大連市B級(jí)GPS框架網(wǎng)建設(shè)

汪淼

摘 要：大連市B級(jí)GPS框架網(wǎng)的建設(shè)涉及GPS網(wǎng)的布設(shè)、GPS數(shù)據(jù)處理和坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，其中GPS網(wǎng)的布設(shè)需要大量的外業(yè)作業(yè)組織實(shí)施、GPS儀器檢定、觀測(cè)點(diǎn)的埋設(shè)、觀測(cè)方法及觀測(cè)技術(shù)指標(biāo)的確立及觀測(cè)質(zhì)量的檢查工作，是數(shù)據(jù)處理和分析的基礎(chǔ)，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)對(duì)完善城市基礎(chǔ)數(shù)據(jù)意義重大。

關(guān)鍵詞：B級(jí)GPS框架網(wǎng) 數(shù)據(jù)處理 坐標(biāo)轉(zhuǎn)換

中圖分類號(hào)：P228 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2016）02（c）-0018-02

大連市位于遼東半島最南端，是我國(guó)北方重要的港口、貿(mào)易、工業(yè)和旅游城市，地理位置獨(dú)特，具有重要的戰(zhàn)略地位。隨著城市化進(jìn)程的加快，土地的有效使用依賴于統(tǒng)一的高精度測(cè)繪基礎(chǔ)資料，然而大連市原有控制網(wǎng)存在以下問(wèn)題：（1）覆蓋范圍小，等級(jí)較低。20世紀(jì)60、70年代前控制網(wǎng)覆蓋，主要是當(dāng)時(shí)國(guó)家建設(shè)三角點(diǎn)和水準(zhǔn)點(diǎn)，市級(jí)控制網(wǎng)精度較低。2002年框架網(wǎng)覆蓋范圍，由GPS四等點(diǎn)和城市一級(jí)GPS導(dǎo)線點(diǎn)構(gòu)成；（2）控制點(diǎn)損毀、丟失嚴(yán)重；（3）多套坐標(biāo)系統(tǒng)并存，數(shù)據(jù)無(wú)法共享。有1980西安坐標(biāo)系，1954年北京坐標(biāo)系，大連城建坐標(biāo)。鑒于大連市原有控制網(wǎng)狀況，已經(jīng)嚴(yán)重滯后于大連城市建設(shè)以及數(shù)字城市建設(shè)發(fā)展的需求，必須加快其發(fā)展建設(shè)[1]。

1 GPS網(wǎng)的布設(shè)

1.1 外業(yè)作業(yè)組織實(shí)施

外業(yè)作業(yè)組織實(shí)施，需要考慮人員、設(shè)備、質(zhì)量控制及組織實(shí)施和完成情況。其中，人員組織和設(shè)備配置都需要考慮B級(jí)GPS框架網(wǎng)點(diǎn)選埋和網(wǎng)點(diǎn)聯(lián)測(cè)，質(zhì)量控制需要依據(jù)質(zhì)量保證標(biāo)準(zhǔn)制定嚴(yán)格的保障措施，在組織實(shí)施時(shí)，需要做好充足準(zhǔn)備。

1.2 GPS儀器檢定情況

按照《全球定位系統(tǒng)（GPS）測(cè)量型接收機(jī)檢定規(guī)程》（CH 8016-95）的要求，對(duì)參加該次B級(jí)GPS框架網(wǎng)觀測(cè)的儀器進(jìn)行檢驗(yàn)工作。檢驗(yàn)項(xiàng)目包括GPS儀器的一般項(xiàng)目檢驗(yàn)；零基線檢驗(yàn)；天線相位中心穩(wěn)定性檢驗(yàn)；短基線檢驗(yàn)；長(zhǎng)基線對(duì)比觀測(cè)。對(duì)于儀器配置需要根據(jù)接收S/N或P/N號(hào)，接收機(jī)機(jī)型號(hào)，天線S/N號(hào)，天線型號(hào)及天線P/N號(hào)來(lái)考察其配置情況。通過(guò)比較測(cè)前和測(cè)后的零基線、天線相位中心、短基線的最大較差、最小較差及限差來(lái)評(píng)定GPS接收機(jī)和天線的準(zhǔn)確性。

1.3 選埋情況

B級(jí)GPS框架網(wǎng)點(diǎn)選點(diǎn)的基本原則如下：B級(jí)GPS框架網(wǎng)點(diǎn)金州以南地區(qū)按經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)布點(diǎn)，點(diǎn)位密度較大；金州以北地區(qū)按經(jīng)濟(jì)一般地區(qū)布點(diǎn)，點(diǎn)位密度相對(duì)較疏。所選點(diǎn)位應(yīng)同時(shí)滿足GPS觀測(cè)和水準(zhǔn)聯(lián)測(cè)條件；B級(jí)GPS框架網(wǎng)點(diǎn)應(yīng)盡量選在擬建的一、二等水準(zhǔn)路線結(jié)點(diǎn)處；置于水準(zhǔn)路線中的B級(jí)GPS框架網(wǎng)點(diǎn)位亦應(yīng)選建在基巖上，且點(diǎn)位便于長(zhǎng)期保護(hù)；點(diǎn)位所占用的土地，應(yīng)得到土地使用者或管理者的同意。

1.4 觀測(cè)方法及技術(shù)指標(biāo)

GPS觀測(cè)主要分為B級(jí)GPS框架觀測(cè)、B級(jí)GPS框架網(wǎng)點(diǎn)與大地點(diǎn)（三角點(diǎn)）聯(lián)測(cè)、B級(jí)GPS框架網(wǎng)點(diǎn)與2000國(guó)家GPS大地控制網(wǎng)。對(duì)于B級(jí)GPS框架網(wǎng)觀測(cè)，需要遵照基本技術(shù)要求等來(lái)進(jìn)行測(cè)量，詳見(jiàn)圖1。對(duì)于大地點(diǎn)（三角點(diǎn)）聯(lián)測(cè)運(yùn)用點(diǎn)名、四位代碼、概略緯度和概略經(jīng)度與B級(jí)GPS框架網(wǎng)點(diǎn)進(jìn)行聯(lián)測(cè)。對(duì)于2000國(guó)家GPS大地控制網(wǎng)通過(guò)點(diǎn)名、點(diǎn)號(hào)、概略緯度和概略經(jīng)度與B級(jí)GPS框架網(wǎng)點(diǎn)聯(lián)測(cè)。

2 GPS數(shù)據(jù)處理

該次數(shù)據(jù)處理基線解算與網(wǎng)平差軟件采用美國(guó)麻省理工學(xué)院和Scripps研究所共同研制的GAMIT/GLOBK軟件。采用Bernese5.0軟件進(jìn)行檢核。對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理時(shí)，依據(jù)外業(yè)觀測(cè)手簿，將同一天的觀測(cè)數(shù)據(jù)放在一起，數(shù)據(jù)格式為rinex格式，并檢查點(diǎn)名一致性與正確性；接收機(jī)與天線型號(hào)的正確性；天線高的正確性；年積日的一致性[2]。使用隨機(jī)軟件標(biāo)準(zhǔn)化，形成觀測(cè)數(shù)據(jù)文件SITEDAYS.YYO和廣播星歷文件SITEDAYS.YYN，其中SITE為點(diǎn)位編碼，DAY為年積日，S為觀測(cè)時(shí)段號(hào)，YY為觀測(cè)年號(hào)，O為觀測(cè)數(shù)據(jù)，N為廣播星歷。按照天線結(jié)構(gòu)，天線高統(tǒng)一采用觀測(cè)值歸算。在基線解算時(shí)由GAMIT軟件自動(dòng)計(jì)算天線相位中心位置，歸算至標(biāo)石標(biāo)志面。主要參數(shù)設(shè)置如下：（1）衛(wèi)星軌道：IGS精密星歷，且固定；（2）衛(wèi)星截至高度角：10°；（3）數(shù)據(jù)采樣間隔：30 s；（4）對(duì)流層改正模型：采用Saastamoinen模型進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)氣象改正；（5）觀測(cè)值：采用消除電離層后的組合觀測(cè)值；（6）數(shù)據(jù)解算模式：周跳自動(dòng)修復(fù)技術(shù)。以GPS Day（年積日）為單位，進(jìn)行基線解算。在GPS網(wǎng)平差之前，進(jìn)行重合點(diǎn)分析工作，是制定科學(xué)合理的平差方案的前提。對(duì)整網(wǎng)的全部基線結(jié)果進(jìn)行了檢驗(yàn)，檢驗(yàn)值均<2。數(shù)據(jù)全部通過(guò)檢驗(yàn)，參與平差。采用逐級(jí)控制的原則進(jìn)行平差計(jì)算。對(duì)平差后的大連市GPS B級(jí)網(wǎng)框架網(wǎng)進(jìn)行坐標(biāo)精度統(tǒng)計(jì)。采用Bernese5.0進(jìn)行測(cè)量精度核算，發(fā)現(xiàn)B級(jí)網(wǎng)X方向的精度優(yōu)于±0.4 mm，Y方向的精度優(yōu)于±0.6 mm，Z方向精度由于±0.6 mm。GPS數(shù)據(jù)處理技術(shù)路線見(jiàn)圖2。

3 坐標(biāo)轉(zhuǎn)換

通過(guò)GLOBK軟件整體平差，獲得的是各GPS點(diǎn)基于WGS-84坐標(biāo)系下的三維地心坐標(biāo)成果，而實(shí)際工作中經(jīng)常使用的是各GPS點(diǎn)基于1980西安坐標(biāo)系的坐標(biāo)、1954年北京坐標(biāo)系或地方獨(dú)立坐標(biāo)系[3]。因此，該項(xiàng)目必須通過(guò)轉(zhuǎn)換，獲得各GPS點(diǎn)的1980西安坐標(biāo)系的坐標(biāo)成果、1954年北京坐標(biāo)系及大連市獨(dú)立坐標(biāo)系統(tǒng)。

坐標(biāo)轉(zhuǎn)換主要是利用兩種坐標(biāo)系的重合點(diǎn)，采用坐標(biāo)轉(zhuǎn)換模型，通過(guò)轉(zhuǎn)換方法得到相應(yīng)坐標(biāo)系的坐標(biāo)。根據(jù)GPS 網(wǎng)與三角的重合情況，使用二維或三維坐標(biāo)轉(zhuǎn)換模型求得坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)，再根據(jù)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)求得GPS點(diǎn)相應(yīng)的1980西安坐標(biāo)系坐標(biāo)，1954年北京坐標(biāo)系坐標(biāo)及大連市獨(dú)立坐標(biāo)系統(tǒng)。

4 結(jié)語(yǔ)

大連市現(xiàn)代測(cè)繪基準(zhǔn)體系采用國(guó)內(nèi)外先進(jìn)、嚴(yán)密、科學(xué)、實(shí)用的大地測(cè)量理論、方法和模型，完成城市高精度三維空間基準(zhǔn)建設(shè)的城市。

（1）采用采用兩套國(guó)際上先進(jìn)的高精度的GPS數(shù)據(jù)處理軟件（GAMIT/GLOBKE，BERNESE）對(duì)GPS控制網(wǎng)數(shù)據(jù)處理結(jié)果進(jìn)行對(duì)算，保證了成果的正確性和可靠性。

（2）構(gòu)建了城市多套現(xiàn)行坐標(biāo)系統(tǒng)與2000國(guó)家大地坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換關(guān)系，為城市已有地理信息數(shù)據(jù)向國(guó)家坐標(biāo)系統(tǒng)、及城市新坐標(biāo)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換提供了方便、快捷的途徑，促進(jìn)了城市2000國(guó)家大地坐標(biāo)系統(tǒng)的推廣和應(yīng)用。

（3）該項(xiàng)目通過(guò)科學(xué)的設(shè)計(jì)、精心的施測(cè)和嚴(yán)密的數(shù)據(jù)處理，取得了高精度的城市三維空間基準(zhǔn)成果，保證了近海城市相當(dāng)長(zhǎng)一段時(shí)間的基準(zhǔn)問(wèn)題。該項(xiàng)目的完成對(duì)今后類似城市開(kāi)展現(xiàn)代測(cè)繪基準(zhǔn)體系建設(shè)具有示范和借鑒作用。

參考文獻(xiàn)

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