“數(shù)字張家口”城市C級GPS控制網(wǎng)建立研究

景俊紅

（河北省第三測繪院，河北 石家莊 050031）

“數(shù)字張家口”城市C級GPS控制網(wǎng)建立研究

景俊紅

（河北省第三測繪院，河北 石家莊 050031）

為了保證該地理框架地理信息數(shù)據(jù)統(tǒng)一在唯一的大地基準(zhǔn)下。決定建立張家口市城市C級GPS三維大地控制網(wǎng)。

數(shù)字張家口；C級GPS控制網(wǎng)

為了提升張家口市城市現(xiàn)代化、信息化水平，促進(jìn)城市科學(xué)決策、精細(xì)管理、高效服務(wù)的能力。國家測繪地理信息局、河北省地理信息局和張家口市人民政府三方共同投入建設(shè)數(shù)字張家口地理空間框架建設(shè)項(xiàng)目，以滿足張家口市國民經(jīng)濟(jì)和社會信息化需求。

1 測區(qū)概況

本次張家口城市C級GPS控制網(wǎng)建立范圍為張家口市區(qū)、宣化建成區(qū)和下花園建成區(qū)約600平方公里范圍內(nèi)。地理位置為東經(jīng)：114°46～114°21，北緯：40°28～40°58，測區(qū)呈南北狹長帶狀，平均海拔高度約為700米。

2 準(zhǔn)備工作

2.1 儀器及軟件設(shè)備

根據(jù)項(xiàng)目的情況，投入雙頻華測T5GPS接收機(jī)8套，GPS接收機(jī)滿足：固定誤差a≤5mm；比例誤差系數(shù)b≤2 ppm。，車輛4臺，專業(yè)技術(shù)人員16人。數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查軟件2套（TEQC），基線解算軟件1套（TBC），平差軟件1套（POWERADJ）。

2.2 資料情況

河北省測繪測繪資料館提供的國家A級GPS控制點(diǎn)1個(gè)，B級GPS控制點(diǎn)2個(gè)，HEBCORS站點(diǎn)（崇禮，懷安，涿鹿）3個(gè)，作為本次C級GPS控制網(wǎng)測量的起算依據(jù)。

3 C級GPS控制網(wǎng)建立

3.1 測繪基準(zhǔn)

本次作業(yè)采用張家口市2000城市坐標(biāo)系。考慮到原有地理數(shù)據(jù)的規(guī)劃和轉(zhuǎn)換。同時(shí)建立2000國家大地坐標(biāo)系和1980西安坐標(biāo)系。

張家口市2000城市坐標(biāo)系，其定義如下：

采用CGCS2000參考橢球；中央經(jīng)線：115°00 00；高程投影面：700米；原點(diǎn)：以國家B級GPS控制點(diǎn)“張家口（1086）”為坐標(biāo)原點(diǎn)，定向：以“張家口（1086）”至國家B級GPS控制點(diǎn)“涿鹿（1098）”在國家2000大地坐標(biāo)系3°帶成果中的方位角為起始方位角。

高程基準(zhǔn)：1985國家高程基準(zhǔn)。

3.2 布網(wǎng)方案

測區(qū)布點(diǎn)密度，根據(jù)測區(qū)經(jīng)濟(jì)建設(shè)水平發(fā)展?fàn)顩r，交通和已知控制點(diǎn)分布情況開展布點(diǎn)工作，共布設(shè)了26個(gè)C級GPS控制點(diǎn)控制整個(gè)測區(qū)。相鄰點(diǎn)間平均距離15 km左右。網(wǎng)形設(shè)計(jì)見下圖：

3.3 埋石情況

26個(gè)C級GPS控制點(diǎn)點(diǎn)位選擇的條件：一是點(diǎn)位選在地基堅(jiān)實(shí)，交通方便適合GPS觀測并有利于長期保存的穩(wěn)定區(qū)域；二是點(diǎn)位遠(yuǎn)離大功率無線電發(fā)射源，遠(yuǎn)離高壓輸電線和微波無線電信號傳送通道。三是點(diǎn)位的埋設(shè)采用事先預(yù)制設(shè)計(jì)好上下混凝土標(biāo)石，標(biāo)石頂面中心設(shè)置不銹鋼中心標(biāo)志，并刻印“C級GPS點(diǎn)，市國土資源局”字樣。四是所有的C級點(diǎn)均在實(shí)地繪制點(diǎn)之記，每個(gè)控制點(diǎn)均進(jìn)行了取點(diǎn)名和編號工作。

4 C級GPS網(wǎng)的觀測

外業(yè)數(shù)據(jù)采集是建網(wǎng)的核心工作，其質(zhì)量對整個(gè)項(xiàng)目關(guān)系重大，本項(xiàng)目均按照高起點(diǎn)、高技術(shù)、高標(biāo)準(zhǔn)、高質(zhì)量的要求進(jìn)行外業(yè)數(shù)據(jù)觀測。控制網(wǎng)數(shù)據(jù)采集工作共采用8臺GPS接收機(jī)完成，觀測采用邊連式混合圖形連接相結(jié)合。在觀測網(wǎng)圖設(shè)計(jì)時(shí)，充分考慮到國家A、B級點(diǎn)和HEBCORS站點(diǎn)聯(lián)測。GPS觀測滿足表1技術(shù)要求：

表1

5 GPS網(wǎng)數(shù)據(jù)處理

第一，數(shù)據(jù)預(yù)處理

GPS接收機(jī)觀測數(shù)據(jù)，均采用隨機(jī)軟件轉(zhuǎn)化為統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)格式（RINEX）版本（V2.0），形成觀測數(shù)據(jù)文件：在原數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化過程中，保證了測站名、儀器高，天線改正模型的正確。并用TEQC軟件對外業(yè)數(shù)據(jù)進(jìn)行質(zhì)量的檢查，確保數(shù)據(jù)采集質(zhì)量。

第二，基線解算

基線解算采用美國TRIMBLE公司GPS數(shù)據(jù)處理商用軟件TBC，基線解算采用“測區(qū)觀測數(shù)據(jù)+星歷+數(shù)據(jù)處理軟件”，以獲取精確的基線解算結(jié)果。基線解算以同步觀測環(huán)為單位進(jìn)行基線解算，C級網(wǎng)基線解算星歷采用由IGS提供的精密星歷，測區(qū)所有基線均采用雙差固定解作為最終、最優(yōu)解參與平差計(jì)算。

第三，GPS網(wǎng)平差

按照要求，平差分別在2000國家大地坐標(biāo)系、1980西安坐標(biāo)系進(jìn)行。網(wǎng)平差軟件采用武漢大學(xué)開發(fā)的PowerAdj軟件。平差分別進(jìn)行了三維無約束平差，三維無約束平差的目的：一是進(jìn)行粗差分析，以發(fā)現(xiàn)觀測量中的粗差并消除其影響；二是調(diào)整觀測量的協(xié)方差分量因子，使其與實(shí)際精度相匹配；三是對整體網(wǎng)的內(nèi)部精度進(jìn)行檢驗(yàn)和評估。無約束平差中，基線向量的改正數(shù)（V△X、V△Y、V△Z）絕對值應(yīng)滿足下式要求：V△X≤3σ，V△Y≤3σ，V△Z≤3σ，σ為標(biāo)準(zhǔn)差。

三維約束平差則在2000國家大地坐標(biāo)系進(jìn)行，以國家A，B級控制點(diǎn)和HECORS站點(diǎn)成果為起算數(shù)據(jù)組合平差，采用不同的已知為約束數(shù)據(jù)進(jìn)行組合，以檢核已知點(diǎn)精度和兼容性，選出最佳的組合方案進(jìn)行最終數(shù)據(jù)平差。

二維約束平差以國家A，B級控制成果，在國家1980坐標(biāo)系下按高斯正射投影進(jìn)行，中央子午線值為114°，尺度比例尺為1。二維約束平差時(shí)，將GPS網(wǎng)的所有獨(dú)立基線向量及其經(jīng)調(diào)整后的協(xié)方差陣作為觀測量，平差時(shí)應(yīng)消除星歷和網(wǎng)的傳遞誤差引起的整網(wǎng)在尺度和方向上的系統(tǒng)性偏差。約束平差選用的已知起算控制點(diǎn)均勻分布在GPS級控制網(wǎng)中。

二維約束平差中，基線向量的改正數(shù)與剔除粗差后的無約束平差結(jié)果的同名基線相應(yīng)改正數(shù)的較差（dV△X、dV△Y、dV△Z）絕對值應(yīng)滿足下式要求：dV△X≤2σ，dV△Y≤2σ，dV△Z≤2σ。

張家口城市坐標(biāo)系成果由國家2000坐標(biāo)系成果按先投影后按數(shù)學(xué)模型轉(zhuǎn)換而得。

6 精度統(tǒng)計(jì)

表2 基線檢核

表3 網(wǎng)平差精度

a.2000國家大地坐標(biāo)系成果檢核表

b.1980西安坐標(biāo)系已知成果檢核表

表 4 已知成果檢核

點(diǎn)號備注0014 ZC14 ZC13已知成果X（m）…368.617…278.756…415.029 Y（m）…834.232…365.058…046.423平差成果X（m）…368.599…278.778…415.037 Y（m）…834.227…365.050…046.407點(diǎn)位較差（m）0.019 0.023 0.018 A級點(diǎn)舊C級點(diǎn)舊C級點(diǎn)

7 結(jié)論

本次數(shù)字張家口城市C級GPS控制網(wǎng)選點(diǎn)埋石點(diǎn)位布設(shè)合理，觀測網(wǎng)形設(shè)計(jì)合理，觀測嚴(yán)格按照技術(shù)設(shè)計(jì)要求，基線處理優(yōu)良，網(wǎng)平差模型合理，精度統(tǒng)計(jì)良好，滿足設(shè)計(jì)要求。

通過數(shù)字張家口城市C級GPS控制網(wǎng)成功的建立，對外界數(shù)據(jù)觀測、基線解算和網(wǎng)平差進(jìn)行了闡述。得出GPS建網(wǎng)高精度和靈活性等特點(diǎn)，總結(jié)了GPS技術(shù)應(yīng)用應(yīng)該注意的一些技術(shù)問題。同時(shí)通過對該項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)，為測繪院建設(shè)高等級GPS控制網(wǎng)任務(wù)探索出一條成熟技術(shù)思路，也為測繪院大規(guī)模開展數(shù)字城市建設(shè)提供可靠的技術(shù)服務(wù)保障。

P228.4

A

1671-0037（2014）03-60-2

景俊紅（1974-），女，工程師，研究方向：工程測量、數(shù)字化測圖的研究及應(yīng)用。