利用CGO分析處理GPS工程控制網的研究與實踐

周命端，覃發超，楊玉忠，陳 誠，李國鴻

(1．北京建筑大學測繪與城市空間信息學院，北京100044;2．現代城市測繪國家測繪地理信息局重點實驗室，北京100044;3．西華師范大學國土資源學院，四川 南充637002;4．南充市國土資源局，四川 南充637002;5．北京航天勘察設計研究院有限公司，北京100070)

一、引 言

利用GPS的現代測量技術和方法，改變了傳統的測量模式，使測量外業工作自動化程度大大提高，使測量內業數據處理軟件的作用更加重要。為了滿足工程測量單位對GPS數據處理的要求，國內外相關機構單位開發了多種GPS數據處理軟件，使測量內業數據處理工作更加高效、精確［1-2］。

本文在介紹華測CGO軟件數據分析流程的基礎上，結合某區農村集體土地大比例尺圖實測和確權登記發證項目控制測繪工作所建立的D級GPS工程控制網，探討CGO軟件分析處理GPS工程控制網的過程和方法，最終得到所需控制點的平差坐標和高程擬合值，并將CGO二維網平差結果、高程擬合結果與CosaGPS平差結果、高程擬合結果分別作比對分析，驗證CGO軟件的網平差和高程擬合模塊的應用效能，為工程應用提供參考和借鑒。

二、CGO軟件數據分析流程

1．CGO軟件功能

隨機軟件CHC Geomatics Office(簡稱CGO)是上海華測導航技術有限公司完全自主研發的第二代全功能GNSS數據后處理軟件。該軟件采用全新的數據解算引擎，具有高效的解算引擎，優越的自動化及長時間解算，自由組合的GPS、GLONASS、BDS多衛星定位系統數據解算模式，靜態、快速靜態和動態后處理(PPK)等多種作業方式。可兼容天寶、科傻基線解算文件，具有精密星歷SP3下載與處理模塊，符合國家最新GPS控制測量規范、國內外多種NGS天線認證與實現自動化識別，多種報告輸出(平差處理報告、基線處理報告、網圖報告、閉合環報告、項目總結報告等)，擁有自主配置的平差檢驗報告，符合國際化、行業化標準、全新的坐標轉換和RINEX轉換模塊，精細的操作日志記錄(提供相鄰點間的基線解算水平和垂直精度)，實時了解當前操作與后期回放等多種先進的功能模塊，是將來工程應用的主流GNSS數據后處理軟件，CGO軟件主界面如圖1所示。

圖1 CGO軟件主界面圖

2．數據處理流程

利用CGO軟件分析處理GPS工程控制網的主要數據處理流程包括預處理、基線解算和網平差，數據處理流程如圖2所示。

三、應用實例

為切實做好某區農村集體土地大比例尺圖實測和確權登記發證項目控制測繪工作，建立了近90個控制點的D級GPS工程控制網，按要求全覆蓋該區1028 km2用于基礎測繪骨干控制。外業測量數據采集調配7臺Trimble GPS接收機，共25個時段，形成432條基線，經數據分析與質量檢核獲得合格基線429條，所形成的GPS控制網形如圖3所示。

圖2 CGO軟件數據處理流程圖

1．基線處理與精度分析

對于短基線(10～15 km以下)的GPS工程控制網的數據處理，GPS接收機的隨機軟件解算基線向量可以獲得較高的精度［3-4］。本文利用華測公司GPS接收機隨機CGO軟件分析處理GPS數據，基線處理與分析策略見表1。

圖3 某D級GPS工程控制網形圖

利用CGO分析處理GPS基線向量的方法流程為:①將所有GPS原始數據(*．T01格式)導入到CGO軟件里，如圖1所示，根據外業測量觀測手簿將量測天線高改化至天線的參考點DHARP(一般指天線座底部)，并根據實際使用的GPS接收機設備配置天線廠商和天線類型;②根據表1的基線處理與分析策略進行GPS基線向量的預處理工作，簡記原始預處理，再利用基線殘差數據圖對每條基線向量進行人工干預(依據基線RMS＜0．02 m屏蔽部分衛星的粗差GPS數據)后再進行基線精處理，將基線向量解算精度控制在Ratio＞3且RMS＜0．02 m，這個過程簡記人工干預精處理;③依據《全球定位系統(GPS)測量規范》(GB/T 18314—2009)［5］或技術設計書的要求，從重復基線較差檢核、環閉合差檢核進行GPS基線處理的質量控制;④剔除不合格基線向量后建議將合格基線向量及方差-協方差陣信息導出成天寶基線數據交換格式文件(*．ASC)。

表1 基線處理與分析策略表

根據CGO基線解算方法流程，為評估分析基線解算的實際精度情況，本文從整周模糊度搜索方法［6］(LAMBDA)的Ratio值和基線殘差RMS值兩個角度來比對分析原始預處理與人工干預精處理的基線向量精化處理程度，其中，Ratio值增變程度如圖4所示，基線殘差RMS精化程度如圖5所示。值得說明的是在人工干預精處理過程中，因基線號為B195、B277和B430的3條基線被精化后的基線本身精度過低而影響異步環檢核超限而被剔除。

圖4 整周模糊度搜索Ratio值增變圖

圖5 基線解算RMS分析

從圖4可以看出，基線解算過程中采用LAMBDA模糊度搜索方法，對于人工干預后的基線精處理獲得的Ratio值95%以上基線高于原始預處理，其中基線B83的增變效果最明顯，從1．9增變至99．9;剔除3條不合格基線后的429條合格基線Ratio平均值從16．6增變到31．2。

從圖5可以看出，利用基線殘差數據圖進行人工干預精處理解算基線向量，獲得的基線殘差RMS值99%以上基線高于原始預處理，其中基線B407的精化效果最明顯，從0．038 4 m精化到0．015 3 m。剔除3條不合格基線后的429條合格基線RMS平均值從0．015 1 m精化到0．012 5 m。

2．網平差與效能分析

通過GPS基線向量人工干預精處理之后，獲得了429條合格的基線向量及方差-協方差陣信息，可以用于后續的CGO網平差處理與效能分析。

在GPS網平差處理過程中，利用CGO軟件分析處理WGS-84坐標系下的三維自由網平差，可以選擇秩虧自由網平差或固定任一點模式。在某平面坐標系下的二維約束平差過程中，CGO提供了平移旋轉縮放模式實現面向坐標轉換的約束平差功能，而GPS高程擬合選用平面擬合法。

為分析利用CGO軟件網平差功能處理GPS網平差的實際精度，本文從工程應用所要求的某平面坐標系下的二維約束平差所獲得的最弱邊長相對中誤差為1/1 045 597，平面點位坐標在x方向、y方向和點位3方面進行精度統計分析，如圖6所示。

圖6 CGO二維平差點位精度統計分析

從圖6可以看出，CGO網平差處理所獲得的平面坐標的中誤差在x方向上最弱的點為P12，優于5 mm;在y方向上最弱的點為P12，優于5 mm;最弱點位是P12，優于6．5 mm。

為正確評估CGO網平差處理及高程擬合功能的應用效能，本文將CGO網平差處理所獲得二維約束結果、GPS高程擬合結果(簡記手段一結果)與武漢大學測繪學院研制的商用軟件CosaGPSV5．21［8］網平差(二維約束平差)結果、高程擬合(平面模型)結果(簡記手段二結果)進行對比分析。分別從平面點位坐標(x，y)、高程擬合結果h 3方面進行作差比較(CGO結果-CosaGPS結果)，其較差如圖7所示。

圖7 兩種手段在平面坐標與高程方向上的較差

從圖7可以看出，兩種手段所獲得平面坐標(x、y和h)3個方向上的較差在誤差允許的范圍之內，在x方向上的最大較差為6．8 mm，平均較差值為1．9 mm;在y方向上的最大較差為6．4 mm，平均較差值為0．5 mm;在h方向上的最大較差為1．1 mm，平均較差值為0．03 mm。

另外，從兩種手段所獲得的平面坐標(x，y)的中誤差精度指標分析，其比較圖如圖8所示。

圖8 兩種手段在平面坐標(x，y)中誤差的比較圖

從圖8可以看出，兩種手段在平面坐標(x，y)中誤差的比較差別都很小，這種差別可以忽略不計。從圖7和圖8的分析表明:CGO軟件的網平差和高程擬合模塊的應用效能是行之有效的。

四、結束語

本文結合某區農村集體土地大比例尺圖實測和確權登記發證項目控制測繪工作所建立的D級GPS工程控制網的觀測資料，探討了華測CGO軟件在GPS工程控制網數據處理中的應用效能，獲得了平面點位精度在x方向上優于5 mm，y方向上優于5 mm，點位中誤差優于6．5 mm，最弱邊長相對中誤差為1/1 045 597的良好結果;并將CGO二維網平差結果、高程擬合結果與CosaGPS平差結果、高程擬合結果分別作比對，在誤差允許的范圍內驗證了CGO軟件的網平差和高程擬合模塊的應用效能，獲得了較高的精度，可為工程應用提供參考和借鑒。

［1］ 劉基余．GPS衛星導航定位原理與方法［M］．北京:科學出版社，2003

［2］ 李征航，黃勁松．GPS測量與數據處理［M］．2版．武漢:武漢大學出版社，2010．

［3］ 盧獻健，任超．GPS數據處理科研軟件與商業軟件對比分析［J］．全球定位系統，2007(5):29-32．

［4］ 宋中華，周命端，張玉生，等．GPS工程測量網數據處理與質量評估方法研究［J］．測繪工程，2011，20(4):22-25．

［5］ 中國標準出版社．GB/T 18314—2009全球定位系統(GPS)測量規范［S］．北京:中國標準出版社，2009．

［6］ Tun P J G．The Least-squares Ambiguity Decorrelation Adjustment:a Method for Fast GPS Integer Ambiguity Estimation［J］．Journal of Geodesy，1995，70(1-2):65-82．

［7］ 郭際明，羅年學，周命端，等．工程控制網數據處理理論、方法與軟件設計［M］．武漢:武漢大學出版社，2012．