已知點精度對航道工程GNSS控制網(wǎng)基線解算的影響分析

王漢順

（廈門閩礦測繪院，福建 廈門 361004）

因為基線解算時已知點坐標(biāo)精度在航道等線性工程控制網(wǎng)的數(shù)據(jù)處理中十分重要，所以為了使已知點初始坐標(biāo)誤差不影響航道工程控制點成果精度，在工程實踐中通常需要控制航道工程控制網(wǎng)中已知點的坐標(biāo)精度。文章以某大型航道整治工程的施工控制網(wǎng)為研究對象，對使用GAMIT軟件解算航道工程GNSS控制網(wǎng)基線所容許的已知點的坐標(biāo)精度進行試驗研究，研究結(jié)果可以為航道工程設(shè)計人員提供參考。

1 航道工程控制網(wǎng)基線解算技術(shù)路線

1.1 常用基線解算軟件

航道工程控制網(wǎng)是航道工程建筑物后期施工放樣的起始基準(zhǔn)，具有跨度大、布設(shè)復(fù)雜的特點，一般沿測區(qū)呈帶狀布設(shè)，計算需要使用高精度GNSS數(shù)據(jù)后處理軟件。GAMIT作為目前世界上較好的GNSS數(shù)據(jù)后處理軟件之一，以其高自動化水平、快速運算能力、高精度處理和源代碼公開的優(yōu)點而被廣泛應(yīng)用，因此文章建議航道工程控制網(wǎng)采用GAMIT軟件進行高精度基線解算。

1.2 GAMIT基線解算策略

采用GAMIT10.7軟件對航道工程控制網(wǎng)進行基線解算時，需要對四個控制文件（sestbl.、sittbl.、sites.defaults、process.defaults）進行解算策略設(shè)置。文章在不同解算策略下對航道工程控制網(wǎng)進行大量基線解算試驗，得到適用于呈帶狀分布的航道工程控制網(wǎng)的最佳解算策略，限于篇幅有限，試驗過程將另文介紹，此處僅給出試驗結(jié)果得到的最佳解算策略：sestbl.控制文件中將IGS基準(zhǔn)站的X、Y、Z三個坐標(biāo)分量的約束量分別設(shè)置為3cm、3cm、5cm，將求解點X、Y、Z三個坐標(biāo)分量的約束量分別設(shè)置為5m、5m、5m；process.defaults控制文件中將已知點的歷元間隔與IGS基準(zhǔn)站歷元間隔統(tǒng)一為30s；sestbl.控制文件中把衛(wèi)星截止高度角設(shè)定為15°，將基線解算模型設(shè)置為RELAX，將基線解決類型設(shè)定為2-ITER，將基線觀測類型設(shè)定為LC_HELP，以更適合于中基線和長基線，采用SAASTAMOINEN干濕度延遲模型，采用VMF1干濕度映射函數(shù)；采用PWL分段線性法對測站天頂對流層濕延遲參數(shù)進行估算，以減弱對流層折射誤差對控制網(wǎng)基線解算的不利影響；基線解算時將gpt.grid文件一同代入解算，GAMIT軟件可以從該模型文件中內(nèi)插計算出測區(qū)的溫度和氣壓。

2 已知點精度對基線解算影響的試驗

2.1 測量區(qū)域概述

項目航道整治工程全長366.45km，自東經(jīng)111°30′～114°30′橫跨國家標(biāo)準(zhǔn)3°分帶的第37帶和第38帶。航道工程控制網(wǎng)是該項目涉及的河段和城市航道工程建筑物施工建設(shè)的基礎(chǔ)。航道沿線最高海拔為1967m，最低海拔為1304m，最大落差達(dá)663m，是一個典型的大型長距離航道工程。項目首級施工控制網(wǎng)布設(shè)二等GNSS控制網(wǎng)，沿航道工程線路每隔8～13km布設(shè)一個控制點，通過6臺LECIA 1200雙頻GNSS接收機采用邊連式布網(wǎng)。用于測試的實驗數(shù)據(jù)為該線路布設(shè)的4個GNSS控制點在年積日322～324的觀測數(shù)據(jù)。

2.2 試驗方案

已有文獻表明在我國范圍內(nèi)進行區(qū)域性的控制網(wǎng)基線解算時，選取全部位于北半球的4個IGS基準(zhǔn)站可以達(dá)到很好的約束效果。為測試不同已知點精度對航道等線性工程控制網(wǎng)基線解算產(chǎn)生的影響，試驗中把上文所述的航道工程測量控制網(wǎng)與SHAO、BJFS、URUM、LHAZ共4個位于北半球的IGS基準(zhǔn)站進行聯(lián)合解算，4個IGS基準(zhǔn)站的坐標(biāo)為在IFRS官網(wǎng)獲取的ITRF2014框架、2000.0參考?xì)v元下的精確坐標(biāo)。同時，設(shè)計5組不同已知點精度的實驗方案進行對比研究，即在4個IGS基準(zhǔn)站坐標(biāo)上分別施加0cm、2cm、10cm、20cm、2m的誤差。在進行試驗前，已用TEQC軟件對IGS基準(zhǔn)站和項目布設(shè)的GNSS控制點觀測數(shù)據(jù)進行質(zhì)量檢查，經(jīng)檢查數(shù)據(jù)利用率、電離層延遲變化率、噪聲比率、多路徑誤差和周跳率等參數(shù)都處于較理想狀態(tài)。

3 各方案試驗結(jié)果對比與分析

所有試驗方案全部基于文章所述的基線解算策略進行參數(shù)設(shè)置，采用GAMIT軟件對5種試驗方案進行基線解算后發(fā)現(xiàn)所有方案的標(biāo)準(zhǔn)化均方根誤差均優(yōu)于0.25m，這就說明在基線解算時即使所使用的已知點含有較大誤差，利用GAMIT軟件進行基線解算其結(jié)果都會收斂，即已知點粗差大小不會致使GAMIT軟件解算不通過。此外，各試驗方案解算結(jié)果中的基線分量改正值均不超過解算策略中設(shè)置的2倍約束量，上述現(xiàn)象表明無法通過標(biāo)準(zhǔn)化均方根誤差和基線分量改正值來衡量各試驗方案的好壞。因此，文章又對比分析了不同試驗方案的基線矢量中誤差以及基線分量的大小。

3.1 基線矢量中誤差計算與分析

已知點含不同粗差情況下的控制網(wǎng)基線矢量平均精度對比如圖1所示，其中縱坐標(biāo)為項目測量控制網(wǎng)在年積日322～324計算的3個單日解各基線矢量中誤差平均值，橫坐標(biāo)為所用IGS基準(zhǔn)站施加的粗差數(shù)值。分析圖1可知，當(dāng)IGS基準(zhǔn)站坐標(biāo)不含誤差時，可以有效對整網(wǎng)進行約束，即IGS基準(zhǔn)站的參與會使基線矢量中的中誤差平均值保持在很小水平；當(dāng)參與解算的IGS基準(zhǔn)站坐標(biāo)誤差在10cm范圍以下時，計算的基線矢量中誤差平均值在1cm上下浮動；當(dāng)參與解算的IGS基準(zhǔn)站坐標(biāo)誤差達(dá)到20cm時，計算的基線矢量中誤差平均值在2cm上下浮動；當(dāng)參與解算的IGS基準(zhǔn)站坐標(biāo)誤差達(dá)2m時，6條基線矢量中誤差平均值已達(dá)到分米級，表明此時的基線解算精度較差。

圖1 已知點含不同粗差情況下的控制網(wǎng)基線矢量平均精度對比

3.2 基線分量大小計算與分析

通過對各試驗方案基線解算結(jié)果進行仔細(xì)對比，發(fā)現(xiàn)基線分量長度在不同方案下有較大差異，因此文章以IGS基準(zhǔn)站坐標(biāo)不含誤差時的解算結(jié)果作為項目測量控制網(wǎng)6條基線的真值，將其他IGS基準(zhǔn)站坐標(biāo)含有誤差時的4個試驗方案GAMIT基線解算結(jié)果中的X、Y、Z、L基線分量與IGS基準(zhǔn)站坐標(biāo)無誤差的解算結(jié)果做差（以HD11-HD12基線為例），得到已知點含不同粗差情況下的控制網(wǎng)基線分量對比如圖2所示。

分析圖2可知，當(dāng)IGS基準(zhǔn)站坐標(biāo)誤差在10cm范圍內(nèi)時，控制網(wǎng)基線解算結(jié)果與IGS基準(zhǔn)站坐標(biāo)無誤差時的解算結(jié)果基本保持一致。即使IGS基準(zhǔn)站坐標(biāo)誤差增大到20cm，控制網(wǎng)基線解算結(jié)果與IGS基準(zhǔn)站坐標(biāo)無誤差時的解算結(jié)果較差仍在毫米級。但是，當(dāng)IGS基準(zhǔn)站坐標(biāo)誤差增大到2m時，控制網(wǎng)基線解算結(jié)果與IGS基準(zhǔn)站坐標(biāo)無誤差時的解算結(jié)果較差立即增大到厘米級，最大值高達(dá)2.84cm。這說明此時的基線結(jié)果可靠性較差，基線解算已產(chǎn)生較大的誤差。

圖2 已知點含不同粗差情況下的控制網(wǎng)基線分量對比

4 結(jié)論

文章以某大型航道整治工程GNSS首級控制網(wǎng)作為研究對象，通過對GNSS控制網(wǎng)基線解算中已知點坐標(biāo)的容許精度進行試驗，結(jié)果證明：采用GAMIT軟件進行航道等線性工程GNSS控制網(wǎng)基線解算，已知點坐標(biāo)精度對基準(zhǔn)線解算結(jié)果可靠性和準(zhǔn)確性的影響十分重要，理想結(jié)果是將已知點的坐標(biāo)誤差控制在10cm以下；當(dāng)已知點的坐標(biāo)誤差增大到20cm時，GAMIT軟件解算的控制網(wǎng)基線在X、Y、Z三個方向的分量仍保持在毫米級水平；但當(dāng)已知點的坐標(biāo)誤差增大到2m時，基線解算的結(jié)果將不再可靠，無法滿足高精度基線解算的需要。