黑龍江省富裕縣GPS E級(jí)網(wǎng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

郎柏林

摘要：本文通過富?？hGPS E級(jí)網(wǎng)的實(shí)施過程來探討小城鎮(zhèn)GPS基準(zhǔn)網(wǎng)的布設(shè)方案和數(shù)據(jù)處理方法，總結(jié)了GPS基準(zhǔn)網(wǎng)建立的主要方法，詳細(xì)深入研究網(wǎng)形布設(shè)、基線解算、平差以及質(zhì)量控制等關(guān)鍵問題，并對(duì)成果進(jìn)行了分析和評(píng)價(jià)。

關(guān)鍵詞：GPS ；E級(jí)網(wǎng)；數(shù)據(jù)處理；精度分析中圖分類號(hào)： P228.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A

由于GPS定位技術(shù)操作簡(jiǎn)便快捷，布網(wǎng)和觀測(cè)不受時(shí)間和空間的限制；精度高、速度快、數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理自動(dòng)化程度高，有常規(guī)測(cè)量模式不可比擬的優(yōu)越性。因此，GPS在富?？h建設(shè)測(cè)量中得到了廣泛的應(yīng)用，現(xiàn)本文著重就GPS在富?？h的布網(wǎng)及應(yīng)用給予介紹。

1工程概況

富裕縣位于黑龍江松嫩平原。為科學(xué)高效的做好小城鎮(zhèn)規(guī)劃工作，所有縣屬鄉(xiāng)鎮(zhèn)必須統(tǒng)一基準(zhǔn)、統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)、統(tǒng)一工作方法，以便更好的為富?？h開發(fā)建設(shè)服務(wù)。因此，必須建立富裕縣GPS基準(zhǔn)網(wǎng)。

2GPS基準(zhǔn)網(wǎng)的布設(shè)

富裕縣GPS基準(zhǔn)網(wǎng)的布設(shè)是以小城鎮(zhèn)規(guī)劃建設(shè)目的，要求GPS網(wǎng)點(diǎn)具有一定密度和較高的精度。此控制網(wǎng)共布設(shè)26個(gè)點(diǎn)，設(shè)計(jì)等級(jí)為E級(jí)，最弱點(diǎn)點(diǎn)位中誤差水平分量不大于0.050m、高程分量不大于0.080m，其中最長(zhǎng)邊約3.4km，最短邊約2.3km?？刂凭W(wǎng)的坐標(biāo)系統(tǒng)與原有地形圖、高一級(jí)GPS網(wǎng)點(diǎn)等資料保持一致。最終坐標(biāo)換算為1954年北京坐標(biāo)系，1956年黃海高程系。

3GPS網(wǎng)的選點(diǎn)與埋石

GPS網(wǎng)的選點(diǎn)，要求點(diǎn)位視野開闊，目標(biāo)明顯，周圍截止高度角10°以上，沒有成片障礙物，并便于安置GPS接收機(jī)和操作；遠(yuǎn)離大功率無線電發(fā)射臺(tái)及高壓輸電線，距離＞500m；交通便利，而且安全、穩(wěn)定，便于長(zhǎng)期保存和利用。標(biāo)石必須埋直、埋正、牢固，便于長(zhǎng)期保存，標(biāo)石埋置至少低于地面30cm，不易被破壞，標(biāo)石埋好后，及時(shí)在現(xiàn)場(chǎng)繪制出詳盡的點(diǎn)之記。標(biāo)石規(guī)格按中華人民共和國(guó)測(cè)繪行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《全球定位系統(tǒng)(GPS)測(cè)量規(guī)范》CH2009-92中附錄B之(Ⅰ)一般普通標(biāo)石，用鋼筋混凝土澆注制做。

4GPS網(wǎng)的觀測(cè)方案

GPS網(wǎng)的觀測(cè)采用8臺(tái)南方雙頻GPS接收機(jī)按6個(gè)基本圖形，為便于外業(yè)觀測(cè)數(shù)據(jù)的檢核，增加外業(yè)觀測(cè)數(shù)據(jù)的可靠性，每一測(cè)站不同時(shí)段重復(fù)觀測(cè)次數(shù)不少于1.6次，接收時(shí)間均為1小時(shí)以上，接收截止高度角為15°，歷元間隔15″。觀測(cè)時(shí)，精確對(duì)中整平，對(duì)中誤差小于±3mm。儀器高度的量取，取觀測(cè)時(shí)段前后兩次的均值，兩次量取儀器高度之差不超過3mm。

5基線精度影響因素

1)起算點(diǎn)對(duì)基線精度影響在GPS精密相對(duì)定位數(shù)據(jù)處理中，定位的基準(zhǔn)是由基準(zhǔn)站坐標(biāo)和衛(wèi)星星歷共同給出的。嚴(yán)格的說，應(yīng)要求地面站坐標(biāo)的框架及歷元與衛(wèi)星星歷的框架及歷元保持一致性?；€解算中，起算點(diǎn)(基準(zhǔn)站)的精度將影響基線的精度。起算點(diǎn)對(duì)基線解算的最大影響可以用下式表示：

δs=0.50×10-4.D.δx1

式中δs為對(duì)基線的影響，D為基線的長(zhǎng)度，δx1為起算坐標(biāo)的誤差。

令起算坐標(biāo)的誤差為20cm，如基線的長(zhǎng)度為100km，則起算坐標(biāo)對(duì)其影響為10cm。為了保證這一精度，網(wǎng)中V01點(diǎn)為A級(jí)GPS網(wǎng)點(diǎn)，精度優(yōu)于20cm，其對(duì)100km左右基線的影響可以忽略不計(jì)，因而可以將其作為起算點(diǎn)。同時(shí)網(wǎng)中8個(gè)松嫩平原高精度GPS點(diǎn)也可作一定的約束。2)衛(wèi)星軌道對(duì)基線精度影響衛(wèi)星軌道的精度對(duì)GPS基線精度的影響可以用下式表示：

式中dr/R、db/B分別為軌道相對(duì)誤差及因此而產(chǎn)生的基線相對(duì)誤差。由上式可知，要達(dá)到10-8的相對(duì)定位精度，要求衛(wèi)星軌道優(yōu)于2m。由此可見，提高衛(wèi)星軌道的精度是保證GPS相對(duì)定位精度的關(guān)鍵之一。該控制網(wǎng)的基線處理，采用IGS精密星歷，其軌道精度優(yōu)于0.1m。由于控制網(wǎng)中的邊長(zhǎng)不超過400km，根據(jù)上式計(jì)算可得星歷對(duì)基線解算在最不利的情況下，影響也不超過0.5mm。因而在采用IGS精密星歷時(shí)，可以忽略星歷對(duì)基線的影響，即在解算中可以固定軌道。

6基線處理

1)基線處理采用軟件由于該網(wǎng)采用新款南方S86-T三星雙頻GPS接收機(jī)觀測(cè)，其鎖定衛(wèi)星顆數(shù)多，基線解算質(zhì)量高，使用南方隨機(jī)匹配的數(shù)據(jù)后處理軟件能夠達(dá)到要求，在基線解算方案中選擇lonofree[Gnss],其解算長(zhǎng)基線的相對(duì)精度能達(dá)到10-9量級(jí)，解算短基線的精度能優(yōu)于1.0mm。2)基線處理觀測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量是保證基線解算精度和可靠性的關(guān)鍵之一。因此，用南方軟件處理時(shí)，正確修正觀測(cè)數(shù)據(jù)中的周跳和刪除大殘差觀測(cè)值的數(shù)據(jù)編輯是GPS數(shù)據(jù)處理中的主要工作之一。數(shù)據(jù)編輯首先在觀測(cè)數(shù)據(jù)文件選項(xiàng)中錄入點(diǎn)名及儀器高并保存，然后在基線解算-靜態(tài)基線數(shù)據(jù)處理設(shè)置中設(shè)置衛(wèi)星高度截止角及歷元間隔均為15，觀測(cè)組合方案選擇lonofree[Gnss]，方差比應(yīng)大于3，中誤差應(yīng)小于0.04米，其他均為默認(rèn)，最后選擇處理全部基線并開始解算。

在完成以上工作基礎(chǔ)上，從生成觀測(cè)數(shù)據(jù)文件開始，生成觀測(cè)方程和解算基線，得出每個(gè)時(shí)段的解。在數(shù)據(jù)處理中，發(fā)現(xiàn)觀測(cè)時(shí)段數(shù)質(zhì)量比較差不予采用。3)結(jié)果分析各時(shí)段解向量的重復(fù)性反映了基線解的內(nèi)部精度，是衡量基線解質(zhì)量的一個(gè)重要指標(biāo)。其定義為：

式中：Ci是各時(shí)段解基線的各分量，δ2i是相應(yīng)分量的協(xié)方差，為相應(yīng)基線分量的加權(quán)平均值，R為相應(yīng)的重復(fù)性。GPS基準(zhǔn)網(wǎng)獨(dú)立重復(fù)基線共115條，其精度統(tǒng)計(jì)見表1。

基線向量重復(fù)性統(tǒng)計(jì)表1

南北方向 東西方向 垂直方向 基線長(zhǎng)度

5.2mm+0.2×10-8 8.2mm+1.0×10-8 15.0mm+1.9×10-8 6.6mm+0.8×10-8

從表1可以看出，水平方向的重復(fù)性優(yōu)于10mm＋1.0×10-8；垂直方向重復(fù)性優(yōu)于15mm+2.0×10-8，也就是說，重復(fù)性精度能夠達(dá)到甚至優(yōu)于10-8，能夠滿足技術(shù)要求。

7GPS網(wǎng)的平差計(jì)算

1)平差軟件GPS E級(jí)網(wǎng)的整體平差采用Gnssadj完成。2)平差采用的觀測(cè)量GPS E級(jí)網(wǎng)采用軟件進(jìn)行同步觀測(cè)網(wǎng)的基線解算，平差時(shí)采用各同步觀測(cè)網(wǎng)的獨(dú)立基線向量及其全協(xié)方差矩陣作為觀測(cè)量。3)在ITRF坐標(biāo)框架下三維無約束平差經(jīng)過粗差分析，消除粗差影響后，三維無約束平差結(jié)果的驗(yàn)后單位權(quán)方差仍未通過χ2檢驗(yàn)，這是因?yàn)镚AMIT基線解的輸出精度與其實(shí)際精度不匹配。處理時(shí)根據(jù)三維無約束平差的結(jié)果，對(duì)基線觀測(cè)量的方差分量因子進(jìn)行調(diào)整，其中方差分量改正因子為1.9387，最終三維無約束平差結(jié)果的單位權(quán)中誤差通過χ2檢驗(yàn)。三維無約束平差的結(jié)果，客觀地反映了整個(gè)GPS網(wǎng)的內(nèi)部符合精度。4)在ITRF坐標(biāo)框架下三維約束平差為了與松嫩平原高精度GPS網(wǎng)成果保持統(tǒng)一，本次平差采用松嫩平原高精度GPS網(wǎng)平差成果中部分測(cè)站的坐標(biāo)作為三維約束平差的基準(zhǔn)。這些基準(zhǔn)站中包括國(guó)家A級(jí)GPS網(wǎng)點(diǎn)四個(gè)站，平差時(shí)以這四個(gè)站的三維坐標(biāo)(X,Y,Z)作為固定點(diǎn)約束值。

參考文獻(xiàn)：

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