湖北省連續(xù)運(yùn)行衛(wèi)星定位服務(wù)系統(tǒng)坐標(biāo)聯(lián)測(cè)方法研究＊

張 揚(yáng)，王 波，李 劍，彭應(yīng)林

（湖北省測(cè)繪工程院，湖北 武漢430074）

0 引 言

當(dāng)前，連續(xù)運(yùn)行衛(wèi)星定位系統(tǒng)（CORS）的建設(shè)正在我國(guó)蓬勃興起，成為測(cè)繪界關(guān)注的熱點(diǎn)之一，全國(guó)直轄市和大部分省會(huì)城市都已建立了城市級(jí)系統(tǒng):廣東、江蘇、江西、浙江、河北、河南、山東、湖北、湖南等省已建成省級(jí)系統(tǒng)，安徽、福建等地正在積極建設(shè)或籌備建設(shè)中［1］。湖北省連續(xù)運(yùn)行衛(wèi)星定位服務(wù)系統(tǒng)（HBCORS）是我國(guó)中部區(qū)域省級(jí)連續(xù)運(yùn)行參考站網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，由湖北省測(cè)繪局組織，湖北省測(cè)繪工程院（湖北省導(dǎo)航與位置服務(wù)中心）負(fù)責(zé)建設(shè)，建成81個(gè)參考站，項(xiàng)目于2010年12月建成并投入運(yùn)行。

CORS作為城市GPS應(yīng)用的發(fā)展熱點(diǎn)之一，既是空間定位的基礎(chǔ)，也是現(xiàn)代大地測(cè)量基準(zhǔn)的構(gòu)成骨干和技術(shù)支撐。CORS不僅是動(dòng)態(tài)的、連續(xù)的空間參考框架，同時(shí)也是快速、高精度獲取空間數(shù)據(jù)和地理特征的設(shè)施之一，因此，高精度參考框架的建立，是CORS作為重要空間數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施的根本要求［2－6］。其中，CORS永久參考站坐標(biāo)的精度直接影響到系統(tǒng)的性能，從而直接影響到用戶的定位精度，所以永久參考站的坐標(biāo)聯(lián)測(cè)是系統(tǒng)建設(shè)中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)［7］。以HBCORS為例，探討了高精度區(qū)域參考框架建立的若干關(guān)鍵方法。

1 聯(lián)測(cè)目的和方法

隨著空間定位技術(shù)的發(fā)展，建立地心三維坐標(biāo)系統(tǒng)和動(dòng)態(tài)參考框架成為當(dāng)前地球參考框架的發(fā)展趨勢(shì)。我國(guó)于2008年7月1日正式啟用2000國(guó)家大地坐標(biāo)系（CGCS2000）并以之作為我國(guó)法定的三維坐標(biāo)基準(zhǔn)。在此以前采用1954年北京坐標(biāo)系、1980西安坐標(biāo)系或相對(duì)獨(dú)立的平面坐標(biāo)系等作為測(cè)繪基準(zhǔn)，一般將這類坐標(biāo)系統(tǒng)稱為測(cè)圖坐標(biāo)系。

對(duì)于省市級(jí)CORS的坐標(biāo)聯(lián)測(cè)而言，一方面需要順應(yīng)科技發(fā)展趨勢(shì)，建立基于CGCS2000的區(qū)域參考框架；另一方面需要結(jié)合當(dāng)?shù)匾延袦y(cè)繪成果，建立區(qū)域內(nèi)CGCS2000與測(cè)圖坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系。鑒于此，在HBCORS的坐標(biāo)聯(lián)測(cè)中，按照數(shù)據(jù)處理目標(biāo)劃分為兩種網(wǎng):

1）框架網(wǎng):由參考站與周邊的部分IGS站（如圖1所示）聯(lián)測(cè)構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)，用于建立湖北省境內(nèi)定位基準(zhǔn)的框架；

2）基準(zhǔn)網(wǎng):由參考站與湖北省境內(nèi)均勻分布的部分CGCS2000網(wǎng)點(diǎn)（A／B級(jí)點(diǎn)，同時(shí)具有CGCS2000和測(cè)圖坐標(biāo)系的坐標(biāo)）聯(lián)測(cè)構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)，用于建立湖北省的精密定位基準(zhǔn)，如圖2所示。

圖1中，HBCORS參考站與周邊10個(gè)IGS跟蹤站聯(lián)測(cè)15×24h；圖2中，淺色三角形表示HB－CORS參考站，深色和淺色實(shí)心圓表示均勻分布于全省的85個(gè)A／B級(jí)控制點(diǎn)，按B級(jí)點(diǎn)觀測(cè)要求聯(lián)測(cè)3×24h．

2 數(shù)據(jù)處理與精度分析

坐標(biāo)聯(lián)測(cè)的數(shù)據(jù)處理包括數(shù)據(jù)整理、基線處理、網(wǎng)平差、統(tǒng)計(jì)分析等內(nèi)容。其中，基線處理和平差分別采用GAMIT（Ver10．35）和GLOBK軟件?？紤]到基準(zhǔn)網(wǎng)中85個(gè)A／B級(jí)點(diǎn)同時(shí)擁有CGCS2000和測(cè)圖坐標(biāo)系成果，如果在平差時(shí)對(duì)其全部約束，有可能將粗差引入到平差結(jié)果中，過(guò)多的粗差可能導(dǎo)致GPS控制網(wǎng)網(wǎng)形出現(xiàn)畸變，嚴(yán)重影響平差結(jié)果。為了保證各坐標(biāo)系統(tǒng)的融合及成果的精度，需對(duì)A／B級(jí)點(diǎn)成果的兼容性進(jìn)行檢核。HBCORS坐標(biāo)聯(lián)測(cè)數(shù)據(jù)處理綜合采用了兩種方法進(jìn)行控制點(diǎn)成果的兼容性檢核:剔點(diǎn)法和加點(diǎn)法。以1980西安坐標(biāo)系和CGCS2000坐標(biāo)系為例，兩種方法處理思路如下:

1）剔點(diǎn)法:①利用所有控制點(diǎn)的CGCS2000成果和1980西安坐標(biāo)系成果，采用四參數(shù)模型，求CGCS2000坐標(biāo)系到1980西安坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換參數(shù)；②利用所求得的轉(zhuǎn)換參數(shù)將參與求轉(zhuǎn)換參數(shù)點(diǎn)的CGCS2000坐標(biāo)轉(zhuǎn)換到1980西安坐標(biāo)；③求轉(zhuǎn)換所得的1980西安坐標(biāo)與已知1980西安坐標(biāo)的殘差；④剔除殘差最大的點(diǎn)，重新執(zhí)行①～③，直到所有參與求轉(zhuǎn)換參數(shù)點(diǎn)的點(diǎn)位殘差小于2cm，此時(shí)剩下的點(diǎn)為滿足要求的起算點(diǎn)。

2）加點(diǎn)法:①找出可靠性最好（或是目前常用的）兩個(gè)點(diǎn)，利用四參數(shù)模型求CGCS2000坐標(biāo)系到1980西安坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換參數(shù)；②利用所求得的轉(zhuǎn)換參數(shù)將所有控制點(diǎn)的CGCS2000坐標(biāo)轉(zhuǎn)換到1980西安坐標(biāo)；③求轉(zhuǎn)換所得的1980西安坐標(biāo)與已知的1980西安坐標(biāo)的殘差；④找出殘差最小的點(diǎn)，加入求轉(zhuǎn)換參數(shù)的點(diǎn)中，重新執(zhí)行①～③，直到所有參與求轉(zhuǎn)換參數(shù)點(diǎn)的點(diǎn)位殘差小于5cm，此時(shí)剩下的點(diǎn)為滿足要求的起算點(diǎn)。

HBCORS坐標(biāo)聯(lián)測(cè)數(shù)據(jù)解算精度分析分別參見表1至表3。

表1 HBCORS動(dòng)態(tài)參考基準(zhǔn)精度

表2 A／B級(jí)控制點(diǎn)CGCS2000坐標(biāo)系平差結(jié)果與已知結(jié)果的比較

dX dY dZ dx dy 平面ds 高程dH 0．04～誤差分布0．05% 0．00 1．19 0．00 0．00 0．00 0．00 0．00 0．05～0．06% 0．00 0．00 0．00 0．00 0．00 0．00 1．19 0．06～0．07% 0．00 0．00 0．00 0．00 0．00 0．00 0．00 0．07～0．08% 0．00 0．00 0．00 0．00 0．00 0．00 0．00 0．08～0．09% 0．00 0．00 0．00 0．00 0．00 0．00 0．00 0．09～0．10% 0．00 0．00 0．00 0．00 0．00 0．00 0．00＞0．10% 0．00 0．00 0．00 0．00 0．00 0．00 0．00合 計(jì) 100．00% 100．00 100．00 100．00 100．00 100．00 100．00

根據(jù)表1至表3的分析可以看出:

1）聯(lián)測(cè)網(wǎng)重復(fù)性總體效果良好，基線解算精度達(dá)10－9量級(jí)；

2）平差后，HBCORS參考站點(diǎn)位精度高，X、Y、Z三個(gè)分量的精度都優(yōu)于0．01m；

3）在確立了與國(guó)家基準(zhǔn)CGCS2000統(tǒng)一的高精度參考站坐標(biāo)的基礎(chǔ)上，采用剔點(diǎn)法和加點(diǎn)法，與當(dāng)?shù)販y(cè)繪成果緊密結(jié)合，建立了湖北省境內(nèi)CGCS2000與北京54、西安80之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系。

3 結(jié) 論

通過(guò)與IGS跟蹤站及A／B級(jí)點(diǎn)的坐標(biāo)聯(lián)測(cè)，HBCORS建立起了湖北省新一代高精度的動(dòng)態(tài)參考基準(zhǔn)，為湖北省空間定位技術(shù)的應(yīng)用及其產(chǎn)業(yè)化發(fā)展提供了基礎(chǔ)性測(cè)繪保障。HBCORS在區(qū)域參考框架建立過(guò)程中，根據(jù)CORS坐標(biāo)聯(lián)測(cè)的目的，針對(duì)性的劃分框架網(wǎng)和基準(zhǔn)網(wǎng)，有層次有結(jié)構(gòu)的梳理了高精度區(qū)域參考框架獲取的思路，并在獲得全國(guó)統(tǒng)一框架下各參考站精確坐標(biāo)的同時(shí)，充分考慮與原有測(cè)繪成果的融合，綜合了多種精密數(shù)據(jù)處理技術(shù)，進(jìn)一步完善了精密數(shù)據(jù)處理方法。

［1］ 劉經(jīng)南，劉 暉，鄒 蓉，等．建立全國(guó)CORS更新國(guó)家地心動(dòng)態(tài)參考框架的幾點(diǎn)思考［J］．武漢大學(xué)學(xué)報(bào)·信息科學(xué)版，2009，34（11）:1262－1265．

［2］ 管健安．基于CORS系統(tǒng)精密定位服務(wù)若干技術(shù)問(wèn)題研究［D］．西安:長(zhǎng)安大學(xué)，2010．

［3］ 劉 欣．河南省CORS系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理與分析［D］．焦作:河南理工大學(xué)，2010．

［4］ 隋立芬．高精度GPS網(wǎng)的統(tǒng)一與數(shù)據(jù)處理若干問(wèn)題研究［D］．鄭州:中國(guó)人民解放軍信息工程大學(xué)，2001．

［5］ 隋立芬．高精度GPS網(wǎng)的統(tǒng)一與數(shù)據(jù)處理若干問(wèn)題研究［D］．鄭州:中國(guó)人民解放軍信息工程大學(xué)，2001．

［6］曹學(xué)禮，張旭東，葛章發(fā)，等．寧波市2000國(guó)家大地坐標(biāo)系聯(lián)測(cè)及數(shù)據(jù)處理［J］．城市勘測(cè)，2010，8（4）:86－89．

［7］ 劉全海，潘伯鳴，楊志偉，等．連續(xù)運(yùn)行衛(wèi)星定位服務(wù)系統(tǒng)的坐標(biāo)聯(lián)測(cè)方法探討［C］∥中國(guó)全球定位系統(tǒng)技術(shù)應(yīng)用協(xié)會(huì)第九次年會(huì)論文匯編，2007．