多基準(zhǔn)站點(diǎn)模式GNSS靜態(tài)測(cè)量的應(yīng)用*

潘純建

(云南省地礦測(cè)繪院，云南 昆明 650218)

多基準(zhǔn)站點(diǎn)模式GNSS靜態(tài)測(cè)量的應(yīng)用*

潘純建

(云南省地礦測(cè)繪院，云南 昆明 650218)

通過對(duì)多基準(zhǔn)站點(diǎn)模式GNSS控制網(wǎng)觀測(cè)方法和應(yīng)用實(shí)例的分析，總結(jié)了利用該方法進(jìn)行GNSS控制網(wǎng)施測(cè)的特點(diǎn)及應(yīng)注意的問題。

GNSS 靜態(tài)測(cè)量；同步觀測(cè)；基準(zhǔn)站；流動(dòng)站；多基準(zhǔn)站點(diǎn)觀測(cè)模式

Abstract：Through the analysis of the observation method and an application example for multi-base-stations GNSS control network，this paper summarizes the characteristics of this method and the problems needing attention in GNSS control network measurement.

Keywords：GNSS static measurement；synchronous observation；reference station；mobile station；observation model of multi-base-stations

0 引言

隨著GNSS技術(shù)的不斷發(fā)展，CORS技術(shù)已被廣泛應(yīng)用，并逐漸取代傳統(tǒng)的控制測(cè)量作業(yè)模式，但GNSS靜態(tài)測(cè)量作為一種經(jīng)典的測(cè)量方法，仍然活躍在測(cè)繪領(lǐng)域的各個(gè)方面，采用GNSS靜態(tài)定位建立高精度控制網(wǎng)仍是各類控制測(cè)量的首選方法。GNSS網(wǎng)施測(cè)的基本外業(yè)觀測(cè)單元是一個(gè)由多臺(tái)接收機(jī)進(jìn)行同步觀測(cè)的時(shí)段，每進(jìn)行一個(gè)時(shí)段的同步觀測(cè)，就生成一個(gè)由同步基線所組成的同步圖形，通過若干個(gè)時(shí)段的同步觀測(cè)完成控制網(wǎng)中所有點(diǎn)的測(cè)量，由這些同步圖形構(gòu)成GNSS控制網(wǎng)[1-3]。GNSS網(wǎng)外業(yè)觀測(cè)的核心就是同步觀測(cè)，同步觀測(cè)的成果質(zhì)量決定控制網(wǎng)的精度，同步觀測(cè)的計(jì)劃實(shí)施決定作業(yè)效率即遷站的效率。邊連式、點(diǎn)連式、邊點(diǎn)混連式等觀測(cè)方式以擴(kuò)展速度快、圖形強(qiáng)度較高、作業(yè)方法簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，成為最常用的布網(wǎng)形式[2]。同時(shí)，遷站對(duì)時(shí)間、點(diǎn)位、通訊、交通各方面調(diào)度有嚴(yán)密要求。當(dāng)接收機(jī)數(shù)量較少時(shí)，遷站調(diào)度簡(jiǎn)單。對(duì)于點(diǎn)數(shù)較多的控制網(wǎng)，觀測(cè)周期長(zhǎng)，投入的GNSS接收機(jī)數(shù)量也相應(yīng)增加，當(dāng)GNSS接收機(jī)多于6臺(tái)時(shí)，同步觀測(cè)給遷站提出了較高要求，必須保證交通、通訊正常，嚴(yán)格按觀測(cè)調(diào)度計(jì)劃實(shí)施，受遷站路程、交通狀況影響，各測(cè)站間須相互等候，常遇到多臺(tái)接收機(jī)等待的現(xiàn)象，時(shí)間大量耗在遷站和等待同步觀測(cè)上；若遇上交通、通訊或者某臺(tái)接收機(jī)出現(xiàn)異常的情況，則等待的時(shí)間會(huì)更長(zhǎng)或迫使放棄某個(gè)測(cè)站，導(dǎo)致觀測(cè)計(jì)劃變更，這時(shí)須進(jìn)行補(bǔ)測(cè)，這會(huì)造成資源浪費(fèi)和周期遲滯等問題。特別在交通、通訊網(wǎng)絡(luò)差的區(qū)域，觀測(cè)效率受到的影響更大。

多基準(zhǔn)站點(diǎn)模式法GNSS控制網(wǎng)布網(wǎng)方式以圖形結(jié)構(gòu)強(qiáng)、同步觀測(cè)計(jì)劃調(diào)度簡(jiǎn)單、遷站靈活、高效省時(shí)等優(yōu)點(diǎn)恰好能解決上述問題。

1 多基準(zhǔn)站布網(wǎng)形式

多基準(zhǔn)站布網(wǎng)形式由若干臺(tái)(最少為3臺(tái))接收機(jī)在一段時(shí)間長(zhǎng)期固定在某幾個(gè)點(diǎn)上作為基準(zhǔn)站進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間觀測(cè)，同時(shí)，另外一些接收機(jī)作為流動(dòng)站在這些基準(zhǔn)站周圍相互間進(jìn)行網(wǎng)觀測(cè)模式或點(diǎn)觀測(cè)模式的測(cè)量。測(cè)量時(shí)各流動(dòng)站均獨(dú)立作業(yè)，不考慮與其它流動(dòng)站之間同步的測(cè)量的方式稱為點(diǎn)模式；而測(cè)量時(shí)各流動(dòng)站考慮與其他流動(dòng)站之間同步的測(cè)量方式稱為網(wǎng)模式[1]。網(wǎng)模式類似于網(wǎng)連式同步觀測(cè)。本文就多基準(zhǔn)站點(diǎn)模式觀測(cè)方法進(jìn)行闡述。圖1為3個(gè)基準(zhǔn)站的觀測(cè)模式。

圖1 多基準(zhǔn)站觀測(cè)模式Fig.1 Observation model of multi-base-stations

多基準(zhǔn)站布網(wǎng)形式由于各基準(zhǔn)站間進(jìn)行了長(zhǎng)時(shí)間觀測(cè)，其基線向量可靠性高、精度高，這些基線構(gòu)成的基準(zhǔn)網(wǎng)成為整個(gè)GNSS網(wǎng)的骨架。點(diǎn)模式觀測(cè)時(shí)，單個(gè)流動(dòng)站與基準(zhǔn)網(wǎng)組成一個(gè)同步環(huán)，點(diǎn)在基準(zhǔn)站構(gòu)成的多邊形上內(nèi)插或外延構(gòu)成一個(gè)大地多邊形。其特點(diǎn)如下：

1)多基準(zhǔn)站點(diǎn)模式觀測(cè)方法構(gòu)成的同步圖形結(jié)構(gòu)強(qiáng)，可靠性高、精度高、點(diǎn)位誤差不傳遞、不積累。

2)數(shù)據(jù)處理相對(duì)簡(jiǎn)單，為單一的大地多邊形網(wǎng)，流動(dòng)站間同步觀測(cè)時(shí)間達(dá)不到相應(yīng)等級(jí)要求的基線不解算，合格的基線只用來(lái)檢核，不參與平差計(jì)算。易于對(duì)異?；€進(jìn)行處理[2]。

3)布網(wǎng)靈活，多基準(zhǔn)站點(diǎn)模式觀測(cè)方法打破了分級(jí)布網(wǎng)的觀測(cè)方法，以多基準(zhǔn)站構(gòu)成的基準(zhǔn)網(wǎng)為測(cè)區(qū)的首級(jí)控制網(wǎng)，在基準(zhǔn)網(wǎng)上聯(lián)測(cè)高等級(jí)已知點(diǎn)、施測(cè)同精度全面網(wǎng)、加密次級(jí)控制網(wǎng)，同精度、不同精度控制網(wǎng)可同期觀測(cè)。

4)施測(cè)靈活，各流動(dòng)站根據(jù)觀測(cè)站點(diǎn)的設(shè)計(jì)等級(jí)、站點(diǎn)與基準(zhǔn)站點(diǎn)間的距離，來(lái)確定觀測(cè)的時(shí)段長(zhǎng)度、時(shí)段數(shù)，確定觀測(cè)采用的方法如靜態(tài)、快速靜態(tài)[4]；調(diào)度簡(jiǎn)單，約定基準(zhǔn)站同步連續(xù)觀測(cè)時(shí)間后，各流動(dòng)站即可獨(dú)立作業(yè)，根據(jù)基準(zhǔn)站時(shí)間約定，獨(dú)立計(jì)劃各臺(tái)儀器所施測(cè)的點(diǎn)位及時(shí)段，無(wú)需進(jìn)行通訊聯(lián)絡(luò)，也不受其它站點(diǎn)影響。

2 應(yīng)用實(shí)例

以某礦區(qū)控制網(wǎng)的布設(shè)與施測(cè)為例對(duì)多基準(zhǔn)站點(diǎn)模式觀測(cè)方法進(jìn)行介紹。該礦區(qū)屬中低山岳地貌，山脈走向大致為北東—南西向，地勢(shì)總體南高北低，相對(duì)高差380 m。地形切割較強(qiáng)烈，多數(shù)地段為輪歇地和灌木叢，植被茂密，交通不便，移動(dòng)通訊網(wǎng)絡(luò)尚未完全覆蓋。

2.1 控制網(wǎng)的布設(shè)

首先在國(guó)家C級(jí)控制點(diǎn)下布設(shè)D級(jí)GNSS網(wǎng)作為礦區(qū)首級(jí)控制，再進(jìn)行E級(jí)GNSS網(wǎng)加密，聯(lián)測(cè)四等高程。觀測(cè)時(shí)分級(jí)按邊連式進(jìn)行同步圖形擴(kuò)展，4臺(tái)接收機(jī)同步觀測(cè)，每個(gè)時(shí)段耗時(shí)4 h以上(含遷站時(shí)間)，每天只能施測(cè)兩個(gè)時(shí)段?？刂凭W(wǎng)圖，見圖2。

采用多基準(zhǔn)站點(diǎn)模式，在3個(gè)D級(jí)點(diǎn)上設(shè)置3臺(tái)接收機(jī)作為基準(zhǔn)站長(zhǎng)時(shí)間觀測(cè)，流動(dòng)站分別進(jìn)行C級(jí)控制點(diǎn)聯(lián)測(cè)和E級(jí)點(diǎn)加密?？刂凭W(wǎng)圖，見圖3。

GNSS觀測(cè)按《全球定位系統(tǒng)(GPS)測(cè)量規(guī)范》要求進(jìn)行，觀測(cè)質(zhì)量良好。

圖2 邊連式觀測(cè)Fig.2 Observation contral network of side connection model

圖3 多基準(zhǔn)站點(diǎn)觀測(cè)模式Fig.3 Observation contral network of multi-base-stations

2.2 數(shù)據(jù)處理

采用隨機(jī)軟件解算基線并進(jìn)行平差計(jì)算，多基準(zhǔn)站點(diǎn)模式布網(wǎng)數(shù)據(jù)逐點(diǎn)獨(dú)立解算。所有基線均為雙差固定解，復(fù)測(cè)基線、同步環(huán)、異步環(huán)(多基準(zhǔn)站點(diǎn)模式觀測(cè)無(wú)復(fù)測(cè)基線和異步環(huán))驗(yàn)算均符合技術(shù)要求，無(wú)約束平差、約束平差成果精度指標(biāo)均為優(yōu)良。

2.3 精度分析

對(duì)兩種觀測(cè)方法獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行約束平差、高程擬合后，對(duì)坐標(biāo)、邊長(zhǎng)、高程精度進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

平面坐標(biāo)平差成果精度統(tǒng)計(jì)，見表1。

表1 平面坐標(biāo)精度統(tǒng)計(jì)表

投影面邊長(zhǎng)平差成果精度統(tǒng)計(jì)，見表2。

表2 最弱邊精度統(tǒng)計(jì)表

高程擬合采用線性擬合方法進(jìn)行計(jì)算。高程擬合精度統(tǒng)計(jì)，見表3。

表3 高程擬合精度統(tǒng)計(jì)表

從表1-3可以看出，多基準(zhǔn)站點(diǎn)模式布網(wǎng)法的各項(xiàng)精度指標(biāo)明顯優(yōu)于常規(guī)布網(wǎng)法。

3 結(jié)論

經(jīng)過實(shí)例分析可以得出：多基準(zhǔn)站點(diǎn)模式施測(cè)方法具有精度高，點(diǎn)位誤差不傳遞、不積累，觀測(cè)調(diào)度簡(jiǎn)單易行，遷站自由，無(wú)須考慮流動(dòng)站間同步和站間聯(lián)絡(luò)等優(yōu)點(diǎn)。但在施測(cè)時(shí)必須注意以下幾點(diǎn)：

1)基準(zhǔn)站數(shù)量必須≥3。基準(zhǔn)站為3個(gè)站點(diǎn)時(shí)，其位置應(yīng)均勻分布在測(cè)區(qū)范圍的外接圓附近；基準(zhǔn)站為4個(gè)及以上站點(diǎn)時(shí)，其位置應(yīng)均勻分布在測(cè)區(qū)的幾何中心、測(cè)區(qū)范圍外接圓附近、測(cè)區(qū)框架性控制點(diǎn)上。

2)若能獲取測(cè)區(qū)周邊衛(wèi)星導(dǎo)航定位基準(zhǔn)站觀測(cè)數(shù)據(jù)，宜優(yōu)先利用衛(wèi)星導(dǎo)航定位基準(zhǔn)站，作為控制網(wǎng)的基準(zhǔn)站，然后根據(jù)利用的基準(zhǔn)站與控制網(wǎng)的距離、控制網(wǎng)等級(jí)來(lái)設(shè)計(jì)觀測(cè)時(shí)間。

3)在觀測(cè)周期內(nèi)，基準(zhǔn)站必須嚴(yán)格按約定的時(shí)間連續(xù)觀測(cè)。

4)由于流動(dòng)站為單機(jī)作業(yè)，和基準(zhǔn)站構(gòu)成的多邊形無(wú)復(fù)測(cè)基線檢核、無(wú)異步環(huán)閉合差檢核，因此點(diǎn)位設(shè)置必須準(zhǔn)確無(wú)誤。

5)提取觀測(cè)過程中偶然形成、解算合格的流動(dòng)站間的基線數(shù)據(jù)進(jìn)行檢核，采用常規(guī)測(cè)邊、角、高差方法對(duì)流動(dòng)站觀測(cè)的點(diǎn)位進(jìn)行隨機(jī)檢測(cè)。

實(shí)踐證明，在大型控制網(wǎng)、特殊地理?xiàng)l件下采取多基準(zhǔn)站點(diǎn)模式GNSS控制網(wǎng)施測(cè)能發(fā)揮其高精度、高效率、簡(jiǎn)易快捷的優(yōu)勢(shì)。

[1] 李征航，黃勁松.GPS測(cè)量與數(shù)據(jù)處理[M].武漢：武漢大學(xué)出版社，2010.

[2] 楊潤(rùn)書，丁國(guó)華，陳沖林，等.高山區(qū)大面積 GPS 控制網(wǎng)的建立[J].地礦測(cè)繪，2011，27(2)：1-3.

[3] 國(guó)家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局.GB/T 18314—2009 全球定位系統(tǒng)(GPS)測(cè)量規(guī)范[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2009.

[4] 謝建春，陳同峰，宋朝輝，等.GPS快速靜態(tài)定位技術(shù)在地籍調(diào)查中的應(yīng)用[J].地礦測(cè)繪，2010，26(4)：22-24.

ApplicationofGNSSStaticMeasurementforMulti-Base-StationsModel

PAN Chun-jian

(YunnanInstituteofSurveyingandMappingofGeologyandMineralResources，KunmingYunnan650218，China)

2017-04-19

P 228.4； P 221

A

1007-9394(2017)03-0005-02

潘純建(1975～)，男，云南祥云人，高級(jí)工程師，注冊(cè)測(cè)繪師，現(xiàn)主要從事測(cè)繪技術(shù)生產(chǎn)和管理方面的工作。