原二等康巴什三角點遷建KBAS（康巴什）GPS B 級點及精密三角高程測量

賈中甫 內(nèi)蒙古自治區(qū)測繪院 賈敏 王淑春 內(nèi)蒙古自治區(qū)地圖院 崔錦龍 內(nèi)蒙古自治區(qū)測繪院

為滿足鄂爾多斯市測繪事業(yè)的可持續(xù)發(fā)展、國家基礎(chǔ)地理信息的持續(xù)更新、國家經(jīng)濟和國防建設(shè)及有關(guān)地球科學研究的需要，保證測繪工作真正走在各項建設(shè)的前面，及時快速地為規(guī)劃、建設(shè)、管理提供高精度、實時的測繪基礎(chǔ)資料，必須建立長期的、連續(xù)的、能反映時空信息多種變化的三維空間框架基準。原二等康巴什三角點因城市發(fā)展建設(shè)需要，遷建恢復為GPS 點KBAS（康巴什），平面等級為GPS B 級，高程等級為國家二等。

一、GNSS 網(wǎng)布設(shè)、外業(yè)觀測及基線處理

（一）GNSS 聯(lián)測參考站及儀器觀測設(shè)備情況

控制點KBAS 2 天觀測數(shù)據(jù)，從2016 年102 天至103 天，觀測時間大于23.5 小時，每點觀測大于2 時段。下載內(nèi)蒙古自治區(qū)連續(xù)運行參考站（NMGCOSA）數(shù)據(jù)3 站，包括土默特左旗站、和林格爾站、東勝站，時間從2016 年102 天至103 天，觀測時間大于23.5 小時，每點觀測大于2 時段。下載國內(nèi)及周邊IGS 站數(shù)據(jù)7 站，包括BJFS（北京）、CHAN（長春）、LHAZ（拉薩）、SHAO（上海）、ULAB（烏蘭巴托）、URUM（烏魯木齊）、WUHN（武漢），從2016 年102 天至103 天，觀測時間大于23.5 小時，每點觀測2 時段。采用儀器：Trimble R8-4 GNSS 雙頻接收機觀測，天線類型：TRMR8-4，水平及垂直標稱精度：1+0.5ppm/1+1ppm，量高方式及位置：斜高、護圈中心。

（二）基線處理與數(shù)據(jù)檢核

GPS 原始觀測數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換：將控制點KBAS 點 GPS 原始數(shù)據(jù)格式，利用隨機軟件轉(zhuǎn)換成統(tǒng)一的Rinex 標準數(shù)據(jù)格式，按照日期及年積日整理歸檔；轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)時，天線高度轉(zhuǎn)換成直高至ARP（天線座底部）。使用隨機軟件轉(zhuǎn)換為標準化數(shù)據(jù)，形成觀測數(shù)據(jù)文件sitedayn.yyo 和廣播星歷文件sitedayn.yyn，其中site 為點位編碼，doy 為年積日，n 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。重點檢查控制點KBAS 數(shù)據(jù)，NMGCORS 數(shù)據(jù)與IGS 數(shù)據(jù)不需要檢查，內(nèi)容包括：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。采用的處理軟件及數(shù)據(jù)：基線處理軟件采用Gamit Ver10.6 軟件；解算基線時，引入?yún)⒖颊緮?shù)據(jù)參與計算，包括國際導航衛(wèi)星服務(wù)系統(tǒng)（IGS）的精密星歷數(shù)據(jù)、全球廣播星歷文件（brdc）。先驗坐標獲取：IGS站坐標使用ITRF2008 參考框架及速度場，坐標精度優(yōu)于2mm；NMGCORS 站及控制點坐標使用軟件內(nèi)腳本程序（sh_rx2apr）進行偽距迭代求解，精度優(yōu)于0.3 米。

（三）基線處理的主要模型和參數(shù)（sestbl.文件）

進行基線處理時使用的主要模型和設(shè)置參數(shù)具體情況：1 基線處理模式：BASELINE；2 批處理迭代方案：1-ITER；3 光壓模型：BERNE；4 數(shù)據(jù)剔除篩選：autcln；5 慣性框架：J2000；6 軌道約束：松弛軌道約束；7 衛(wèi)星與天線相位中心改正：采用設(shè)定軟件模型改正；8 坐標約束：松弛，IGS 站X、Y 方向1cm、Z 方向2cm；其它0.5 米；9 高度截至角：10°；10 歷元間隔：30s；11 對流層模型：薩斯坦莫寧模型。

（四）基線處理情況

數(shù)據(jù)時間跨度從2016 年102 天至103天，共2 個觀測時段，處理出110 條固定解基線，基線平均長度1440572.000 米，最長基線3372235.389 米，最短基線27503.291米。相鄰點基線分量中誤差：1 基線精度：水平分量4.3mm，垂直分量9.0mm；2 限差：水平分量5.0mm，垂直分量10.0mm。

（五）同步環(huán)檢核

Gamit 軟件采用的是全組合網(wǎng)解，同一時段同步環(huán)閉合差在基線解算時，已經(jīng)進行了分配，一般把基線解的Nrms 值，作為同步環(huán)質(zhì)量好壞的一個指標，一般要求小于0.3，最大不能超過1.0。網(wǎng)內(nèi)共解算2個時段數(shù)據(jù)。Nrms 值統(tǒng)計具體情況：1 年積日102 Postfit nrms：0.20211E+00；2 年積日103Postfit nrms：0.19673E+00

復測基線檢核采用科傻GPS 數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)（cosa）軟件，復測基線總計1035 條，符合規(guī)范要求，具體見“四、復測基線檢核”項。復測基線長度較差ds 滿足下列公式的要求：

式中：σ—基線測量中誤差，單位為毫米（mm）

（六）異步環(huán)檢核

異步環(huán)檢核采用科傻GPS 數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)（cosa）軟件，網(wǎng)內(nèi)共構(gòu)成990 個獨立閉合環(huán)，結(jié)果全部合格?；€處理結(jié)果構(gòu)成的獨立閉合環(huán)，其閉合差ws應(yīng)符合下式 規(guī)定：

式中：n—閉合環(huán)邊數(shù)；σ—基線測量中誤差，單位為毫米（mm）。

作為衡量基線精度的參考指標，對基線南北分量N、東西分量E、垂直分量U 及邊長L 的重復性進行固定誤差與比例誤差的直線擬合，具體統(tǒng)計為：1 南北分量N 重復性±7.02mm+1.78×10-9L；2 東西分量E 重復性1.9mm+8.2×10-11L；3 垂直分量U 重復性6.9mm+1.1×10-9L。

重復性定義如下公式：

式中：n—同一基線的縱觀測時段數(shù)；

Ci—一個時段的基線某一分量或邊長；

Cm—各時段的加權(quán)平均值。

二、GNSS 網(wǎng)平差計算

（一）平差方案及使用軟件

利用GamiT 輸出過程記錄文件（q 文件）內(nèi)的方差－協(xié)方差矩陣作為觀測量，為保持與內(nèi)蒙古自治區(qū)大地基準一致性，以NMGCORS 系統(tǒng)內(nèi)土默特左旗站（TZQ_）、和林格爾站（HLGE）以及東勝站（DONS）為起算，進行約束平差。軟件使用科傻GPS數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)（cosagps），進行三維無約束平差及三維約束平差。平差基準采用2000國家大地坐標系，坐標框架為ITRF97，歷元為2000.0。考慮到科傻GPS 數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)（cosagps）軟件對驗收單位權(quán)中誤差的敏感性，當閉合環(huán)的個數(shù)少于4 時，驗后單位權(quán)中誤差是不夠準確，故平差時使用所有基線；由于軟件無法自動形成獨立基線，而網(wǎng)內(nèi)2 個時段共有20 條獨立基線，如果把的110 條基線都作為獨立基線使用，參與平差，會造成平差結(jié)果精度虛高的問題。軟件給出的解決辦法是在“設(shè)置”內(nèi)，設(shè)置獨立基線數(shù)為實際數(shù)量20。如此，平差時，精度虛高問題可以解決，所計算出的精度情況與實際一致。

（二）三維無約束平差點位精度統(tǒng)計

三維無約束平差基準為2000 國家大地坐標系，以HLGE（和林格爾）點的三維坐標作為起算依據(jù)。點位精度統(tǒng)計：三維無約束平差結(jié)果，點位誤差最大（最弱）的是KBAS 點，誤差為1.05cm。點位中誤差為±0.90cm?；€向量殘差統(tǒng)計具體情況：1（X 最大值1.12、最小值0、平均值0.22）；2（Y 最大值1.75、最小值0、平均值0.43）；3（Z 最大值-0.61、最小值0、平均值0.17）統(tǒng)計單位均為：cm。

（三）三維約束平差及精度分析

三維無約束平差點位精度及區(qū)間統(tǒng)計詳細情況：1（MX 最大值0.41、最小值0.32、平均值0.36、0～0.5 區(qū)間11、0.5～1.0 區(qū)間0、大于1.0 區(qū)間0）；2（MY 最大值0.76、最小值0.56、平均值、0～0.5 區(qū)間0.64、0.5～1.0 區(qū)間11、大于1.0 區(qū)間0）；3（MZ 最大值0.61、最小值0.47、平均值、0～0.5 區(qū)間0.52、0.5～1.0區(qū)間7、大 于1.0 區(qū)間0）；4（MP最大值1.05、最小值0.80、平均值、0～0.5 區(qū)間0.90、0.5～1.0 區(qū)間10、大于1.0 區(qū)間1）統(tǒng)計單位均為：cm。

（四）相對精度統(tǒng)計

控制網(wǎng)基線平均相對誤差0.003ppm。最弱邊DONS-KBAS，相對精度為1/9958000（0.10ppm），邊長27503.300 米。三維約束平差基準為2000 國家大地坐標系，為保證起算點精度，以DONS（東勝）、HLGE（和林格爾）、TZQ_（土默特左旗）點逐次約束，互相檢核，保證控制點的相似性、準確性，最終以這3 點的三維坐標作為GPS 網(wǎng)起算依據(jù)，進行約束平差?？刂凭W(wǎng)平均相對誤差為0.003ppm。最弱邊DONS-KBAS，相對精度為1/10931000（0.09ppm），邊長27503.30米?；€向量殘差統(tǒng)計詳細情況：1（X 最大值-1.20、最小值0、平均值0.34）；2（Y 最大值+2.32、最小值0、平均值0.53）；3（Y最大值+1.17、最小值0、平均值0.32）統(tǒng)計單位均為：cm。

（五）三維約束平差結(jié)果點位精度統(tǒng)計

三維約束平差結(jié)果，點位誤差最大（最弱）的是KBAS 點，誤差為0.098cm。點位中誤差為±0.82cm。

三、精密三角高程測量二等水準

（一）精密三角高程觀測段高差

采用兩臺高精度智能型全站儀（測量機器人）進行同時段對向觀測，極大地消減了球氣差的影響，在路線傳遞過程中進行偶數(shù)測邊的對向觀測，起、末點對中桿高度不變，避免了丈量儀器高和對中桿高帶來的誤差影響。內(nèi)蒙古6 月天氣較熱，白天風力較大，觀測條件受大氣折光影響比較嚴重，經(jīng)研究決定，白天路線踏勘，每臺儀器架設(shè)的位置，做好標記和定位，保證觀測視線開闊，太陽下山開始工作，夜間工作，無大氣折光和風力的影響，外業(yè)觀測工作6 天就輕松完成。測段高差不符值見表1 所示：

表1 測段高差不符值統(tǒng)計表

（二）精密三角高程平差精度統(tǒng)計

經(jīng)過各項改正之后，符合水準路線平差之后精度統(tǒng)計詳細情況：1 路線總長43.3km；2 起閉點高差-29.18010mm；3 改正后測段高差-29.18960mm；4 高差閉合差9.5mm；限差允許值±26.33mm。

四、結(jié)束語

通過數(shù)據(jù)處理實踐結(jié)果證明，Gamit 基線處理后對基線重復率、固定誤差、比例誤差進行統(tǒng)計分析，數(shù)據(jù)充分證明Gamit 處理后所獲得的基線完全滿足于長距離、大范圍、高精度、質(zhì)量可靠的數(shù)據(jù)。

精密三角高程測量的成功，將為內(nèi)蒙古高等級水準測量帶來一次新的革命。