貴安新區高精度GNSS控制網建立

馬亶佑 李仕維

摘要：貴安新區成立之后，城市測繪工作存在控制點分布不均、成果可靠性和現勢性較差等問題，急需建立高精度的基礎控制網。本文主要介紹了貴安新區GNSS控制網的布設、觀測、數據處理以及成果精度等。

關鍵詞：貴安新區；GNSS控制網；數據處理；網平差

貴安新區是2014年新設立的國家級新區，位于貴州省中部，貴陽市和安順市結合部。自新區設立以來，尚未建立城市的基礎控制網。同時由于貴陽市和安順市原有基礎控制成果采用經典大地測量的手段而建立的，基本局限于兩市的主城區，而位于兩市結合部的貴安新區的基礎控制成果不足，其精度、密度、現勢性等已無法滿足城鄉規劃和建設的需求，迫切需要建立覆蓋新區的高精度基礎控制網。

1GNSS控制網布設、觀測

貴安新區高精度GNSS控制網通過框架網、GNSSC級控制網實現。貴安新區框架網建立，利用貴安新區范圍內的國家GNSS大地控制點（5921（安順）、5944（貴陽）、JB25（花溪））以及貴陽CORS網（7個站點）組網形成覆蓋貴陽市和貴安新區的城市框架網，獲得高精度的CGCS2000地心坐標。網形見圖1。GNSSC級控制網的建立應與城市高程系統的建設統籌考慮，兼顧未來似大地水準面精華的需求，均勻布設成GNSS水準網，共布設33點，平均間距為8～12km。同時為了有效銜接貴陽市、安順市GNSS控制網，聯測了安順市首級控制網以及貴陽市2013年的3個GNSS觀測環，網形見圖2。

貴安新區框架網按照GNSSB級網的要求觀測，同時聯測國家IGS跟蹤站。GNSSC級網按照同步環、以邊連式和網連式進行觀測。采用TEQC軟件進行數據質量檢查，其中觀測衛星總數最大為31、最小為15；數據可利用率最大為100%、最小為79%；L1、L2頻率的多路徑效應影響最大為0.53、最小為021。由此可見數據質量完全滿足規范要求。

2GNSS控制網數據處理

2.1基線處理及檢核

2.1.1基線處理

基線處理采用GAMIT軟件，分兩步進行，首先是框架網的基線處理，其次是C級網的基線處理。框架網基線處理以同步時段為單位進行，采用精密星歷、ITRF97框架、2000.0歷元。由于基線解算中起算點（基準站）的精度將影響基線的精度，故框架網基線處理引入IGS跟蹤站（BJFS、WUHN、LHAZ、URUM、KUNM等），并作為GNSS控制網的基準。采用的截止高度角為15度，歷元間隔為30秒。GNSSC級網的基線處理方案基本同框架網的方案，不同在于其起算坐標采用貴陽CORS站點坐標，歷元間隔為10秒。

2.1.2基線檢核

（1）重復基線重復性。各時段向量的重復性反映了基線解的內部精度，是衡量基線解質量的一個重要指標。重復精度采用σ=a+bl表示，其中σ為分量的中誤差，a為分量的固定誤差（mm），b為相對誤差（108），l為分量的長度。框架網有153組重復基線（包括全球站），GNSSC級網有348組重復基線。檢核結果見表1，從表可知，基線處理的精度滿足了規范的要求。

（2）同步環閉合差。同步環閉合差反映的是一個同步環數據質量的好壞。由于GAMIT軟件采用的是網解（即全組合解），其同步環閉合差在基線解算時已經進行了分配。對于GAMIT軟件基線解的同步環檢核，可以把解的nrms值作為同步環質量好壞的一個指標，一般要求nrms值小于0.5。框架網計算了11個同步時段，全部nrms值均小于0.2，最大的為01976。GNSSC級網計算了33個同步時段，全部nrms值均小于0.3，最大的為0.2262。這說明GNSS控制網的整體外業觀測質量較高，基線解的精度較好。

（3）異步環閉合差。異步環閉合差反映的是整個GNSS控制網的外業觀測質量和基線解算質量的可靠性。GNSS框架網，共檢核由平差所用的獨立基線構成的最簡異步環138個，所有的異步環閉合差都小于國家規范的要求。其中，相對異步環閉合差最大為0.007m（限差0.080m），其相對精度為0242ppm；絕對異步環閉合差最大為0.020m（限差9.479m），其相對精度為0.006ppm。GNSSC級網，共檢核由平差所用的獨立基線構成的最簡異步環149個，所有的異步環閉合差都小于GNSS規范的要求。其中，相對異步環閉合差最大為0.003m（限差0.037m），其相對精度為1.695ppm；絕對異步環閉合差最大為0.018m（限差0.481m），其相對精度為0.516ppm。由此可見，所有的異步環均滿足規范要求。

2.2GNSS網平差

網平差時采用各同步觀測網的獨立基線向量及其全協方差矩陣作為觀測量，使用武漢大學編制的POWERNET科研版軟件。其平差策略為選取貴陽CORS的坐標，以CGCS2000成果為基準，提供框架為ITRF97，歷元為2000.0的坐標成果，對整網進行聯合平差。聯合平差中，框架網參與平差的基線有155條，C級網參與平差的基線有212條。

2.2.1三維無約束平差

三維無約束平差的目的主要有以下三個方面：一是進行粗差分析，以發現觀測量中的粗差并消除其影響；二是調整觀測量的協方差分量因子，使其與實際精度相匹配；三是對整體網的內部精度進行檢驗和評估。三維無約束平差在CGCS2000坐標系下進行，其平差結果客觀地反映了整個GNSS網的內部符合精度。其中，X改正數最大為0.89cm、最小為1.24cm，Y改正數最大為1.29cm、最小為1.22cm，Z改正數最大為1.00cm、最小為—0.59cm，基線改正數最大為0.70cm、最小為1.11cm。這說明觀測質量較好，基線解的精度較高。

2.2.2三維約束平差

整體約束平差的目的是引入外部基準，其將所有獨立基線向量及其經調整后的協方差陣作為觀測量，平差可消除因星歷和網的傳遞誤差引起的整網在尺度和方向上的系統性偏差。CGCS2000坐標系下的網平差的起算基準為貴陽CORS站的CGCS2000坐標，約束平差后，GNSS控制網的平均相對精度為0.0394ppm，最弱邊相對精度為0.5026ppm；GNSS網中最弱點水平精度為0.0054m，大地高精度為0.0064m。整個GNSS控制網點位精度均優于1cm。CGCS2000坐標系下三維約束平差后，通過高斯投影可以獲取CGCS2000（中央經線105°）下的坐標。

2.2.3二維平差

GNSSC級網的二維平差采用POWERNET科研版軟件，分別在1954年北京坐標系、1980西安坐標系、貴陽城市獨立坐標系以及安順城市獨立坐標系下進行，平差結果見表2。

由表2可知，二維平差結果精度較高，符合規范要求，能夠滿足基礎測繪工作的需求。

2.3結果分析

對比分析聯測貴陽市3個GNSS觀測環的兩期成果，兩期平差成果的較差在3cm以內，說明控制網在精度上是一致的，表明貴安新區GNSS控制網和貴陽市GNSS控制網銜接較好。

3結論

本項目采用了嚴密的數據處理模型，綜合利用GNSS測量技術、精密數據處理技術，建立了貴安新區高精度GNSS控制網、在CGCS2000坐標系下的三維大地坐標基準，解決了貴安新區控制點分布不均、成果可靠性和現勢性較差等問題，能夠為今后基礎測繪基準的最終建立提供了科學的依據，能夠更為似大地水準面精化提供均勻、可靠和精確的數據，能夠滿足了貴安新區現階段基礎測繪、經濟建設和社會發展的需求。

參考文獻：

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作者簡介：馬亶佑（1986），男，碩士，工程師，注冊測繪師，主要從事測繪生產及管理工作。