“數字貴州”B、C、E級GPS控制網數據處理與分析

馬 琴

(國家測繪局大地測量數據處理中心，陜西西安710054)

一、引 言

50年代國家測繪局、總參測繪局布設的一、二等三角鎖(網)，在貴州省境內的點遭受了各種自然和人為因素的破壞，已不能滿足貴州省的國民經濟建設需求。為此，應用GPS技術建立新一代高精度的控制網，同時聯測部分舊的一、二、三等三角點和水準點，以更新改造原有GPS網點。其主要目的是將國家空間坐標基準框架建設與地方測繪基礎控制網建設以及精化區域大地水平面工作相結合，建立與全國高精密的三維地心坐標框架(A、B級GPS網)相一致的三維地心坐標系統及全國統一的平面基本控制網，實現對現有平面基礎控制點的改造，確定現有平面基礎控制網與全國平面基本控制網之間的坐標轉換參數，為國民經濟建設提供及時、可靠的地理信息數據和技術標準，從而為貴州省高速發展交通建設和“數字城市”、“數字貴州”建設提供統一的數據平臺，滿足貴州省經濟發展和基礎地理信息系統建設的需要。

二、項目概況、內容、要求及實施過程

1．貴州GPS網概況

貴州省位于東經 103°25'～ 109°45'、北緯24°37'～29°13'之間，東靠湖南，南鄰廣西，西接云南，北連四川和重慶，東西長約595 km，南北相距約509 km。貴州GPS網由812點組成，覆蓋面積達176 167 km2。最長邊為198．6 km，最短邊為0．1 km，大部分在0．1～48．4 km之間，平均邊長為16．8 km(由于貴州地處山區，交通不便，所以C級網的平均邊長超過規范規定的15 km)。

2．項目內容

將原有貴州省C級GPS網進行擴測，同時對E級GPS點加密。內容包括原A、B級GPS網點，總參一、二級點，周邊的地殼運動觀測網絡工程點，Ⅰ、Ⅱ等國家三角點，可利用的一、二等水準點，2000國家GPS控制網點，新埋設的C級GPS點，原來E級點和陸態網點等，共計812點。

3．基本精度要求

基線結果的評價通常以基線的誤差來衡量，GPS網相鄰點間弦長精度按《全球定位系統(GPS)測量規范》(GB/T 18314—2001)規定執行，即

式中，σ為標準差;a為固定誤差;b為比例誤差系數;d為相鄰點間距離。對于C級網，a≤10mm，b≤5mm。

對現有貴州GPS網中符合觀測條件要求的舊點均加以利用，點名、點號的編制如表1所示。

表1 GPS點

4．外業施測

貴州省GPS測量控制網外業數據采集工作使用15臺型號分別為中海達5800、中海達6000、中海達V8和佳瓦特的雙頻GPS接收機進行同步觀測，并在測區內進行基線解算和檢核工作。數據的后處理采用軟件GPSADJ4．0對GPS網進行三維無約束平差，以檢查它們的內符合精度。

外業數據采集整理情況如表2所示，整理后采用的外業觀測點如表3所示。

表2 外業數據采集整理情況

表3 擬采用外業觀測點

三、GPS網數據處理與分析

本文采用美國麻省理工學院的GAMIT/GLOBK軟件進行“逐級控制”的數據處理。以國家GPS連續運行站及2000國家大地控制點為基準，采用精密星歷或廣播星歷，首先進行GPS B級網點的數據處理，然后進行GPSC級網點、E級網點的數據處理。

1．GPS網數據整理

主要包括各種外業觀測數據和其他已有數據的收集整理、粗差剔除、實測數據精度估算與統計分析及質量評估。

2．數據預處理

主要包括4項內容：① GPS衛星軌道方程的標準化;②時鐘多項式的擬合;③初始整周模糊度的預估和整周跳變的發現和修復;④觀測值的標準化：將觀測值文件、星歷文件、測站控制信息文件統一使用標準格式，以便用統一的后處理軟件進行數據處理。

依據外業觀測手簿，將同一天的觀測資料放在一起進行檢查與整理，以GPS年積日為單位整理觀測數據，并將原始觀測數據轉換為RINEX格式數據，統一編點號，準備天線相位中心改正表。之后由GAMIT軟件按照天線類型、天線高，統一將觀測值歸算至標石標志面。

3．采用基準

采用坐標系包括WGS-84大地坐標系、2000國家大地坐標系、1980西安大地坐標系以及1954北京坐標系;高程基準為1985國家高程基準;時間系統為北京時間。

4．GPS 基線解算

首先基于2000國家大地坐標系獲取先驗坐標，設置主要參數，進行均方根殘差Nrms統計;然后進行重復基線統計，A、B級GPS網同一基線不同時段的較差應滿足限差要求，其限差按式(1)計算。

基線精度處理后應計算基線的Δx分量、Δy分量、Δz分量及邊長的重復性，重復性定義為

貴州GPS控制網C級網重復基線較差統計如表4所示。

表4 C級網重復基線較差統計

計算結果說明，貴州省GPS控制網的基線向量不含明顯粗差，外業觀測數據重復基線較差主要分布在至限差內，同步環閉合差、異步環閉合差均滿足《全球定位系統(GPS)測量規范》(GB/T 18314—2009)的要求。

5．數據檢驗

根據GAMIT基線解算結果，對整網的全部基線結果進行了χ2檢驗，資料全部通過檢驗，參與平差。

6．GPS網平差計算

采用與GAMIT配套的綜合平差軟件GLOBK，首先對每年觀測的整網進行無約束平差;然后以A、B級GPS點為起算點，在2000國家大地坐標系相應橢球上進行三維約束平差處理;通過粗差分析和方差分量因子分析，提高全網的平差精度，獲得全網統一的2000網、WGS-84坐標系的最后成果。平差精度如表5所示。

表5 平差精度mm

以上平差結果表明，此網內、外符合精度較好。

7．GPS基線向量網的坐標系統轉換

為使最終GPS觀測的WGS-84系統的基線向量能與地面網成果兼容一致，并在地面網所屬框架內進行GPS網的約束平差，必須把GPS基線向量的方差陣轉到高斯平面上。轉換過程分兩步：首先將GPS基線向量在空間直角坐標系上的方差陣轉換到大地坐標系上來;然后將大地坐標系上的方差陣轉換到高斯平面直角坐標系上，獲得1954北京坐標系、1980西安坐標系成果。

8．GPS點的海拔高程的確定

為了滿足GPS網的高程精度，必須聯測足夠數量的水準點。根據貴州省GPS網中提供的部分水準點，選擇均勻分布重合一定數量的一、二等水準點。利用這些點的海拔高程和其GPS大地高求出它們的高程異常，進而擬合出整個測區的高程異常，并確定其余GPS點的海拔高程(基于1985國家高程基準)。

四、結果分析

經過上述數據處理，結果表明貴州省B、C級GPS網在2000國家大地坐標系下的精度都達到了設計和規范的要求。貴州省野外觀測大部分設站兩次以上，每點均不少于3條邊聯結，每個環長不超過6條基線邊，網形結構較強，采用快速靜態型(標稱精度為1mm+1×10-6D)雙頻GPS接收機，符合GPS網的布設方案和原則。經過多種方法檢驗，得出如下結論：全國80系向2000系轉換的大地坐標改正量的內、外符合精度全部優于±0．2m，高程的精度一般在±0．2m以內，完全能滿足GPS測量規范和城市測量規范的要求。貴州省GPS網的內、外業精度整體是良好的。

五、結束語

建立我國GPS空間網是我國未來測繪事業發展的一項重要的基礎性工作。從技術角度看，該項目的意義在于采用先進技術檢核貴州GPS網內、外符合精度和高程精度的準確性，建立和維持我國的三維地心坐標框架，精化我國的大地水準面，加強并檢核我國天文大地網，開展地殼運動監測和地球動力學研究等。它的建立還將促進我國測繪地理空間信息的超前發展。

[1]李渝．貴州省C級GPS網觀測技術設計方案的探討[J]．中國新技術新產品，2010(5)：16-17．

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[6]國家測繪局．GB/T 12897—2006國家一、二等水準測量規范[S]．北京：中國標準出版社，2006．

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