基于連續(xù)運(yùn)行基準(zhǔn)站的首級(jí)控制網(wǎng)改造數(shù)據(jù)處理

王林

(合肥市測(cè)繪設(shè)計(jì)研究院，安徽 合肥 230061)

1 引 言

合肥市首級(jí)控制網(wǎng)[1]由合肥CORS系統(tǒng)和似大地水準(zhǔn)面精化網(wǎng)組成，其中合肥CORS系統(tǒng)由5座基準(zhǔn)站組成，使用Topcon Odyssey-RS雙星接收機(jī)和CR-3扼流圈天線，于2007年建成并投入使用；似大地水準(zhǔn)面精化網(wǎng)于2009年建成，55個(gè)基本控制點(diǎn)按照C級(jí)網(wǎng)[2]布設(shè)并聯(lián)測(cè)二等水準(zhǔn)高程。

2011年合肥市行政區(qū)劃調(diào)整(如圖1)，目前合肥市首級(jí)平面控制網(wǎng)面臨覆蓋范圍不足、參考站接收機(jī)受周翻跳事件影響無(wú)法使用、部分參考站站址不適合繼續(xù)使用和基本控制點(diǎn)破壞嚴(yán)重等問題，升級(jí)改造勢(shì)在必行。升級(jí)改造的目標(biāo)是基于高等級(jí)GNSS基準(zhǔn)站網(wǎng)，使用衛(wèi)星定位技術(shù)建立覆蓋市域的城市首級(jí)平面控制網(wǎng)(簡(jiǎn)稱HFGNSS控制網(wǎng)，如圖1所示)，由全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)連續(xù)運(yùn)行基準(zhǔn)站網(wǎng)[3](HFGNSS基準(zhǔn)站網(wǎng))和基本控制網(wǎng)組成，其中HFGNSS基準(zhǔn)站網(wǎng)包括17座基準(zhǔn)站，基本控制網(wǎng)包括37個(gè)基本控制點(diǎn)，按照“一次布設(shè)，同步聯(lián)測(cè)，分級(jí)平差”的原則完成。

數(shù)據(jù)處理是控制網(wǎng)建設(shè)的核心環(huán)節(jié)，很多文獻(xiàn)進(jìn)行過探討，如文獻(xiàn)[4]探討框架網(wǎng)與基本網(wǎng)，文獻(xiàn)[5]探討基線重復(fù)性、文獻(xiàn)[6]探討基線解算質(zhì)量評(píng)價(jià)、文獻(xiàn)[7]探討分級(jí)平差精度、文獻(xiàn)[8]探討起算點(diǎn)影響、文獻(xiàn)[9]探討GAMIT與TBS混合基線平差算法分析、文獻(xiàn)[9]探討GAMIT在省級(jí)基準(zhǔn)站解算中的應(yīng)用。

圖1 HFGNSS控制網(wǎng)點(diǎn)位示意圖

2 數(shù)據(jù)處理過程

2.1 觀測(cè)數(shù)據(jù)整理與分析

(1)觀測(cè)數(shù)據(jù)概況

外業(yè)觀測(cè)采用基于連續(xù)運(yùn)行基準(zhǔn)站的模式進(jìn)行，主要指標(biāo)如表1所示。

HFGNSS控制網(wǎng)外業(yè)觀測(cè)一覽表 表1

(2)觀測(cè)數(shù)據(jù)預(yù)處理

標(biāo)準(zhǔn)化觀測(cè)數(shù)據(jù)文件SITEDAYS.YYO和導(dǎo)航電文文件SITEDAYS.YYN，將觀測(cè)數(shù)據(jù)按年積日及觀測(cè)時(shí)段整理為rinex格式，進(jìn)行正確性檢驗(yàn)，包括接收機(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、天線高的歸算、收集周邊國(guó)際和國(guó)家基準(zhǔn)站(如圖2所示)。

圖2 IGS站、國(guó)家站和HFGNSS控制網(wǎng)分布圖

(3)觀測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量分析

在數(shù)據(jù)質(zhì)量分析前，首先對(duì)開關(guān)機(jī)時(shí)間、時(shí)段長(zhǎng)度、連續(xù)性等指標(biāo)進(jìn)行檢查，剔除無(wú)效觀測(cè)時(shí)段，將短時(shí)間斷開的觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行合并。在此基礎(chǔ)上使用TEQC對(duì)觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行質(zhì)量檢查，包括數(shù)據(jù)有效利用率、多路徑效應(yīng)mp1和mp2等進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

①HFGNSS基準(zhǔn)站網(wǎng)觀測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量分析

對(duì)17座HFGNSS基準(zhǔn)站網(wǎng)觀測(cè)數(shù)據(jù)的有效利用率和多路徑效應(yīng)進(jìn)行分析統(tǒng)計(jì)(圖3)，可以看出各基準(zhǔn)站數(shù)據(jù)有效利用率大于95%的約占97.3%，各點(diǎn)多路徑效應(yīng)mp1值、mp2值均較小，其中mp1值小于 0.5 m的約占90.4%，mp2值小于 0.5 m的約占92.8%。

圖3 HFGNSS基準(zhǔn)站網(wǎng)觀測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量分析統(tǒng)計(jì)圖

②基本控制網(wǎng)觀測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量分析

對(duì)37個(gè)基本控制點(diǎn)觀測(cè)數(shù)據(jù)的有效利用率和多路徑效應(yīng)進(jìn)行分析統(tǒng)計(jì)(如圖4所示)，可以看出各點(diǎn)數(shù)據(jù)有效利用率大于90%的約占92.4%，各點(diǎn)多路徑效應(yīng)mp1值、mp2值均較小，其中mp1值小于 0.5 m的約占64.9%，mp2值小于 0.5 m的約占70.3%。經(jīng)核實(shí)，部分點(diǎn)由于自然環(huán)境因素如被樹木包圍或距離房屋、圍墻等物體較近等，從而導(dǎo)致其觀測(cè)數(shù)據(jù)的多路徑效應(yīng)mp1值、mp2值較大。

圖4 基本控制網(wǎng)觀測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量分析統(tǒng)計(jì)圖

2.2 起算基準(zhǔn)站分析

起算基準(zhǔn)站選取應(yīng)滿足：①連續(xù)性原則：測(cè)站在近3年連續(xù)觀測(cè)；②穩(wěn)定性原則：站點(diǎn)坐標(biāo)時(shí)序穩(wěn)定性好，坐標(biāo)成果變化小；③平衡性原則：站點(diǎn)盡量均勻分布。

(1)起算基準(zhǔn)站坐標(biāo)變化分析

利用收集的中國(guó)及附近區(qū)域的BJFS、DAEJ、WUHN、TWTF 4個(gè)IGS站數(shù)據(jù)作為已知點(diǎn)，解算起算基準(zhǔn)站AHBB、AHAQ、ZJJD、HAQS、JSLS的坐標(biāo)，將計(jì)算結(jié)果與2019年“現(xiàn)代測(cè)繪基準(zhǔn)維持與服務(wù)全國(guó)衛(wèi)星導(dǎo)航定位基準(zhǔn)站網(wǎng)平差”項(xiàng)目CGCS2000成果進(jìn)行比較(如表2)，可看出5個(gè)起算基準(zhǔn)站的坐標(biāo)變化量較小。

起算基準(zhǔn)站坐標(biāo)變化差異 表2

(2)起算基準(zhǔn)站時(shí)間序列分析

收集五個(gè)國(guó)家基準(zhǔn)站年積日162～192共31天的觀測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)起算基準(zhǔn)站進(jìn)行時(shí)間序列分析，從時(shí)間序列殘差圖可看出：選取的5個(gè)國(guó)家基準(zhǔn)站在N、E、U三個(gè)方向的穩(wěn)定度高，在平面上與垂直方向上變化量小，且無(wú)明顯的跳變。

綜合以上坐標(biāo)變化和時(shí)間序列分析可得，起算基準(zhǔn)站穩(wěn)定可靠且分布均勻。

2.3 基線解算

基線結(jié)算時(shí)先驗(yàn)坐標(biāo)通過基準(zhǔn)站差分獲得，衛(wèi)星軌道使用IGS精密星歷，對(duì)流層改正采用Saastamoinen模型，解算模式選擇周跳自動(dòng)修復(fù)技術(shù)。

(1)基準(zhǔn)站選擇

第一步以HAQS、AHBB、JSLS、ZJJD、AHAQ五座國(guó)家基準(zhǔn)站和一座IGS站(WUHN)作為起算，解算HFGNSS基準(zhǔn)站網(wǎng)基線(如圖5所示)。

圖5 HFGNSS基準(zhǔn)站網(wǎng)解算示意圖

第二步以HAQS、AHBB、JSLS、AHAQ四座國(guó)家基準(zhǔn)站和七座HFGNSS基準(zhǔn)站作為起算，解算基本控制網(wǎng)基線(如圖6所示)。

圖6 HFGNSS基本控制網(wǎng)解算示意圖

(2)同步環(huán)Nrms值統(tǒng)計(jì)

以GPS Day(年積日)為單位進(jìn)行基線解算并統(tǒng)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)均方根Nrms(表3)，從表中可以看出Nrms均小于0.2周，表明基線解算時(shí)周跳基本剔除干凈。

HFGNSS控制網(wǎng)Nrms統(tǒng)計(jì)表 表3

2.4 基線重復(fù)性統(tǒng)計(jì)

對(duì)HFGNSS基準(zhǔn)站網(wǎng)進(jìn)行基線重復(fù)性和整網(wǎng)重復(fù)精度統(tǒng)計(jì)如表4、表5所示，可以看出基線重復(fù)性良好，整網(wǎng)重復(fù)精度較高。

HFGNSS基準(zhǔn)站網(wǎng)基線重復(fù)性統(tǒng)計(jì)表 表4

HFGNSS基準(zhǔn)站網(wǎng)基線重復(fù)性直線擬合結(jié)果統(tǒng)計(jì)表 表5

2.5 平差計(jì)算

與基線解算一致，平差計(jì)算遵循“分級(jí)平差”的原則，第一步以HAQS、AHBB、JSLS、ZJJD、AHAQ五座國(guó)家基準(zhǔn)站和一座IGS站(WUHN)作為起算做三維約束平差獲得HFGNSS基準(zhǔn)站網(wǎng)的CGCS2000成果，第二步以上一步獲取的HFGNSS基準(zhǔn)站做約束平差獲取基本控制網(wǎng)的CGCS2000成果。

3 精度分析

3.1 精度評(píng)定

HFGNSS控制網(wǎng)坐標(biāo)精度和基線精度統(tǒng)計(jì)如表6和表7所示，結(jié)果表明HFGNSS控制網(wǎng)精度可以達(dá)到B級(jí)網(wǎng)的精度，為后續(xù)擴(kuò)展奠定良好基礎(chǔ)。

HFGNSS控制網(wǎng)坐標(biāo)精度統(tǒng)計(jì)表 表6

HFGNSS控制網(wǎng)基線精度統(tǒng)計(jì)表 表7

(1)HFGNSS基準(zhǔn)站網(wǎng)南北分量的中誤差平均值為 ±0.2 mm，最大值為 ±0.6 mm；東西分量的中誤差平均值為 ±0.2 mm，最大值為 ±0.6 mm；高程分量的中誤差平均值為 ±1.0 mm，最大值為 ±2.5 mm；基線相對(duì)中誤差平均值3.89×10-9，最大值7.62×10-9。

(2)基本控制網(wǎng)南北分量的中誤差平均值為 ±1.6 mm，最大值為 ±2.7 mm；東西分量的中誤差平均值為 ±1.7 mm，最大值為 ±3.3 mm；高程分量的中誤差平均值為 ±8.1 mm，最大值為 ±15.0 mm；基線相對(duì)中誤差平均值4.47×10-8，最大值為2.76×10-7。

3.2 新舊成果比較

HFGNSS控制網(wǎng)與2009年合肥市似大地水準(zhǔn)面精化網(wǎng)有7個(gè)重合點(diǎn)，新舊成果比較得出：平面最大差值 1.2 cm，大地高最大差值 4.7 cm，表明HFGNSS成果可靠且穩(wěn)定。

4 結(jié) 語(yǔ)

隨著我國(guó)各級(jí)基準(zhǔn)站網(wǎng)的建設(shè)，無(wú)論是城市首級(jí)控制網(wǎng)改造或復(fù)測(cè)還是常規(guī)的工程控制網(wǎng)，基于連續(xù)運(yùn)行參考站的模式得到普及與應(yīng)用，本文介紹的數(shù)據(jù)處理與分析方法可以為同類測(cè)繪工程項(xiàng)目提供參考。