貴州省C級GPS網(wǎng)觀測技術(shù)設(shè)計方案的探討

李渝

（貴州省第一測繪院，貴州 貴陽 550025）

1 貴州自然地理概況

貴州省位于東經(jīng) 103°36′～109°35′、北緯 24°37′～29°13′之間，全省面積 176167 平方千米；地貌屬于中國西部高原山地，境內(nèi)地勢西高東低，自中部向北、東、南三面傾斜，平均海拔在1100米左右；氣候溫暖濕潤，屬亞熱帶濕潤季風(fēng)氣候區(qū)。年平均氣溫為14.8℃，為典型夏涼地區(qū)。降水較多，雨季明顯，陰天多，日照少。受季風(fēng)影響降水多集中于夏季。境內(nèi)各地陰天日數(shù)一般超過150天，常年相對濕度在70%以上。另外，氣候不穩(wěn)定，災(zāi)害性天氣種類較多，干旱、秋風(fēng)、凌凍、冰雹等頻度大，對外業(yè)生產(chǎn)有一定的影響。

2 設(shè)計的基本原則

執(zhí)行國家現(xiàn)行的規(guī)程規(guī)范和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，并滿足貴州省經(jīng)濟(jì)建設(shè)的需要，為此。

2.1 坐標(biāo)系統(tǒng)的選用

平面共選用三套坐標(biāo)系統(tǒng)：a.WGS-84 大地坐標(biāo)系；b.1980 西安坐標(biāo)系，按3°分帶和6°分帶投影分別計算其坐標(biāo)；c.1954年北京坐標(biāo)系，按3°分帶和6°分帶投影分別計算其坐標(biāo)；高程系統(tǒng)選用1985 國家高程基準(zhǔn)。

2.2 執(zhí)行的技術(shù)依據(jù)

a.國家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局發(fā)布的GB/T18314-2001《全球定位系統(tǒng)(GPS)測量規(guī)范》，以下簡稱GPS規(guī)范；b.國家技術(shù)監(jiān)督局發(fā)布的JJF1118-2004《全球定位系統(tǒng)(CPS)測量型接收機(jī)校準(zhǔn)規(guī)程》，以下簡稱GPS檢定規(guī)程；c.國家技術(shù)監(jiān)督局發(fā)布的GBl2898-91《國家三、四等水準(zhǔn)測量規(guī)范》。

2.3 基本精度要求

GPS網(wǎng)相鄰點間弦長精度按GPS規(guī)范5.3條規(guī)定執(zhí)行。

3 設(shè)計方案

3.1 基本要求

a.建立與我國高精度三維地心坐標(biāo)框架(A、B級GPS網(wǎng))相適應(yīng)的區(qū)域性高精度三維地心坐標(biāo)系統(tǒng)。b.高精度C級CPS 網(wǎng)的成果，可以實現(xiàn)對現(xiàn)有平面基礎(chǔ)控制點的改造。c.建立相對于WGS-84的大地高系統(tǒng)，為今后建立全省似大地水準(zhǔn)面模型及區(qū)域(城市)似大地水準(zhǔn)面模型服務(wù)。d.滿足各種工程建設(shè)的需要；e.區(qū)域性山體變形監(jiān)測，為環(huán)境控制服務(wù)

3.2 網(wǎng)形設(shè)計

根據(jù)上述思路，設(shè)計了覆蓋全省范圍的C級GPS網(wǎng)，共523點，其中重合A級GPS點2點、B級GPS點8點，相鄰省份在我省周邊可利用和B級GPS點有7個，通過實地踏勘，部分點可作為C級GPS網(wǎng)的重合點。一、二等三角鎖點30-50點（根據(jù)實地點位的完好情況而定），一、二等水準(zhǔn)點大約120點（根據(jù)實地點位的完好情況而定），重合城市控制網(wǎng)點88個,新布設(shè)GPS點大約260點。

C級GPS網(wǎng)由4520條觀測基線組成的487個獨立觀測環(huán)構(gòu)成，是連續(xù)的全面網(wǎng)。每點均不少于3條邊聯(lián)結(jié)，每個環(huán)長不超過6條基線邊。

全網(wǎng)最長邊為42.9千米，最短邊為4千米，邊的平均長度為16.5千米,大于40千米的邊有5條，小于5千米的邊有6條。由于貴州地處山區(qū)、交通不便，給網(wǎng)的布設(shè)帶來了一定的難度，所以網(wǎng)的平均邊長超過規(guī)范規(guī)定的15千米。

3.3 踏勘選點

3.3.1點位基本要求

a.點位周圍應(yīng)便于安置儀器和操作，視野開闊，視場內(nèi)不應(yīng)有高度角大于15°的成片障礙物。b.點位應(yīng)盡量遠(yuǎn)離大功率無線電發(fā)射臺、電視臺、微波站等，其距離應(yīng)不小于200米，遠(yuǎn)離高壓輸電線路，其距離不小于50米。c.點位附近不應(yīng)有大面積水域和其它強(qiáng)烈干擾衛(wèi)星信號接收的物體(如：金屬廣告牌)。d.點位的交通應(yīng)方便，但應(yīng)避免在主要道路邊設(shè)點；距離主要道路邊不小于50米。e.地面要基礎(chǔ)穩(wěn)定，易于點的長期保存，一般選埋在基巖上。

3.3.2 舊點的利用

a.根據(jù)貴州省國土資源廳測繪行業(yè)處組織調(diào)查的全省一二等三角點普查資料，保存完好的國家一二等三角點均應(yīng)聯(lián)測。b.設(shè)計圖中擬利用的舊點，必須赴實地踏勘，一一查看點位的完好情況，地面點必須挖開檢查埋石、標(biāo)志的完好情況。并對每個點位照相存檔。c.設(shè)計利用的一、二等三角鎖(網(wǎng))點，點位符合GPS觀測條件要求的，均應(yīng)利用。d.設(shè)計利用的一、二等水準(zhǔn)點，點位符合GPS觀測條件要求的，均應(yīng)利用。原設(shè)計的水準(zhǔn)點點位不符合要求時，可以選擇該水準(zhǔn)線路上鄰近的符合要求的水準(zhǔn)點。

3.3.3 新點的選擇

a.新布設(shè)的GPS網(wǎng)點應(yīng)優(yōu)先選擇在距各地的人民政府、城建、土管部門等較近的路邊基巖上,便于看管的地方。b.對于設(shè)計圖中已經(jīng)破壞或無法滿足GPS觀測要求的三角點，應(yīng)在附近的集鎮(zhèn)上選埋新點。c.對于設(shè)計圖中已經(jīng)破壞或無法滿足GPS觀測要求的水準(zhǔn)點，且該水準(zhǔn)線路上鄰近的水準(zhǔn)點也不符合要求時，應(yīng)在附近選埋地面新點，從完好的水準(zhǔn)點聯(lián)測高程至新點，在新點點之記中注明從該水準(zhǔn)點聯(lián)測高程。

3.3.4 GPS點的點名取居民地的自然名稱或單位名稱，利用的舊點仍采用原點名。測區(qū)內(nèi)點名不得同名。

3.3.5 選點結(jié)束后應(yīng)提交GPS網(wǎng)選點略圖。

3.4 埋石

3.4.1 標(biāo)石類型：位于樓頂上的GPS點埋設(shè)建筑物上標(biāo)石，位于土質(zhì)地面上的GPS點埋設(shè)一般普通標(biāo)石，位于巖石上的GPS點埋設(shè)巖層普通標(biāo)石。標(biāo)石規(guī)格參見CPS 規(guī)范附錄B4 中的(i)、(j)，中心標(biāo)志采用鑄鐵標(biāo)志。

3.4.2 埋設(shè)建筑物上標(biāo)石時，首先應(yīng)將建筑物表面打毛，清除碎石、粉末，釘入鋼釘后再澆灌。安置標(biāo)志時，標(biāo)志面應(yīng)略高于標(biāo)石面。

3.4.3 埋設(shè)一般普通標(biāo)石應(yīng)預(yù)制混凝土標(biāo)石。在實地埋設(shè)時，須使上、下標(biāo)志嚴(yán)格位于同一鉛垂線上，其偏差不大于2毫米，并量記上下標(biāo)志間距離。上標(biāo)石面低于地面20-40厘米。

3.4.4 埋設(shè)巖層普通標(biāo)石時，首先應(yīng)將巖層上的風(fēng)化層清除，再鑿一上口為21厘米×21厘米，底為12厘米×12厘米，深為10-15厘米的孔，清除碎石、粉末，灌以混凝土，安置標(biāo)志。

3.4.5 新埋設(shè)的各型標(biāo)石的標(biāo)石面上需刻印點號、“CGPS”和埋設(shè)年月等字樣，利用舊標(biāo)石時應(yīng)在成果上注明利用原標(biāo)石。

3.4.6 地面的GPS點(包括利用的舊點)凡位于居民點、交通線路附近或建有覘標(biāo)的，在點位上方加埋護(hù)井和指示盤；凡遠(yuǎn)離居民點、交通線路而不便尋找的，在點位一側(cè)(盡量在北側(cè))加埋指示碑，并量記點位至指示碑的距離和方位。

3.5 GPS觀測

3.5.1 使用儀器

采用快速靜態(tài)型 (標(biāo)稱精度為1mm+1ppm)雙頻GPS接收機(jī)，觀測采用靜態(tài)測量模式。

GPS接收機(jī)每年應(yīng)按GPS檢定規(guī)程進(jìn)行檢定。用于GPS測量的通風(fēng)干濕表、氣壓表應(yīng)按GPS規(guī)范9.4條檢驗。對天線的園水準(zhǔn)器和光學(xué)對中器應(yīng)在作業(yè)過程中經(jīng)常進(jìn)行檢驗和校正；按GPS規(guī)范9.3條對接收設(shè)備進(jìn)行維護(hù)；

3.5.2 外業(yè)工作的組織實施

a.由于全網(wǎng)范圍大、點數(shù)多，為了控制C級網(wǎng)的整體精度，擬選擇第“GUIYANG-M(EV10)”房頂（墩標(biāo)）、遵義、凱里、溶江、興義、銅仁、羅甸、威寧8個點構(gòu)成骨干網(wǎng)，同步觀測12小時以上，與上海、武漢、北京、西安、昆明、重慶、?？诘葒H永久跟蹤站統(tǒng)一觀測兩個時段，采用IGS提供的ICS 最終星歷，得到ITRF97 框架下的骨干網(wǎng)點的坐標(biāo)。并和我省內(nèi)的A、B級GPS網(wǎng)聯(lián)測，以求得和全國統(tǒng)一的坐標(biāo)系統(tǒng)。聯(lián)測的骨干網(wǎng)應(yīng)達(dá)到B級GPS網(wǎng)的觀測精度。b.GPS觀測必須從網(wǎng)的一側(cè)有序推進(jìn)。根據(jù)每周作業(yè)區(qū)的平均經(jīng)度、緯度和作業(yè)期編制GPS衛(wèi)星可見性預(yù)報表。c.觀測前，應(yīng)根據(jù)衛(wèi)星可見性預(yù)報表，選擇有利觀測時間，編制觀測調(diào)度計劃。在作業(yè)中可根據(jù)實際情況及時調(diào)整調(diào)度計劃。d.作業(yè)時，其主要技術(shù)要求如下(雙頻GPS接收機(jī))：衛(wèi)星高度角≥15°；有效觀測衛(wèi)星總數(shù)≥6；時段中任一衛(wèi)星有效觀測時間≥20min；平均每點觀測站次數(shù)≥2；時段長度（快速靜態(tài)）≥30min；數(shù)據(jù)采樣間隔15s；GDOP 值≤8。e.GPS外業(yè)作業(yè)時應(yīng)根據(jù)同步觀測點間的距離，觀測條件等情況掌握是否需要延長觀測時間。當(dāng)GPS點(舊點)上有尋常標(biāo)時，可根據(jù)其櫓柱、橫梁和斜材的位置適當(dāng)降低或提高天線的高度，并適當(dāng)延長觀測時間。f.每時段觀測應(yīng)認(rèn)真量取天線高兩次，其互差不得超過3mm，取平均值作為最后天線高。g.觀測時應(yīng)認(rèn)真在測量手簿中作好記錄。記錄內(nèi)容包括：觀測員姓名、觀測日期、天氣和氣象元素、點名、點號、時段、天線高、開關(guān)機(jī)時間、同步觀測點號等，并記錄其它特殊問題。h.外業(yè)原始數(shù)據(jù)格式用RINEX 格式備份一套。

后進(jìn)晚輩若能得到劉芳、崔光的賞譽，自然格外珍視，相關(guān)記載常常見諸史傳、墓志?！对用髂怪尽?“故太傅崔光，太常劉芳，雖春秋異時，亦雅相推揖?！薄独钔δ怪尽?“太常劉貞公〔芳〕，一代偉人也，特相賞異，申以婚姻?！薄侗笔贰だ钪k傳》:“謐嘗詣故太常卿劉芳，推問音義，語及中代興廢之由。芳乃嘆曰:‘君若遇高祖，侍中、太常非仆有也?！笔窌杏袔讋t崔光的人物品題。例如稱贊元彧:“黑頭三公，當(dāng)此人也。”稱贊元顯和:“風(fēng)流清秀，容止閑雅，乃宰相之器?！狈Q贊元子孝:“后生領(lǐng)袖，必此人也?！贝送?，元孚、封肅、封偉伯、曹世表、李騫諸人亦曾受到崔光贊賞。

3.5.3 外業(yè)數(shù)據(jù)檢核

a.外業(yè)GPS觀測基線的解算采用儀器公司提供的商用軟件和廣播星歷進(jìn)行。

b.重復(fù)基線較差應(yīng)小于接收機(jī)標(biāo)稱精度的2倍。

c.三邊同步環(huán)各坐標(biāo)分量閉合差應(yīng)滿足：

其坐標(biāo)閉合差應(yīng)滿足：W≤3σ/5

d.由若干個獨立觀測邊組成的異步環(huán)，各坐標(biāo)分量閉合差應(yīng)符合下式規(guī)定：

式中n 是閉合環(huán)中的邊數(shù)，σ是相應(yīng)級別規(guī)定的精度(見12.2.4)；

e.采用GPS后處理軟件GPSADJ4.0，對GPS網(wǎng)進(jìn)行三維無約束平差(視軟件功能可分區(qū)進(jìn)行)，以初步檢查它們的內(nèi)符合精度。

3.6 高程聯(lián)測

3.6.1 為了滿足C級GPS網(wǎng)的高程精度，必須聯(lián)測足夠數(shù)量的等級水準(zhǔn)點，水準(zhǔn)點應(yīng)合理均勻分布。

3.6.2 在設(shè)計中重合了一定數(shù)量的一、二等水準(zhǔn)點，對于設(shè)計圖上的水準(zhǔn)點不能安置GPS接收機(jī)時，而在附近新選埋的點，應(yīng)按四等水準(zhǔn)精度聯(lián)測其高程。

3.6.3 GPS點實地選埋后，應(yīng)對水準(zhǔn)聯(lián)測的路線及點位作整體方案設(shè)計；

3.6.4 在全省高程控制網(wǎng)改造時，凡距設(shè)計的水準(zhǔn)線路在5Km 以內(nèi)的地面GPS點均應(yīng)觀測三角高程。

3.7 數(shù)據(jù)后處理

3.7.1 內(nèi)業(yè)基線精處理

a.基線精處理按同步環(huán)逐個進(jìn)行。采用國外高精度GPS數(shù)據(jù)處理軟件GAMIT、Beinese或軟件。采用IGS 精密星歷；b.首先處理骨干網(wǎng)，與上海、武漢、北京、西安、昆明、重慶、海口等國際永久跟蹤站統(tǒng)一處理，采用IGS 提供的IGS 最終星歷，數(shù)據(jù)須送“國家大地測量數(shù)據(jù)處理中心”處理。得到ITRF97 框架下的骨干網(wǎng)點的坐標(biāo)；c.由于最終全網(wǎng)統(tǒng)一平差內(nèi)業(yè)處理工作復(fù)雜，我省目前還沒有相應(yīng)的處理軟件，最終的觀測數(shù)據(jù)須送“國家大地測量數(shù)據(jù)處理中心”處理。得到最終的（WGS-84、54、80）三套坐標(biāo)，我們只對每年的觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，以滿足“國家大地測量數(shù)據(jù)處理中心”對觀測數(shù)據(jù)處理要求。

3.7.2 平差計算

對每年的觀測數(shù)據(jù)必須作如下的處理：

a.對每一天的觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行同步處理，對基線閉合差、同步環(huán)閉合差等當(dāng)天處理，不符合規(guī)范要求的馬上重測。b.基線解算軟件中自動加入大氣折射改正、衛(wèi)星鐘差改正、接收機(jī)鐘差改正、極移改正、短期章動改正和世界時改正、接收機(jī)天線和衛(wèi)星發(fā)射天線相位中心改正、測站固體潮改正等。c.在同步環(huán)基線網(wǎng)解算中，RMS 應(yīng)小于1.0。d.重復(fù)基線較差、同步環(huán)閉合差、異步環(huán)閉合差仍應(yīng)滿足規(guī)范6.5.3的要求。e.三維無約束平差。為了評估C級GPS網(wǎng)的整體內(nèi)部符合精度，必須對每年觀測的整網(wǎng)進(jìn)行無約束平差。通過粗差分析和方差分量因子分析以剔除粗差，改善基線觀測量的方差協(xié)方差陣的相互兼容性和實際可靠性，從而提高全網(wǎng)平差精度。f.三維約束平差。以國家A、B級GPS網(wǎng)點為起算點，將經(jīng)過無約束平差剔除了粗差基線和經(jīng)過方差協(xié)方差因子修正后的基線作為觀測量，進(jìn)行整網(wǎng)約束平差。整網(wǎng)約束平差給出WGS-84 坐標(biāo)系的大地坐標(biāo)。

[1]GB/T18314-2001《全球定位系統(tǒng)(GPS)測量規(guī)范》

[2]JJF1118-2004《全球定位系統(tǒng)(CPS)測量型接收機(jī)校準(zhǔn)規(guī)程》

[3]國家技術(shù)監(jiān)督局發(fā)布的GBl2898-91《國家三、四等水準(zhǔn)測量規(guī)范》