貴安新區(qū)高精度GNSS控制網(wǎng)建立

馬亶佑 李仕維

摘要：貴安新區(qū)成立之后，城市測(cè)繪工作存在控制點(diǎn)分布不均、成果可靠性和現(xiàn)勢(shì)性較差等問(wèn)題，急需建立高精度的基礎(chǔ)控制網(wǎng)。本文主要介紹了貴安新區(qū)GNSS控制網(wǎng)的布設(shè)、觀測(cè)、數(shù)據(jù)處理以及成果精度等。

關(guān)鍵詞：貴安新區(qū)；GNSS控制網(wǎng)；數(shù)據(jù)處理；網(wǎng)平差

貴安新區(qū)是2014年新設(shè)立的國(guó)家級(jí)新區(qū)，位于貴州省中部，貴陽(yáng)市和安順市結(jié)合部。自新區(qū)設(shè)立以來(lái)，尚未建立城市的基礎(chǔ)控制網(wǎng)。同時(shí)由于貴陽(yáng)市和安順市原有基礎(chǔ)控制成果采用經(jīng)典大地測(cè)量的手段而建立的，基本局限于兩市的主城區(qū)，而位于兩市結(jié)合部的貴安新區(qū)的基礎(chǔ)控制成果不足，其精度、密度、現(xiàn)勢(shì)性等已無(wú)法滿足城鄉(xiāng)規(guī)劃和建設(shè)的需求，迫切需要建立覆蓋新區(qū)的高精度基礎(chǔ)控制網(wǎng)。

1GNSS控制網(wǎng)布設(shè)、觀測(cè)

貴安新區(qū)高精度GNSS控制網(wǎng)通過(guò)框架網(wǎng)、GNSSC級(jí)控制網(wǎng)實(shí)現(xiàn)。貴安新區(qū)框架網(wǎng)建立，利用貴安新區(qū)范圍內(nèi)的國(guó)家GNSS大地控制點(diǎn)（5921（安順）、5944（貴陽(yáng)）、JB25（花溪））以及貴陽(yáng)CORS網(wǎng)（7個(gè)站點(diǎn)）組網(wǎng)形成覆蓋貴陽(yáng)市和貴安新區(qū)的城市框架網(wǎng)，獲得高精度的CGCS2000地心坐標(biāo)。網(wǎng)形見(jiàn)圖1。GNSSC級(jí)控制網(wǎng)的建立應(yīng)與城市高程系統(tǒng)的建設(shè)統(tǒng)籌考慮，兼顧未來(lái)似大地水準(zhǔn)面精華的需求，均勻布設(shè)成GNSS水準(zhǔn)網(wǎng)，共布設(shè)33點(diǎn)，平均間距為8～12km。同時(shí)為了有效銜接貴陽(yáng)市、安順市GNSS控制網(wǎng)，聯(lián)測(cè)了安順市首級(jí)控制網(wǎng)以及貴陽(yáng)市2013年的3個(gè)GNSS觀測(cè)環(huán)，網(wǎng)形見(jiàn)圖2。

貴安新區(qū)框架網(wǎng)按照GNSSB級(jí)網(wǎng)的要求觀測(cè)，同時(shí)聯(lián)測(cè)國(guó)家IGS跟蹤站。GNSSC級(jí)網(wǎng)按照同步環(huán)、以邊連式和網(wǎng)連式進(jìn)行觀測(cè)。采用TEQC軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查，其中觀測(cè)衛(wèi)星總數(shù)最大為31、最小為15；數(shù)據(jù)可利用率最大為100%、最小為79%；L1、L2頻率的多路徑效應(yīng)影響最大為0.53、最小為021。由此可見(jiàn)數(shù)據(jù)質(zhì)量完全滿足規(guī)范要求。

2GNSS控制網(wǎng)數(shù)據(jù)處理

2.1基線處理及檢核

2.1.1基線處理

基線處理采用GAMIT軟件，分兩步進(jìn)行，首先是框架網(wǎng)的基線處理，其次是C級(jí)網(wǎng)的基線處理。框架網(wǎng)基線處理以同步時(shí)段為單位進(jìn)行，采用精密星歷、ITRF97框架、2000.0歷元。由于基線解算中起算點(diǎn)（基準(zhǔn)站）的精度將影響基線的精度，故框架網(wǎng)基線處理引入IGS跟蹤站（BJFS、WUHN、LHAZ、URUM、KUNM等），并作為GNSS控制網(wǎng)的基準(zhǔn)。采用的截止高度角為15度，歷元間隔為30秒。GNSSC級(jí)網(wǎng)的基線處理方案基本同框架網(wǎng)的方案，不同在于其起算坐標(biāo)采用貴陽(yáng)CORS站點(diǎn)坐標(biāo)，歷元間隔為10秒。

2.1.2基線檢核

（1）重復(fù)基線重復(fù)性。各時(shí)段向量的重復(fù)性反映了基線解的內(nèi)部精度，是衡量基線解質(zhì)量的一個(gè)重要指標(biāo)。重復(fù)精度采用σ=a+bl表示，其中σ為分量的中誤差，a為分量的固定誤差（mm），b為相對(duì)誤差（108），l為分量的長(zhǎng)度。框架網(wǎng)有153組重復(fù)基線（包括全球站），GNSSC級(jí)網(wǎng)有348組重復(fù)基線。檢核結(jié)果見(jiàn)表1，從表可知，基線處理的精度滿足了規(guī)范的要求。

（2）同步環(huán)閉合差。同步環(huán)閉合差反映的是一個(gè)同步環(huán)數(shù)據(jù)質(zhì)量的好壞。由于GAMIT軟件采用的是網(wǎng)解（即全組合解），其同步環(huán)閉合差在基線解算時(shí)已經(jīng)進(jìn)行了分配。對(duì)于GAMIT軟件基線解的同步環(huán)檢核，可以把解的nrms值作為同步環(huán)質(zhì)量好壞的一個(gè)指標(biāo)，一般要求nrms值小于0.5。框架網(wǎng)計(jì)算了11個(gè)同步時(shí)段，全部nrms值均小于0.2，最大的為01976。GNSSC級(jí)網(wǎng)計(jì)算了33個(gè)同步時(shí)段，全部nrms值均小于0.3，最大的為0.2262。這說(shuō)明GNSS控制網(wǎng)的整體外業(yè)觀測(cè)質(zhì)量較高，基線解的精度較好。

（3）異步環(huán)閉合差。異步環(huán)閉合差反映的是整個(gè)GNSS控制網(wǎng)的外業(yè)觀測(cè)質(zhì)量和基線解算質(zhì)量的可靠性。GNSS框架網(wǎng)，共檢核由平差所用的獨(dú)立基線構(gòu)成的最簡(jiǎn)異步環(huán)138個(gè)，所有的異步環(huán)閉合差都小于國(guó)家規(guī)范的要求。其中，相對(duì)異步環(huán)閉合差最大為0.007m（限差0.080m），其相對(duì)精度為0242ppm；絕對(duì)異步環(huán)閉合差最大為0.020m（限差9.479m），其相對(duì)精度為0.006ppm。GNSSC級(jí)網(wǎng)，共檢核由平差所用的獨(dú)立基線構(gòu)成的最簡(jiǎn)異步環(huán)149個(gè)，所有的異步環(huán)閉合差都小于GNSS規(guī)范的要求。其中，相對(duì)異步環(huán)閉合差最大為0.003m（限差0.037m），其相對(duì)精度為1.695ppm；絕對(duì)異步環(huán)閉合差最大為0.018m（限差0.481m），其相對(duì)精度為0.516ppm。由此可見(jiàn)，所有的異步環(huán)均滿足規(guī)范要求。

2.2GNSS網(wǎng)平差

網(wǎng)平差時(shí)采用各同步觀測(cè)網(wǎng)的獨(dú)立基線向量及其全協(xié)方差矩陣作為觀測(cè)量，使用武漢大學(xué)編制的POWERNET科研版軟件。其平差策略為選取貴陽(yáng)CORS的坐標(biāo)，以CGCS2000成果為基準(zhǔn)，提供框架為ITRF97，歷元為2000.0的坐標(biāo)成果，對(duì)整網(wǎng)進(jìn)行聯(lián)合平差。聯(lián)合平差中，框架網(wǎng)參與平差的基線有155條，C級(jí)網(wǎng)參與平差的基線有212條。

2.2.1三維無(wú)約束平差

三維無(wú)約束平差的目的主要有以下三個(gè)方面：一是進(jìn)行粗差分析，以發(fā)現(xiàn)觀測(cè)量中的粗差并消除其影響；二是調(diào)整觀測(cè)量的協(xié)方差分量因子，使其與實(shí)際精度相匹配；三是對(duì)整體網(wǎng)的內(nèi)部精度進(jìn)行檢驗(yàn)和評(píng)估。三維無(wú)約束平差在CGCS2000坐標(biāo)系下進(jìn)行，其平差結(jié)果客觀地反映了整個(gè)GNSS網(wǎng)的內(nèi)部符合精度。其中，X改正數(shù)最大為0.89cm、最小為1.24cm，Y改正數(shù)最大為1.29cm、最小為1.22cm，Z改正數(shù)最大為1.00cm、最小為—0.59cm，基線改正數(shù)最大為0.70cm、最小為1.11cm。這說(shuō)明觀測(cè)質(zhì)量較好，基線解的精度較高。

2.2.2三維約束平差

整體約束平差的目的是引入外部基準(zhǔn)，其將所有獨(dú)立基線向量及其經(jīng)調(diào)整后的協(xié)方差陣作為觀測(cè)量，平差可消除因星歷和網(wǎng)的傳遞誤差引起的整網(wǎng)在尺度和方向上的系統(tǒng)性偏差。CGCS2000坐標(biāo)系下的網(wǎng)平差的起算基準(zhǔn)為貴陽(yáng)CORS站的CGCS2000坐標(biāo)，約束平差后，GNSS控制網(wǎng)的平均相對(duì)精度為0.0394ppm，最弱邊相對(duì)精度為0.5026ppm；GNSS網(wǎng)中最弱點(diǎn)水平精度為0.0054m，大地高精度為0.0064m。整個(gè)GNSS控制網(wǎng)點(diǎn)位精度均優(yōu)于1cm。CGCS2000坐標(biāo)系下三維約束平差后，通過(guò)高斯投影可以獲取CGCS2000（中央經(jīng)線105°）下的坐標(biāo)。

2.2.3二維平差

GNSSC級(jí)網(wǎng)的二維平差采用POWERNET科研版軟件，分別在1954年北京坐標(biāo)系、1980西安坐標(biāo)系、貴陽(yáng)城市獨(dú)立坐標(biāo)系以及安順城市獨(dú)立坐標(biāo)系下進(jìn)行，平差結(jié)果見(jiàn)表2。

由表2可知，二維平差結(jié)果精度較高，符合規(guī)范要求，能夠滿足基礎(chǔ)測(cè)繪工作的需求。

2.3結(jié)果分析

對(duì)比分析聯(lián)測(cè)貴陽(yáng)市3個(gè)GNSS觀測(cè)環(huán)的兩期成果，兩期平差成果的較差在3cm以內(nèi)，說(shuō)明控制網(wǎng)在精度上是一致的，表明貴安新區(qū)GNSS控制網(wǎng)和貴陽(yáng)市GNSS控制網(wǎng)銜接較好。

3結(jié)論

本項(xiàng)目采用了嚴(yán)密的數(shù)據(jù)處理模型，綜合利用GNSS測(cè)量技術(shù)、精密數(shù)據(jù)處理技術(shù)，建立了貴安新區(qū)高精度GNSS控制網(wǎng)、在CGCS2000坐標(biāo)系下的三維大地坐標(biāo)基準(zhǔn)，解決了貴安新區(qū)控制點(diǎn)分布不均、成果可靠性和現(xiàn)勢(shì)性較差等問(wèn)題，能夠?yàn)榻窈蠡A(chǔ)測(cè)繪基準(zhǔn)的最終建立提供了科學(xué)的依據(jù)，能夠更為似大地水準(zhǔn)面精化提供均勻、可靠和精確的數(shù)據(jù)，能夠滿足了貴安新區(qū)現(xiàn)階段基礎(chǔ)測(cè)繪、經(jīng)濟(jì)建設(shè)和社會(huì)發(fā)展的需求。

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作者簡(jiǎn)介：馬亶佑（1986），男，碩士，工程師，注冊(cè)測(cè)繪師，主要從事測(cè)繪生產(chǎn)及管理工作。