大連市B級GPS框架網(wǎng)建設(shè)

汪淼

摘 要：大連市B級GPS框架網(wǎng)的建設(shè)涉及GPS網(wǎng)的布設(shè)、GPS數(shù)據(jù)處理和坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，其中GPS網(wǎng)的布設(shè)需要大量的外業(yè)作業(yè)組織實施、GPS儀器檢定、觀測點的埋設(shè)、觀測方法及觀測技術(shù)指標(biāo)的確立及觀測質(zhì)量的檢查工作，是數(shù)據(jù)處理和分析的基礎(chǔ)，整個網(wǎng)絡(luò)建設(shè)對完善城市基礎(chǔ)數(shù)據(jù)意義重大。

關(guān)鍵詞：B級GPS框架網(wǎng) 數(shù)據(jù)處理 坐標(biāo)轉(zhuǎn)換

中圖分類號：P228 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2016）02（c）-0018-02

大連市位于遼東半島最南端，是我國北方重要的港口、貿(mào)易、工業(yè)和旅游城市，地理位置獨特，具有重要的戰(zhàn)略地位。隨著城市化進程的加快，土地的有效使用依賴于統(tǒng)一的高精度測繪基礎(chǔ)資料，然而大連市原有控制網(wǎng)存在以下問題：（1）覆蓋范圍小，等級較低。20世紀(jì)60、70年代前控制網(wǎng)覆蓋，主要是當(dāng)時國家建設(shè)三角點和水準(zhǔn)點，市級控制網(wǎng)精度較低。2002年框架網(wǎng)覆蓋范圍，由GPS四等點和城市一級GPS導(dǎo)線點構(gòu)成；（2）控制點損毀、丟失嚴(yán)重；（3）多套坐標(biāo)系統(tǒng)并存，數(shù)據(jù)無法共享。有1980西安坐標(biāo)系，1954年北京坐標(biāo)系，大連城建坐標(biāo)。鑒于大連市原有控制網(wǎng)狀況，已經(jīng)嚴(yán)重滯后于大連城市建設(shè)以及數(shù)字城市建設(shè)發(fā)展的需求，必須加快其發(fā)展建設(shè)[1]。

1 GPS網(wǎng)的布設(shè)

1.1 外業(yè)作業(yè)組織實施

外業(yè)作業(yè)組織實施，需要考慮人員、設(shè)備、質(zhì)量控制及組織實施和完成情況。其中，人員組織和設(shè)備配置都需要考慮B級GPS框架網(wǎng)點選埋和網(wǎng)點聯(lián)測，質(zhì)量控制需要依據(jù)質(zhì)量保證標(biāo)準(zhǔn)制定嚴(yán)格的保障措施，在組織實施時，需要做好充足準(zhǔn)備。

1.2 GPS儀器檢定情況

按照《全球定位系統(tǒng)（GPS）測量型接收機檢定規(guī)程》（CH 8016-95）的要求，對參加該次B級GPS框架網(wǎng)觀測的儀器進行檢驗工作。檢驗項目包括GPS儀器的一般項目檢驗；零基線檢驗；天線相位中心穩(wěn)定性檢驗；短基線檢驗；長基線對比觀測。對于儀器配置需要根據(jù)接收S/N或P/N號，接收機機型號，天線S/N號，天線型號及天線P/N號來考察其配置情況。通過比較測前和測后的零基線、天線相位中心、短基線的最大較差、最小較差及限差來評定GPS接收機和天線的準(zhǔn)確性。

1.3 選埋情況

B級GPS框架網(wǎng)點選點的基本原則如下：B級GPS框架網(wǎng)點金州以南地區(qū)按經(jīng)濟發(fā)達地區(qū)布點，點位密度較大；金州以北地區(qū)按經(jīng)濟一般地區(qū)布點，點位密度相對較疏。所選點位應(yīng)同時滿足GPS觀測和水準(zhǔn)聯(lián)測條件；B級GPS框架網(wǎng)點應(yīng)盡量選在擬建的一、二等水準(zhǔn)路線結(jié)點處；置于水準(zhǔn)路線中的B級GPS框架網(wǎng)點位亦應(yīng)選建在基巖上，且點位便于長期保護；點位所占用的土地，應(yīng)得到土地使用者或管理者的同意。

1.4 觀測方法及技術(shù)指標(biāo)

GPS觀測主要分為B級GPS框架觀測、B級GPS框架網(wǎng)點與大地點（三角點）聯(lián)測、B級GPS框架網(wǎng)點與2000國家GPS大地控制網(wǎng)。對于B級GPS框架網(wǎng)觀測，需要遵照基本技術(shù)要求等來進行測量，詳見圖1。對于大地點（三角點）聯(lián)測運用點名、四位代碼、概略緯度和概略經(jīng)度與B級GPS框架網(wǎng)點進行聯(lián)測。對于2000國家GPS大地控制網(wǎng)通過點名、點號、概略緯度和概略經(jīng)度與B級GPS框架網(wǎng)點聯(lián)測。

2 GPS數(shù)據(jù)處理

該次數(shù)據(jù)處理基線解算與網(wǎng)平差軟件采用美國麻省理工學(xué)院和Scripps研究所共同研制的GAMIT/GLOBK軟件。采用Bernese5.0軟件進行檢核。對數(shù)據(jù)進行預(yù)處理時，依據(jù)外業(yè)觀測手簿，將同一天的觀測數(shù)據(jù)放在一起，數(shù)據(jù)格式為rinex格式，并檢查點名一致性與正確性；接收機與天線型號的正確性；天線高的正確性；年積日的一致性[2]。使用隨機軟件標(biāo)準(zhǔn)化，形成觀測數(shù)據(jù)文件SITEDAYS.YYO和廣播星歷文件SITEDAYS.YYN，其中SITE為點位編碼，DAY為年積日，S為觀測時段號，YY為觀測年號，O為觀測數(shù)據(jù)，N為廣播星歷。按照天線結(jié)構(gòu)，天線高統(tǒng)一采用觀測值歸算。在基線解算時由GAMIT軟件自動計算天線相位中心位置，歸算至標(biāo)石標(biāo)志面。主要參數(shù)設(shè)置如下：（1）衛(wèi)星軌道：IGS精密星歷，且固定；（2）衛(wèi)星截至高度角：10°；（3）數(shù)據(jù)采樣間隔：30 s；（4）對流層改正模型：采用Saastamoinen模型進行標(biāo)準(zhǔn)氣象改正；（5）觀測值：采用消除電離層后的組合觀測值；（6）數(shù)據(jù)解算模式：周跳自動修復(fù)技術(shù)。以GPS Day（年積日）為單位，進行基線解算。在GPS網(wǎng)平差之前，進行重合點分析工作，是制定科學(xué)合理的平差方案的前提。對整網(wǎng)的全部基線結(jié)果進行了檢驗，檢驗值均<2。數(shù)據(jù)全部通過檢驗，參與平差。采用逐級控制的原則進行平差計算。對平差后的大連市GPS B級網(wǎng)框架網(wǎng)進行坐標(biāo)精度統(tǒng)計。采用Bernese5.0進行測量精度核算，發(fā)現(xiàn)B級網(wǎng)X方向的精度優(yōu)于±0.4 mm，Y方向的精度優(yōu)于±0.6 mm，Z方向精度由于±0.6 mm。GPS數(shù)據(jù)處理技術(shù)路線見圖2。

3 坐標(biāo)轉(zhuǎn)換

通過GLOBK軟件整體平差，獲得的是各GPS點基于WGS-84坐標(biāo)系下的三維地心坐標(biāo)成果，而實際工作中經(jīng)常使用的是各GPS點基于1980西安坐標(biāo)系的坐標(biāo)、1954年北京坐標(biāo)系或地方獨立坐標(biāo)系[3]。因此，該項目必須通過轉(zhuǎn)換，獲得各GPS點的1980西安坐標(biāo)系的坐標(biāo)成果、1954年北京坐標(biāo)系及大連市獨立坐標(biāo)系統(tǒng)。

坐標(biāo)轉(zhuǎn)換主要是利用兩種坐標(biāo)系的重合點，采用坐標(biāo)轉(zhuǎn)換模型，通過轉(zhuǎn)換方法得到相應(yīng)坐標(biāo)系的坐標(biāo)。根據(jù)GPS 網(wǎng)與三角的重合情況，使用二維或三維坐標(biāo)轉(zhuǎn)換模型求得坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)，再根據(jù)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)求得GPS點相應(yīng)的1980西安坐標(biāo)系坐標(biāo)，1954年北京坐標(biāo)系坐標(biāo)及大連市獨立坐標(biāo)系統(tǒng)。

4 結(jié)語

大連市現(xiàn)代測繪基準(zhǔn)體系采用國內(nèi)外先進、嚴(yán)密、科學(xué)、實用的大地測量理論、方法和模型，完成城市高精度三維空間基準(zhǔn)建設(shè)的城市。

（1）采用采用兩套國際上先進的高精度的GPS數(shù)據(jù)處理軟件（GAMIT/GLOBKE，BERNESE）對GPS控制網(wǎng)數(shù)據(jù)處理結(jié)果進行對算，保證了成果的正確性和可靠性。

（2）構(gòu)建了城市多套現(xiàn)行坐標(biāo)系統(tǒng)與2000國家大地坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換關(guān)系，為城市已有地理信息數(shù)據(jù)向國家坐標(biāo)系統(tǒng)、及城市新坐標(biāo)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換提供了方便、快捷的途徑，促進了城市2000國家大地坐標(biāo)系統(tǒng)的推廣和應(yīng)用。

（3）該項目通過科學(xué)的設(shè)計、精心的施測和嚴(yán)密的數(shù)據(jù)處理，取得了高精度的城市三維空間基準(zhǔn)成果，保證了近海城市相當(dāng)長一段時間的基準(zhǔn)問題。該項目的完成對今后類似城市開展現(xiàn)代測繪基準(zhǔn)體系建設(shè)具有示范和借鑒作用。

參考文獻

[1] 潘寶玉.兗州市“新54系”GPS網(wǎng)的建立及成果處理[J].測繪通報，1997（4）：19-22.

[2] 宋龍官.太倉、吳江兩市GPS控制網(wǎng)的建立與數(shù)據(jù)處理[J].地礦測繪，1997（3）：5-8，37.

[3] 潘寶玉，傅文祥，劉彥長.臨淄區(qū)四等GPS網(wǎng)的布網(wǎng)特點及精度分析[C]//21世紀(jì)我國工程測量技術(shù)發(fā)展研討會.2001.

[4] 申春英，鄭秀麗，王家鋒.介休市GPS網(wǎng)的建立及成果質(zhì)量分析[J].大地縱橫，2002（2）：42-43.