GAMIT、LGO在工程控制網(wǎng)基線(xiàn)解算中的應(yīng)用及精度分析

孫羅慶，李學(xué)元，李中洲，周貽港

(深圳市勘察測(cè)繪院(集團(tuán))有限公司，廣東 深圳 518028)

1 引 言

隨著現(xiàn)代地理信息產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展和GNSS接收機(jī)在測(cè)繪行業(yè)的普及，GNSS定位技術(shù)貫穿于城市建設(shè)的方方面面。GNSS靜態(tài)相對(duì)定位技術(shù)長(zhǎng)期以來(lái)在各類(lèi)工程控制網(wǎng)測(cè)量中發(fā)揮了重要作用，關(guān)于GNSS基線(xiàn)數(shù)據(jù)處理技術(shù)的研究及軟件的應(yīng)用成為測(cè)繪工程中持續(xù)的熱點(diǎn)。

目前高精度GNSS數(shù)據(jù)處理軟件主要有GAMIT、GIPSY、BERNESE、PANDA等[1～6]，適合應(yīng)用于不同長(zhǎng)度的基線(xiàn)解算，如地殼形變監(jiān)測(cè)、IGS站、CORS站網(wǎng)及大范圍高等級(jí)控制網(wǎng)。工程商用數(shù)據(jù)處理軟件有LGO、TBC、HGO和Compass等[7，8]，更多應(yīng)用于普通工程控制網(wǎng)基線(xiàn)(小于 15 km)解算。

深圳市高等級(jí)基礎(chǔ)控制網(wǎng)布測(cè)于1997年，城市建設(shè)的快速發(fā)展導(dǎo)致了控制點(diǎn)的嚴(yán)重破壞和分布不均勻等問(wèn)題，這對(duì)測(cè)量工作尤其是高等級(jí)工程控制測(cè)量帶來(lái)一定挑戰(zhàn)。本文結(jié)合前海某項(xiàng)目工程控制網(wǎng)測(cè)量工作，分別采用GAMIT、LGO軟件進(jìn)行控制網(wǎng)基線(xiàn)解算，并對(duì)解算結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證和對(duì)比分析。

2 工程方案

2.1 項(xiàng)目簡(jiǎn)介

某項(xiàng)目是集高快速路特長(zhǎng)水下隧道、水下互通立交、海域水工工程、橋梁拆除改造于一體的特大工程。按公路勘測(cè)規(guī)范[9]的要求，工程共布設(shè)6個(gè)二等GNSS控制點(diǎn)(另含4個(gè)起算點(diǎn)，其中1個(gè)為CORS站)，6個(gè)三等GNSS控制點(diǎn)(另聯(lián)測(cè)2個(gè)相鄰線(xiàn)路檢查點(diǎn))，二等控制網(wǎng)網(wǎng)形如圖1所示。

圖1 二等控制網(wǎng)網(wǎng)形

本次二等控制點(diǎn)相鄰點(diǎn)間距約為 1.7 km～5.0 km，起算點(diǎn)至二等點(diǎn)點(diǎn)間距約為 14 km～60 km。控制點(diǎn)布設(shè)于空曠地面或樓頂，四周無(wú)明顯影響信號(hào)接收的障礙物、電磁信號(hào)干擾源、高壓線(xiàn)等，點(diǎn)位埋設(shè)滿(mǎn)足規(guī)范要求。

為了減小外界因素對(duì)觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量的影響，二等控制網(wǎng)靜態(tài)觀(guān)測(cè)選擇在夜間進(jìn)行，于2020年6月17日～19日共觀(guān)測(cè)了5個(gè)時(shí)段，每時(shí)段觀(guān)測(cè)時(shí)長(zhǎng) ≥4.5 h，采樣間隔為 10 s，使用的接收機(jī)為3臺(tái)Leica GS15和6臺(tái)Trimble R8。在7月3日～4日，使用Leica TS60精密全站儀對(duì)部分通視點(diǎn)進(jìn)行了邊角測(cè)量(往返測(cè))，作為基線(xiàn)長(zhǎng)度對(duì)比分析和控制網(wǎng)相對(duì)精度檢核的依據(jù)。

2.2 數(shù)據(jù)處理

分別采用GAMIT 10.71和LGO 8.4軟件，處理本次二等控制網(wǎng)共5個(gè)時(shí)段的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)處理時(shí)均只對(duì)GPS衛(wèi)星數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，使用星歷為精密星歷。

GAMIT 10.71軟件基線(xiàn)解算所需的相關(guān)文件從斯克里普斯軌道和永久陣列中心(SOPAC)下載得到，GAMIT基線(xiàn)解算策略如下：解算類(lèi)型為BASELINE；觀(guān)測(cè)值類(lèi)型為雙差觀(guān)測(cè)；截止高度角為15°；測(cè)站約束為松弛約束；采用VMF1映射函數(shù)進(jìn)行對(duì)流層延遲改正；采用LC組合觀(guān)測(cè)值進(jìn)行電離層延遲改正；潮汐改正使用地球固體潮模型(IERS2003)和海潮模型(FES2004)。

LGO8.4軟件基線(xiàn)解算時(shí)按常規(guī)設(shè)置進(jìn)行，只保存固定解基線(xiàn)，并確保各項(xiàng)指標(biāo)滿(mǎn)足規(guī)范要求。

3 基線(xiàn)結(jié)果分析

GAMIT基線(xiàn)解算完成后，可將基線(xiàn)解的標(biāo)準(zhǔn)均方根誤差(NRMS)作為GPS同步環(huán)質(zhì)量好壞的一個(gè)指標(biāo)。通常要求NRMS值小于0.3，若大于0.5，則表示基線(xiàn)處理過(guò)程中周跳可能未得到完全修復(fù)[10，11]。

表1給出了5個(gè)時(shí)段基線(xiàn)解算的均方根誤差，可以看出所有時(shí)段基線(xiàn)解算的均方根誤差均滿(mǎn)足精度要求。

5個(gè)時(shí)段GAMIT基線(xiàn)解算獲得的NRMS值 表1

LGO軟件基線(xiàn)解算完成后，基線(xiàn)三邊同步閉合環(huán)均滿(mǎn)足限差要求。

GAMIT、LGO解算基線(xiàn)及使用Leica TS60精密全站儀測(cè)邊結(jié)果如表2所示。

GAMIT、LGO解算基線(xiàn)與全站儀檢查比較表(單位/m) 表2

從表2可以看出，使用GAMIT、LGO軟件解算基線(xiàn)與全站儀測(cè)邊檢查成果最大差異分別為 5.9 mm、9.8 mm，GAMIT軟件解算基線(xiàn)與測(cè)邊成果符合度整體更優(yōu)。

4 網(wǎng)平差

使用COSAGPS工程測(cè)量網(wǎng)通用平差軟件分別對(duì)GAMIT和LGO軟件解算的二等控制網(wǎng)基線(xiàn)進(jìn)行三維無(wú)約束平差和二維約束平差。二維約束平差時(shí)選用四個(gè)聯(lián)測(cè)控制點(diǎn)作為起算點(diǎn)，各指標(biāo)均滿(mǎn)足規(guī)范要求。

由兩款種件解算基線(xiàn)后平差獲得結(jié)果及其坐標(biāo)差如表3所示。

GAMIT、LGO解算基線(xiàn)網(wǎng)平差成果坐標(biāo)比較表 表3

相鄰線(xiàn)路檢查點(diǎn)成果坐標(biāo)比較表 表4

從表3可以看出，兩種解算軟件解算出的基線(xiàn)成果按相同的平差軟件和約束條件，其坐標(biāo)平面較差最大達(dá) 14.0 mm。將表3成果分別作為三等加密控制網(wǎng)的起算點(diǎn)，得到2個(gè)相鄰線(xiàn)路檢查點(diǎn)聯(lián)測(cè)成果與原坐標(biāo)成果(三等)情況如表4所示。

從表4可以看出，加密網(wǎng)檢查點(diǎn)與相鄰線(xiàn)路檢查點(diǎn)平面位置相比，GAMIT軟件解算基線(xiàn)平差成果與原成果符合性略好。

5 結(jié) 論

本文采用GAMIT 10.71/CosaGPS和LGO 8.4/CosaGPS方案分別對(duì)某項(xiàng)目公路二等GNSS控制網(wǎng)進(jìn)行了數(shù)據(jù)處理，使用Leica TS60精密全站儀對(duì)部分通視點(diǎn)進(jìn)行了邊長(zhǎng)測(cè)量，對(duì)兩方案基線(xiàn)成果、坐標(biāo)成果和相鄰線(xiàn)路點(diǎn)聯(lián)測(cè)檢查成果進(jìn)行了對(duì)比分析。

數(shù)據(jù)結(jié)果表明，GAMIT 10.71和LGO 8.4軟件解算所得成果均能滿(mǎn)足規(guī)范要求，GAMIT 10.71計(jì)算結(jié)果整體更優(yōu)。

本次起算控制點(diǎn)與二等控制點(diǎn)間距最短約 14 km，最長(zhǎng)達(dá) 60 km，使用GAMIT 10.71軟件解算基線(xiàn)相對(duì)便捷順利(耗時(shí)1天)，而LGO 8.4軟件解算相對(duì)不易合格，耗費(fèi)時(shí)間更長(zhǎng)(耗時(shí)3天)。