湖北省連續(xù)運行衛(wèi)星定位服務(wù)系統(tǒng)坐標(biāo)聯(lián)測方法研究＊

張 揚，王 波，李 劍，彭應(yīng)林

（湖北省測繪工程院，湖北 武漢430074）

0 引 言

當(dāng)前，連續(xù)運行衛(wèi)星定位系統(tǒng)（CORS）的建設(shè)正在我國蓬勃興起，成為測繪界關(guān)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(tǒng):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(tǒng)，安徽、福建等地正在積極建設(shè)或籌備建設(shè)中［1］。湖北省連續(xù)運行衛(wèi)星定位服務(wù)系統(tǒng)（HBCORS）是我國中部區(qū)域省級連續(xù)運行參考站網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，由湖北省測繪局組織，湖北省測繪工程院（湖北省導(dǎo)航與位置服務(wù)中心）負責(zé)建設(shè)，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(yīng)用的發(fā)展熱點之一，既是空間定位的基礎(chǔ)，也是現(xiàn)代大地測量基準(zhǔn)的構(gòu)成骨干和技術(shù)支撐。CORS不僅是動態(tài)的、連續(xù)的空間參考框架，同時也是快速、高精度獲取空間數(shù)據(jù)和地理特征的設(shè)施之一，因此，高精度參考框架的建立，是CORS作為重要空間數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施的根本要求［2－6］。其中，CORS永久參考站坐標(biāo)的精度直接影響到系統(tǒng)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(biāo)聯(lián)測是系統(tǒng)建設(shè)中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)［7］。以HBCORS為例，探討了高精度區(qū)域參考框架建立的若干關(guān)鍵方法。

1 聯(lián)測目的和方法

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

對于省市級CORS的坐標(biāo)聯(lián)測而言，一方面需要順應(yīng)科技發(fā)展趨勢，建立基于CGCS2000的區(qū)域參考框架；另一方面需要結(jié)合當(dāng)?shù)匾延袦y繪成果，建立區(qū)域內(nèi)CGCS2000與測圖坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系。鑒于此，在HBCORS的坐標(biāo)聯(lián)測中，按照數(shù)據(jù)處理目標(biāo)劃分為兩種網(wǎng):

1）框架網(wǎng):由參考站與周邊的部分IGS站（如圖1所示）聯(lián)測構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)，用于建立湖北省境內(nèi)定位基準(zhǔn)的框架；

2）基準(zhǔn)網(wǎng):由參考站與湖北省境內(nèi)均勻分布的部分CGCS2000網(wǎng)點（A／B級點，同時具有CGCS2000和測圖坐標(biāo)系的坐標(biāo)）聯(lián)測構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)，用于建立湖北省的精密定位基準(zhǔn)，如圖2所示。

圖1中，HBCORS參考站與周邊10個IGS跟蹤站聯(lián)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(lián)測3×24h．

2 數(shù)據(jù)處理與精度分析

坐標(biāo)聯(lián)測的數(shù)據(jù)處理包括數(shù)據(jù)整理、基線處理、網(wǎng)平差、統(tǒng)計分析等內(nèi)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(zhǔn)網(wǎng)中85個A／B級點同時擁有CGCS2000和測圖坐標(biāo)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(jié)果中，過多的粗差可能導(dǎo)致GPS控制網(wǎng)網(wǎng)形出現(xiàn)畸變，嚴重影響平差結(jié)果。為了保證各坐標(biāo)系統(tǒng)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(biāo)聯(lián)測數(shù)據(jù)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(biāo)系和CGCS2000坐標(biāo)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(biāo)系成果，采用四參數(shù)模型，求CGCS2000坐標(biāo)系到1980西安坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換參數(shù)；②利用所求得的轉(zhuǎn)換參數(shù)將參與求轉(zhuǎn)換參數(shù)點的CGCS2000坐標(biāo)轉(zhuǎn)換到1980西安坐標(biāo)；③求轉(zhuǎn)換所得的1980西安坐標(biāo)與已知1980西安坐標(biāo)的殘差；④剔除殘差最大的點，重新執(zhí)行①～③，直到所有參與求轉(zhuǎn)換參數(shù)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(shù)模型求CGCS2000坐標(biāo)系到1980西安坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換參數(shù)；②利用所求得的轉(zhuǎn)換參數(shù)將所有控制點的CGCS2000坐標(biāo)轉(zhuǎn)換到1980西安坐標(biāo)；③求轉(zhuǎn)換所得的1980西安坐標(biāo)與已知的1980西安坐標(biāo)的殘差；④找出殘差最小的點，加入求轉(zhuǎn)換參數(shù)的點中，重新執(zhí)行①～③，直到所有參與求轉(zhuǎn)換參數(shù)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(biāo)聯(lián)測數(shù)據(jù)解算精度分析分別參見表1至表3。

表1 HBCORS動態(tài)參考基準(zhǔn)精度

表2 A／B級控制點CGCS2000坐標(biāo)系平差結(jié)果與已知結(jié)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(jù)表1至表3的分析可以看出:

1）聯(lián)測網(wǎng)重復(fù)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(yōu)于0．01m；

3）在確立了與國家基準(zhǔn)CGCS2000統(tǒng)一的高精度參考站坐標(biāo)的基礎(chǔ)上，采用剔點法和加點法，與當(dāng)?shù)販y繪成果緊密結(jié)合，建立了湖北省境內(nèi)CGCS2000與北京54、西安80之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系。

3 結(jié) 論

通過與IGS跟蹤站及A／B級點的坐標(biāo)聯(lián)測，HBCORS建立起了湖北省新一代高精度的動態(tài)參考基準(zhǔn)，為湖北省空間定位技術(shù)的應(yīng)用及其產(chǎn)業(yè)化發(fā)展提供了基礎(chǔ)性測繪保障。HBCORS在區(qū)域參考框架建立過程中，根據(jù)CORS坐標(biāo)聯(lián)測的目的，針對性的劃分框架網(wǎng)和基準(zhǔn)網(wǎng)，有層次有結(jié)構(gòu)的梳理了高精度區(qū)域參考框架獲取的思路，并在獲得全國統(tǒng)一框架下各參考站精確坐標(biāo)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(shù)據(jù)處理技術(shù)，進一步完善了精密數(shù)據(jù)處理方法。

［1］ 劉經(jīng)南，劉 暉，鄒 蓉，等．建立全國CORS更新國家地心動態(tài)參考框架的幾點思考［J］．武漢大學(xué)學(xué)報·信息科學(xué)版，2009，34（11）:1262－1265．

［2］ 管健安．基于CORS系統(tǒng)精密定位服務(wù)若干技術(shù)問題研究［D］．西安:長安大學(xué)，2010．

［3］ 劉 欣．河南省CORS系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理與分析［D］．焦作:河南理工大學(xué)，2010．

［4］ 隋立芬．高精度GPS網(wǎng)的統(tǒng)一與數(shù)據(jù)處理若干問題研究［D］．鄭州:中國人民解放軍信息工程大學(xué)，2001．

［5］ 隋立芬．高精度GPS網(wǎng)的統(tǒng)一與數(shù)據(jù)處理若干問題研究［D］．鄭州:中國人民解放軍信息工程大學(xué)，2001．

［6］曹學(xué)禮，張旭東，葛章發(fā)，等．寧波市2000國家大地坐標(biāo)系聯(lián)測及數(shù)據(jù)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(xù)運行衛(wèi)星定位服務(wù)系統(tǒng)的坐標(biāo)聯(lián)測方法探討［C］∥中國全球定位系統(tǒng)技術(shù)應(yīng)用協(xié)會第九次年會論文匯編，2007．