D級GPS控制網(wǎng)的布設(shè)與數(shù)據(jù)處理技術(shù)探討

陳 東 東

(云浮市地理信息中心，廣東 云浮 527300)

云浮，又被稱為石城，位于廣東省的西部，西江南岸，西面與廣西交界。云浮市中心城區(qū)范圍包括西江黃金水道和云城組團、新城組團、六都組團以及思勞腰古組團，面積約為970.05 km2。該范圍內(nèi)沒有統(tǒng)一的GPS控制網(wǎng)與水準控制網(wǎng)，為滿足測繪統(tǒng)一管理、城市工程建設(shè)、設(shè)計規(guī)劃等要求，需要建立統(tǒng)一的GPS-D級控制網(wǎng)和四等水準網(wǎng)。

1 GPS-D級網(wǎng)布設(shè)

結(jié)合測區(qū)實際情況，遵循在布點相對均勻的基礎(chǔ)上兼顧重要地區(qū)，并盡可能利用現(xiàn)有控制點的原則[1]，控制網(wǎng)由51個GPS-D級點組成的云浮市中心城區(qū)GPS-D級網(wǎng)，以周邊4個GDCORS基準站，3個云浮市連續(xù)運行衛(wèi)星定位服務(wù)系統(tǒng)基準站，以及測區(qū)范圍內(nèi)5個GPS-C級點作為起算，相鄰D級點平均距離為5 km，城區(qū)為3 km，點位分布均勻，控制網(wǎng)布設(shè)合理。

2 GPS-D級網(wǎng)觀測

2.1 儀器的選用

投入本項目使用的GPS接收機為在檢定有效期內(nèi)、標稱精度不低于5 mm+2×10-6d的雙頻GPS接收機，天線或基座的圓水準器、光學對中器、天線高量尺，在作業(yè)期前進行了檢校，同時在作業(yè)期間至少1個月檢校一次。

2.2 主要技術(shù)指標

控制網(wǎng)的主要技術(shù)要求均符合CJJ/T 73—2010衛(wèi)星定位城市測量技術(shù)規(guī)范中三等城市GNSS網(wǎng)的相關(guān)要求。

考慮到GPS-D與GDCORS的聯(lián)測，實際作業(yè)時連續(xù)觀測，但觀測時間不低于規(guī)定的各時段觀測時間的和，即觀測時間不少于2 h。

3 GPS基線解算

3.1 數(shù)據(jù)檢核

外業(yè)觀測完成后，由專人負責觀測數(shù)據(jù)的存儲轉(zhuǎn)換工作，對RINEX數(shù)據(jù)進行檢核，確認無誤才進行下一步計算。數(shù)據(jù)檢核主要包括的內(nèi)容有：文件名命名、點名點號、接收機及天線類型、天線高及量取方式、數(shù)據(jù)質(zhì)量分析等。

3.2 解算設(shè)置

基線解算使用GAMIT軟件進行。GAMIT/GLOBK是由美國麻省理工學院(MIT)和斯克里普斯海洋研究所(SIO) 聯(lián)合開發(fā)的高精度GNSS數(shù)據(jù)處理軟件包，主要由以下幾個模塊組成：ARC(軌道積分)、MODEL(組成觀測方程)、SINCLN(單差自動修復周跳)、DBLCLN(雙差自動修復周跳)、CVIEW(人工交互式修復周跳)、CFMRG(用于創(chuàng)建SOLVE所需的M文件)、SOLVE(利用雙差觀測按最小二乘法求解參數(shù))等[2]。基線解算采用IGS精密星歷，以同步時段為單位，按照網(wǎng)解(全組合解)形式進行。加載全球氣溫氣壓模型GPT、大氣負荷改正模型ATL、大氣壓負荷非潮汐改正模型ATMDISP及FES2004大洋潮改正模型，依照IERS2003規(guī)范進行地球固體潮和極潮改正[3]。

3.3 基線檢核

本項目共檢核基線1 008條，平均基線長度17.853 km。

1)重復基線。本次解算共有重復基線230對，其中最大值為7.25 cm，小于限差10.21 cm，符合技術(shù)設(shè)計要求。

2)閉合環(huán)。本次解算共檢驗閉合環(huán)778個，全部閉合環(huán)閉合差中誤差為0.005 0 m，平均相對精度為0.266 3 ppm。閉合環(huán)差分布如圖1所示。

4 GPS網(wǎng)平差

在完成了基線重復性檢驗和環(huán)檢驗之后，采用全網(wǎng)基線向量及其全協(xié)方差矩陣作為觀測量，使用武漢大學GNSS中心的Powernet軟件進行各項約束平差，平差在ITRF2000框架下進行。參與整體平差的基線共有1 008條。

ITRF2000框架下的三維無約束平差采用武漢大學GNSS中心的Powernet軟件進行計算。無約束計算結(jié)果反映了整個GPS控制網(wǎng)的內(nèi)符合精度。基線各分量殘差分布如圖2～圖4所示，符合規(guī)范要求。

對基線殘差精度進行統(tǒng)計分析，基線殘差(≤0.036 1)區(qū)間，VX有1 002個，VY有1 008個，VZ有1 008個；基線殘差(>0.036 1且≤0.072 2)區(qū)間，VX有6個，其余兩個方向為0個；基線殘差(>0.072 2)區(qū)間，三個方向都為0個，綜上分析，基線殘差滿足設(shè)計要求。

對基線分量精度進行分析，中誤差最大值0.003 6 m，中誤差最大值對應基線為D041-D043，中誤差次大值0.003 3 m，中誤差次大值對應基線為D018-D028，基線分量中誤差都小于0.01 m，分析可知基線分量精度滿足精度要求。

對基線相對精度進行分析，統(tǒng)計結(jié)果如表1所示，基線相對精度(≤2 ppm)區(qū)間有1 005個，基線相對精度(≤4 ppm且>2 ppm)區(qū)間有3個，綜上分析，相對精度滿足要求。

表1 基線相對精度統(tǒng)計

最弱邊相對中誤差為2.538 9 ppm，滿足小于1/80 000的技術(shù)要求，且相對中誤差大于2 ppm的三段基線均為3432-YFGT(不同時段)，相對中誤差較大是由基線長度較短造成的。根據(jù)三維無約束平差的結(jié)果分析可知，基線解算的各項精度指標滿足規(guī)范要求，整體內(nèi)符合性好。

5 高程擬合

GPS-D級網(wǎng)中有27個點的1985國家基準高程通過四等水準測量獲得，其余32個點的1985國家基準高程在已求得的大地高基礎(chǔ)上，通過二次曲面高程擬合獲得[4,5]。其中27個高程擬合點采用全部擬合點進行高程擬合的內(nèi)符合精度為±1.46 cm。若采用廣東省似大地水準面模型內(nèi)插獲取27個點的1985國家基準高程，計算得到其高程中誤差為±3.6 cm，高程擬合和似大地水準面模型類型內(nèi)插各點中誤差絕對值分布如圖5所示。

分析得出高程擬合方法中高程點分布合理，擬合結(jié)果具有較好的穩(wěn)定性，且精度與似大地水準面模型類型內(nèi)插方法基本一致，本項目采用通過高程擬合方法獲得1985國家基準高程可作為高程成果。

6 結(jié)語

本項目共完成51個GPS-D級控制點和39個四等水準點的選址和埋設(shè)工作，并求取了51個GPS-D級點的2000國家大地坐標系平面直角坐標成果，以及四等水準網(wǎng)39個四等水準點和GPS-D級網(wǎng)56個點的1985國家高程基準成果。結(jié)果表明此項目控制網(wǎng)點位布設(shè)均勻，結(jié)構(gòu)合理，采用模型正確，各項檢驗指標符合標準規(guī)范和設(shè)計書要求，精度良好，質(zhì)量可靠。