè)點(diǎn)觀測(cè)時(shí)間盡量延長(zhǎng)，確保解算的基線數(shù)據(jù)在滿足四等規(guī)范要求的同時(shí)，能夠與CORS站構(gòu)網(wǎng)解算。

3）基線構(gòu)網(wǎng)平差計(jì)算時(shí)，盡量避免形成多邊形或者減少多邊形構(gòu)網(wǎng)邊數(shù)量，如果滿足條件，盡量將基線構(gòu)成三角形，且多與高精度首級(jí)起算點(diǎn)構(gòu)網(wǎng)，能提高整個(gè)網(wǎng)的平差精度。

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