江門市高精度GNSS控制網數據處理技術研究

涂純二，江翠云，陳國恒

（1.廣東省國土資源測繪院，廣東 廣州 510500；2.廣東省測繪工程公司，廣東 廣州 510000）

我國未來大地基準重點發展方向集中在2000 中國大地坐標系（CGCS2000）的建立與維持、高程基準現代化、兼容北斗的全球導航衛星系統（GNSS）多源數據融合、大地參考框架維持以及多源技術集成的空天參考基準一體化方面[1]，而CGCS2000 是基于國際參考地球框架ITRF97，并定義在2000 歷元下的坐標[2]。近年來，華南沿海地區包括廣州[3]、珠海[4]、惠州[5]、桂林[6]、三明[7]、海口[8]等城市為響應國家統一使用2000 國家大地坐標系的要求，紛紛建立符合現代化測繪地理信息發展的測繪基準框架。本文以華南沿海城市江門作為應用實例，從建設高精度的2000 國家大地坐標系GNSS 控制網數據處理方面進行技術探討，通過基線解算與網平差計算的策略優化，以獲取高精度的GNSS 大地基準成果，為華南沿海地區的高精度現代化大地基準建設提供借鑒參考。

1 項目概況

江門市大地基準控制網分為G N S S 框架網（GNSS-B 級）與基本網（GNSS-C 級）。框架網由12 個GDCORS 基準站與15 個框架點構成，利用到的GDCOR 基準站有佛山更合站（FSGH）、恩平站（GDEP）、上川站（GDSC）、陽江站（YJGT）、臺山站（GDTS）、新興站（GDXX）、陽春站（GDYC）、高明站（GMGT）、江門站（JMGT）、金灣站（JWGT）、順德站（SDGT）、中山站（ZSGT）。基本網由江門站（JMGT）、恩平站（GDEP）、陽江站（YJGT）、15 個框架點、140 個基本點組成。

項目結合華南沿海地區的地理環境特點，在滿足規范基本要求的基礎上，通過基線解算與網平差計算兩方面的策略進行分析，以提高數據處理的精度。

框架網外業采樣間隔由規定的30 s 縮減至10 s，基本網的外業采樣間隔由規定的10～30 s 縮減至5～10 s，并以基本網的其中一個時段作為分析，分別使用30 s 與5 s 的采樣間隔進行數據解算，分析其精度影響，以此來調整項目的基線解算策略。

2）基本網的觀測時長增加至20 h 以上，并以其中一個時段作為分析，分別使用8 h 和20 h 進行數據解算，分析其精度影響，以此來調整項目的基線解算策略。

3）數據處理采用高精度的數據處理專用軟件，其中基線解算采用GAMIT，網平差計算采用PowerNet或GLOBK，通過平差精度上的對比分析，以此來調整項目的網平差計算策略。

2 數據處理

2.1 基線解算分析

為研究分析本項目在基線解算上的策略，在使用GAMIT 進行基線解算時，保證以下考慮因素不變的條件下[9]，再對采樣間隔及觀測時長進行調整解算。

1）衛星鐘差的模型改正（用廣播星歷中的鐘差參數）；

2）換收機鐘差的模型改正（用根據偽距觀測值計算出的鐘差）；

3）電離層折射影響用LC 觀測值消除；

4）對流層折射。框架網根據標準大氣模型用薩斯坦莫寧（saastamoinen）模型改正，采用分段線形的方法估算折射量偏差數；基本網測站間距離較短、且觀測時氣候狀況穩定，因此考慮不估計對流層天頂延遲，采用雙差的方法來消除對流層延遲；

5）衛星和換收機天線相位中心改正，換收機天線L1、L2 相位中心偏差采用設定值；

6）測站位置的潮汐改正采用FES2004 模型；

7）框架網截止高度角為10°；基本網截至高度角為15°。

針對基線解算中的采樣間隔選擇，本文選取了基本網的第299 個年積日的時段數據，觀測時長為8 h，基線解算采樣間隔分別設置為30 s 和5 s，分別從N、E、U 各基線分量精度進行比對分析，見圖1。

圖1 采樣間隔對基線精度的影響分析

由圖1 可以看出，當選擇5 s 的采樣間隔時，N、E、U 分量的基線精度均優于選擇30 s 的采樣間隔。其中5 s 采樣間隔N 方向精度在0.002 3 ～0.006 1 m 之間，平均精度為0.003 6 m；30 s 采樣間隔N 方向精度在0.004 2 ～0.008 2 m 之間，平均精度為0.005 5 m；5 s 采樣間隔使N 方向基線精度較30 s 平均提高了35.10%。5 s 采樣間隔E 方向精度在0.002 6～0.007 3 m之間，平均精度為0.004 0 m；30 s 采樣間隔E 方向精度在0.003 4～0.006 7 m 之間，平均精度為0.005 0 m；5 s 采樣間隔使E 方向基線精度較30 s 平均提高了19.74%。5 s 采樣間隔U 方向精度在0.003 8～0.010 6 m之間，平均精度為0.006 1 m；30 s 采樣間隔U 方向精度在0.006 6～0.014 7 m 之間，平均精度為0.010 4 m；5 s 采樣間隔使U 方向基線精度較30 s 平均提高了41.69%。因此，可選用較小采樣間隔方案作為本項目的解算策略。

針對基線解算中的觀測時長選擇，本文同樣選取了基本網的第299 個年積日的時段數據，采用間隔設置為10 s，分別將觀測時長設為8 h 和20 h 進行基線解算，分別從N、E、U 分量精度進行比對分析。比較分析見圖2。

圖2 觀測時長對基線精度的影響分析

由圖2 可以看出，當選擇20 個小時觀測時長時，N、E、U 分量的基線精度均優于選擇8 h。其中20 h 觀測時長N 方向精度在0.001 5～0.003 8 m 之間，平均精度為0.002 3 m，8 h 觀測時長N 方向精度在0.002 4～0.005 8 m 之間，平均精度為0.003 5 m，20 h觀測時長使N 方向基線精度較8 h 平均提高了34.49%；20 h 觀測時長E 方向精度在0.001 7～0.004 3 m 之間，平均精度為0.002 5 m，8 h 觀測時長E 方向精度在0.002 2～0.005 2 m 之間，平均精度為0.003 3 m，20 h觀測時長使E 方向基線精度較8 h 平均提高了22.95%；20 h 觀測時長U 方向精度在0.002 4 ～0.006 8 m 之間，平均精度為0.003 8 m，8 h 觀測時長U 方向精度在0.003 9 ～0.011 9 m 之間，平均精度為0.006 6 m，20 h 觀測時長使U 方向基線精度較8 個小時平均提高了41.74%。因此，基本網可選用20 h 或以上的時觀測時長方案作為本項目的解算策略。

采用上述兩種優化后的策略進行本項目框架網和基本網的基線解算，并對基線重復性和閉合環進行檢驗。框架網與基本網共構成4 745 個閉合環，閉合差為0.004 9 m，基線重復性檢驗統計如表1 所示，兩者均滿足規范與項目設計要求。

表1 基線重復性檢驗

2.2 網平差計算分析

本項目選擇我國自主研發的PowerNet 與美國麻省理工（MIT）和美國加利福尼亞大學SCRIPPS 海洋研究院（SIO）共同開發的GLOBK 軟件[10]進行網平差計算。通過比較兩套平差軟件在平差結果上的精度，以此來調整本項目的網平差計算策略。

在數據處理過程中，通過采用PowerNet 軟件進行無約束平差，發現JWGT 與其他站點不兼容，且與已知起算坐標值X方向差為4 cm，Y方向差為9 cm，Z方向差為4 cm，因此，將JWGT 僅作為待求點參與基線解算，不作為起算點進行平差計算。本次實驗中以FSGH、GDEP、GDSC、YJGT、GDTS、GDXX、GDYC、GMGT、JMGT、SDGT、ZSGT 共11 個GDCORS 站點作為起算，其成果為2000 國家大地坐標成果（坐標框架為：ITRF97，歷元為2000.0），平差得到各框架點與基本點在CGCS2000 框架下的坐標成果。

使用PowerNet 軟件與GLOBK 軟件以上述11 個GDCORS 站進行約束平差，分析比較平差結果文件中N、E、H 方向上的精度，如圖3 所示。

圖3 平差精度比較

通過圖3 比較PowerNet 與GLOBK 平差后的精度，PowerNet 軟件在N、E 方向上平差精度均在6 mm 以下，H 方向上平差精度（排除粗差點JWGT）均在10 mm 以下，平差精度良好；而GLOBK 相比與PoweNet 軟件，在N、E、H 上其總體平差精度在N、E、H 方向上均更高。PowerNet 平差精度平均值為2.590 mm，GLOBK 平差精度平均值為0.937 mm，較PowerNet 平均精度提高了63.81%；在E 方向上，PowerNet 平差精度平均值為2.776 mm，GLOBK 平差精度平均值為1.007 mm，較PowerNet 平均精度提高了63.74%；在H 方向，PowerNet 平差精度平均值為4.953 mm，GLOBK 平差精度平均值為1.969 mm，較PowerNet 平均精度提高了60.24%。由此可見，使用GLOBK 軟件進行本項目框架網與基本網的整體平差，其平差精度在N、E、H 上均優于PowerNet 軟件，可選用GLOBK 作為本項目的網平差計算軟件。最終選用GLOBK 軟件進行網平差計算得到CGCS2000 坐標成果，點位精度統計見表2。

表2 點位精度統計/m

3 結 語

本文以華南沿海城市江門作為應用實例，從建設高精度的2000 國家大地坐標系GNSS 控制網數據處理方面進行技術探討，通過基線解算與網平差計算的策略優化，得到以下幾點結論。

1）框架網與基本網的基線處理采用GAMIT 軟件，通過設置較小的采樣間隔，以及基本網采用更長時間（20 h 以上）的觀測時長，使在數據處理中獲得更高的基線解算結果。將此基線解算策略應用于整網的數據處理，其基線重復性和閉合環檢驗均滿足規范與項目設計的要求。

2）通過比較PowerNet 與GLOBK 兩款高精度的平差軟件，最終選擇GLOBK 應用于本項目的網平差計算，得到該地區在CGCS2000 框架下的三維大地坐標基準。

3）高精度控制點坐標為今后基礎測繪基準的最終建立提供了科學的依據，也可為高精度、高分辨率似大地水準面的建立提供均勻、可靠和精確的數據。