科傻GPS數據處理系統在韓城市禹門抽黃工程中的應用

羅天保（陜西省水利電力勘測設計研究院測繪分院陜西西安710002）

科傻GPS數據處理系統在韓城市禹門抽黃工程中的應用

羅天保
（陜西省水利電力勘測設計研究院測繪分院陜西西安710002）

本文講述科傻GPS數據處理系統在韓城市禹門口抽黃改造工程三維無約束平差及二維約束平差中的應用，詳細介紹了GPS數據處理的過程及精度，為類似的GPS數據處理過程提供參考。

科傻GPS數據處理系統；抽黃改造工程；應用

1　工程概況

韓城市禹門口抽黃改造工程線路主要沿原禹門抽黃灌溉工程渠線布設，本次改造工程對原渠線進行改造和新建，工程擬分兩級加壓，線路主要有管道、隧洞、倒虹、管橋、分水閘、水處理廠、泵站等建筑物組成。線路需多次穿越公路、鐵路及廠礦等人口密集帶，工程施工難度較大。線路全長約25km。

一級泵站至二級泵站段為第一段，該段線路位于黃河岸邊的淺山地段，線路主要由管橋、隧洞及管道組成，長約3.2km。第二段為新建二級泵站至白礬河隧洞出口段，該段線路主要穿越村鎮及廠礦區，人口、房屋沿渠道兩岸密布，穿越難度大，線路主要由隧洞、管橋、蓋板涵等組成，線路長約10km。第三段為白礬河隧洞出口至盤河水庫南北干渠分水閘段，該段線路主要穿越農田，供水管線與原管線并行，不再沿原渠線布設，線路建筑物主要為管道，線路全長約6km。第四段為盤河水庫南干渠末端至小曲溝的北湖風景區，該段線路主要穿越黃土溝壑區，線路主要由倒虹、管道等組成，線路長約5km。第五段為盤河水庫總干渠至南北干渠分水閘，該段主要為渠頂加設蓋板進行封閉。

2　GPS控制網布設及觀測

根據本工程布置及測繪要求，平面控制布設為四等GPS網。從黃河一級站至韓城市擬建北湖每5公里左右靠近線路埋設一組GPS標石，GPS點編號：GPi（i=01，02，……，22）。22個GPS點和B級GPS點1323（夏陽鎮）及三角點西原山△、文家嶺△共25點統一構成四等GPS網。GPS網觀測采用5臺海星達H32型接收機采用網連及邊連方式分時段同步觀測，觀測過程中衛星高度角≥15°，觀測時段長度≥50min，有效觀測衛星數≥4個，數據采樣間隔10s～30s，PDOP≤6。外業測站觀測時，天線安置的對中誤差小于2mm，天線高的量取精確至1mm；為了保證觀測數據的可靠性，每天的觀測數據當天及時下載并進行質量檢驗。

3　GPS數據處理及精度統計

GPS基線解算采用中海達后處理隨機軟件HGO，在解算過稱中嚴格按照四等GPS精度要求采用L1/L2雙差固定解。基線解算合格后將基線解算結果導出并采用TGO閉合環統計軟件進行重復基線測量的長度較差、同步環、異步環各坐標分量閉合差及環線全長閉合差計算。基線解算結果精度最大重復基線邊（GP07～GP08）較差為7.7mm，小于限差29.8mm，同步環、異步環各坐標分量閉合差及環線全長閉合差計算結果最大值及限差如表1所示。

從以上復測基線、同步環及異步環的精度統計結果來看，基線解算精度較高，GPS基線向量不存在粗差，外業觀測數據質量良好。

三維無約束平差及二維約束平差采用“GPS工程測量網通用平差軟件包（簡稱Cosa GPS V5.20）”。在中海達后處理隨機軟件HGO中將基線處理合格后導出為TXT 或Trimble格式，以便導入Cosa GPS V5.20進行三維無約束平差及二維約束平差。

表1　同步環、異步環各坐標分量閉合差及環線全長閉合差最大值統計表

圖1　科傻GPS數據處理系統新建工程界面

在用Cosa GPS V5.20進行GPS平差解算時首先要新建工程，新建工程時輸入相應的工程名稱及保存路徑、儀器固定誤差、儀器比例誤差，并選擇相應的坐標系統及控制網等級。由于該工程要求為四等GPS且要進行三維無約束平差，故將坐標系統選擇為WGS84，控制網等級選擇為國家D級。儀器固定誤差、儀器比例誤差用規范規定的四等GPS精度的儀器固定誤差和儀器比例誤差（10+10ppm），還要將測區平均緯度、中央子午線經度及Y加常數500km輸入相應的位置。其新建工程界面如圖1所示。

將工程新建后輸入B級GPS點1323（夏陽鎮）的三維已知坐標及B級GPS點1323（夏陽鎮）及國家三角點西原山△、文家嶺△的二維已知坐標（國家3°帶平面直角坐標），然后讀取同步基線數據。選擇中海達后處理隨機軟件HGO導出的基線處理結果讀入至Cosa GPS V5.20并形成獨立基線文件，形成獨立基線文建時將形成獨立基線的方式設置為全選。程序平差界面如圖2所示。

B級GPS點1323（夏陽鎮）及三角點西原山△、文家嶺△的坐標為國家6°帶坐標，在工程測量中常使用的是國家3°帶坐標，這就需要進行相應的換代計算工作。韓城市禹門口抽黃改造工程在國家6°帶的帶號為19，其中央子午線經度為111°，國家3°帶的第37帶恰好與6°帶的19帶重合，在這個區域內3°帶坐標與6°帶坐標是一致的，所以在這個工程中不需要進行換帶計算。

三維無約束平差以國家B級GPS點1323（夏陽鎮）的WGS84坐標作為起算數據進行三維無約束平差（三維向量網平差），平差后三維基線向量殘差均顯示合格；控制網的三維基線向量內部可靠性均值為0.69，最大為0.95。這說明該GPS控制網的基線向量觀測沒有出現粗差，控制網的內部可靠性較好；控制網最弱點為GP01，點位中誤差為2.31cm，最弱邊GP13～GP14，相對中誤差為1/175000，其精度優于規范允許限差1/40000。由此看出三維無約束平差的精度是較高的。

三維無約束平差完成后進行二維約束平差，二維約束平差以國家B級GPS點1323（夏陽鎮）及國家三角點西原山△、文家嶺△作為起始點，由于該工程控制網使用的是西安80坐標系，所以在平差二維約束前先在設置中將坐標系統設置為西安80，其他參數與保持三維無約束平差的參數不變。平差后最弱點為GP01，點位中誤差為1.95cm，最弱邊GP13～GP14相對中誤差為1/122000，其精度優于規范允許限差1/40000，控制網二維基線向量內部可靠性均值達到了0.71。從三維無約束平差及二維約束平差的結果來看，該控制網的內部吻合度是比較高的，其平差精度均高于規范允許范圍。

4　Cosa GPS V5　.20　的優劣性

GPS工程測量網通用平差軟件包（Cosa GPS V5.20）由武漢大學測繪學院研制，為常用的GPS后處理軟件，在GPS數據處理階段有其他軟件不可比擬的優勢，其應用范圍較廣，在GPS數據處理及GPS控制網設計及穩定性分析方面是非常實用的，其平差整體性好，輸出成果內容齊全，解算容量大，運算速度比較快。該軟件還存在一些不足：（1）在統計重復基線較差、同步環、異步環各坐標分量閉合差及環線全長閉合差時無法準確計算，需要利用其它軟件來完成。（2）作為GPS工程測量網通用平差軟件包，應該包含GPS基線解算模塊，這個功能在該軟件中是缺失的，在GPS數據處理前必須要用其他軟件來完成GPS基線向量的解算。

5　結語

在韓城市禹門口抽黃改造工程中，用中海達后處理隨機軟件HGO處理GPS觀測基線，用GPS工程測量網通用平差軟件包（Cosa GPS V5.20）進行三維無約束平差及二維約束平差是可行的。在用中海達后處理隨機軟件HGO處理基線的過程中要嚴格按照規范規定的相應等級要求處理觀測基線，并進行重復基線測量的長度較差、同步環、異步環各坐標分量閉合差及環線全長閉合差計算，在重復基線較差及各項閉合差合格后將基線解算結果導出并用Cosa GPS V5.20進行三維無約束平差及二維約束平差，GPS平差結果用Cosa GPS V5.20輸出。

GPS工程測量網通用平差軟件包（Cosa GPS V5.20）在GPS數據處理方面是有很大的優勢的，它功能強大，平差整體性好且運算速度較快，它的成果輸出內容比較全面。該軟件操作起來比較簡單，使用起來非常方便。雖然它不能進行觀測基線的解算，但不影響GPS數據處理階段三維無約束平差及二維約束的平差的計算及成果輸出，特別是在進行獨立坐標系平差計算時，提供的工程網（一點一方向）平差功能為獨立坐標系GPS數據處理提供了很大的方便。陜西水利

［1］《水利水電工程施工測量規范》［S］DL/T5173-2003.

［2］徐紹銓，張華海，楊志強，王澤民.《GPS測量原理及應用》［M］.武漢：武漢大學出版社，2003.

［3］黃聲享，郭英起，易慶林.《GPS在測量工程中的應用》［M］.北京：測繪出版社，2007.

（責任編輯：暢妮）

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