湖北省連續運行衛星定位服務系統坐標聯測方法研究＊

張 揚，王 波，李 劍，彭應林

（湖北省測繪工程院，湖北 武漢430074）

0 引 言

當前，連續運行衛星定位系統（CORS）的建設正在我國蓬勃興起，成為測繪界關注的熱點之一，全國直轄市和大部分省會城市都已建立了城市級系統: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系統，安徽、福建等地正在積極建設或籌備建設中［1］。湖北省連續運行衛星定位服務系統（HBCORS）是我國中部區域省級連續運行參考站網絡系統，由湖北省測繪局組織，湖北省測繪工程院（湖北省導航與位置服務中心）負責建設，建成81個參考站，項目于2010年12月建成并投入運行。

CORS作為城市GPS應用的發展熱點之一，既是空間定位的基礎，也是現代大地測量基準的構成骨干和技術支撐。CORS不僅是動態的、連續的空間參考框架，同時也是快速、高精度獲取空間數據和地理特征的設施之一，因此，高精度參考框架的建立，是CORS作為重要空間數據基礎設施的根本要求［2－6］。其中，CORS永久參考站坐標的精度直接影響到系統的性能，從而直接影響到用戶的定位精度，所以永久參考站的坐標聯測是系統建設中的關鍵環節［7］。以HBCORS為例，探討了高精度區域參考框架建立的若干關鍵方法。

1 聯測目的和方法

隨著空間定位技術的發展，建立地心三維坐標系統和動態參考框架成為當前地球參考框架的發展趨勢。我國于2008年7月1日正式啟用2000國家大地坐標系（CGCS2000）并以之作為我國法定的三維坐標基準。在此以前采用1954年北京坐標系、1980西安坐標系或相對獨立的平面坐標系等作為測繪基準，一般將這類坐標系統稱為測圖坐標系。

對于省市級CORS的坐標聯測而言，一方面需要順應科技發展趨勢，建立基于CGCS2000的區域參考框架；另一方面需要結合當地已有測繪成果，建立區域內CGCS2000與測圖坐標系之間的轉換關系。鑒于此，在HBCORS的坐標聯測中，按照數據處理目標劃分為兩種網:

1）框架網:由參考站與周邊的部分IGS站（如圖1所示）聯測構成的網絡，用于建立湖北省境內定位基準的框架；

2）基準網:由參考站與湖北省境內均勻分布的部分CGCS2000網點（A／B級點，同時具有CGCS2000和測圖坐標系的坐標）聯測構成的網絡，用于建立湖北省的精密定位基準，如圖2所示。

圖1中，HBCORS參考站與周邊10個IGS跟蹤站聯測15×24h；圖2中，淺色三角形表示HB－CORS參考站，深色和淺色實心圓表示均勻分布于全省的85個A／B級控制點，按B級點觀測要求聯測3×24h．

2 數據處理與精度分析

坐標聯測的數據處理包括數據整理、基線處理、網平差、統計分析等內容。其中，基線處理和平差分別采用GAMIT（Ver10．35）和GLOBK軟件。考慮到基準網中85個A／B級點同時擁有CGCS2000和測圖坐標系成果，如果在平差時對其全部約束，有可能將粗差引入到平差結果中，過多的粗差可能導致GPS控制網網形出現畸變，嚴重影響平差結果。為了保證各坐標系統的融合及成果的精度，需對A／B級點成果的兼容性進行檢核。HBCORS坐標聯測數據處理綜合采用了兩種方法進行控制點成果的兼容性檢核:剔點法和加點法。以1980西安坐標系和CGCS2000坐標系為例，兩種方法處理思路如下:

1）剔點法:①利用所有控制點的CGCS2000成果和1980西安坐標系成果，采用四參數模型，求CGCS2000坐標系到1980西安坐標系的轉換參數；②利用所求得的轉換參數將參與求轉換參數點的CGCS2000坐標轉換到1980西安坐標；③求轉換所得的1980西安坐標與已知1980西安坐標的殘差；④剔除殘差最大的點，重新執行①～③，直到所有參與求轉換參數點的點位殘差小于2cm，此時剩下的點為滿足要求的起算點。

2）加點法:①找出可靠性最好（或是目前常用的）兩個點，利用四參數模型求CGCS2000坐標系到1980西安坐標系的轉換參數；②利用所求得的轉換參數將所有控制點的CGCS2000坐標轉換到1980西安坐標；③求轉換所得的1980西安坐標與已知的1980西安坐標的殘差；④找出殘差最小的點，加入求轉換參數的點中，重新執行①～③，直到所有參與求轉換參數點的點位殘差小于5cm，此時剩下的點為滿足要求的起算點。

HBCORS坐標聯測數據解算精度分析分別參見表1至表3。

表1 HBCORS動態參考基準精度

表2 A／B級控制點CGCS2000坐標系平差結果與已知結果的比較

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 100．00% 100．00 100．00 100．00 100．00 100．00 100．00

根據表1至表3的分析可以看出:

1）聯測網重復性總體效果良好，基線解算精度達10－9量級；

2）平差后，HBCORS參考站點位精度高，X、Y、Z三個分量的精度都優于0．01m；

3）在確立了與國家基準CGCS2000統一的高精度參考站坐標的基礎上，采用剔點法和加點法，與當地測繪成果緊密結合，建立了湖北省境內CGCS2000與北京54、西安80之間的轉換關系。

3 結 論

通過與IGS跟蹤站及A／B級點的坐標聯測，HBCORS建立起了湖北省新一代高精度的動態參考基準，為湖北省空間定位技術的應用及其產業化發展提供了基礎性測繪保障。HBCORS在區域參考框架建立過程中，根據CORS坐標聯測的目的，針對性的劃分框架網和基準網，有層次有結構的梳理了高精度區域參考框架獲取的思路，并在獲得全國統一框架下各參考站精確坐標的同時，充分考慮與原有測繪成果的融合，綜合了多種精密數據處理技術，進一步完善了精密數據處理方法。

［1］ 劉經南，劉 暉，鄒 蓉，等．建立全國CORS更新國家地心動態參考框架的幾點思考［J］．武漢大學學報·信息科學版，2009，34（11）:1262－1265．

［2］ 管健安．基于CORS系統精密定位服務若干技術問題研究［D］．西安:長安大學，2010．

［3］ 劉 欣．河南省CORS系統數據處理與分析［D］．焦作:河南理工大學，2010．

［4］ 隋立芬．高精度GPS網的統一與數據處理若干問題研究［D］．鄭州:中國人民解放軍信息工程大學，2001．

［5］ 隋立芬．高精度GPS網的統一與數據處理若干問題研究［D］．鄭州:中國人民解放軍信息工程大學，2001．

［6］曹學禮，張旭東，葛章發，等．寧波市2000國家大地坐標系聯測及數據處理［J］．城市勘測，2010，8（4）:86－89．

［7］ 劉全海，潘伯鳴，楊志偉，等．連續運行衛星定位服務系統的坐標聯測方法探討［C］∥中國全球定位系統技術應用協會第九次年會論文匯編，2007．