李沖，譚理

(1.武漢大學(xué)測繪學(xué)院，湖北武漢 430079； 2.國家測繪產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)測試中心，四川成都 610041)

利用TGO進(jìn)行災(zāi)區(qū)GPS控制網(wǎng)平差的一種有效方法

李沖1，2?，譚理2

(1.武漢大學(xué)測繪學(xué)院，湖北武漢 430079； 2.國家測繪產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)測試中心，四川成都 610041)

利用TGO軟件進(jìn)行GPS網(wǎng)基于參心坐標(biāo)系的二維約束平差時(shí)，如果起算點(diǎn)距離測區(qū)較遠(yuǎn)，則常規(guī)的平差設(shè)置方法不能獲得良好的結(jié)果，筆者通過大量的實(shí)踐摸索發(fā)現(xiàn)，此時(shí)若同時(shí)固定任一網(wǎng)點(diǎn)的高度值，平差結(jié)果精度則顯著提高，本文通過一具體算例介紹了該方法并探討了其特點(diǎn)和可靠性。

TGO；GPS網(wǎng)平差；起算點(diǎn)；平差精度

1 概 述

“5.12”汶川地震造成了四川災(zāi)區(qū)空間大地基準(zhǔn)不能使用，目前僅靠20個(gè)連續(xù)運(yùn)行參考站維持，災(zāi)區(qū)各城市在恢復(fù)基礎(chǔ)控制網(wǎng)時(shí)均需要聯(lián)測部分跟蹤站，以獲取各網(wǎng)點(diǎn)的國家2000坐標(biāo)和西安80坐標(biāo)。由于地震災(zāi)區(qū)僅有20個(gè)GNSS站，且站間距離最長邊約78 km，最短距離38 km，平均邊長約65 km，這就導(dǎo)致部分災(zāi)區(qū)城市控制網(wǎng)恢復(fù)時(shí)，起算點(diǎn)距離測區(qū)較遠(yuǎn)。

Trimble Geomatics Office(TGO)是美國Trimble公司開發(fā)的對GPS數(shù)據(jù)進(jìn)行管理和處理的綜合系統(tǒng)，具有功能強(qiáng)大、使用方便、自動(dòng)化程度高、結(jié)果可靠等特點(diǎn)，在測繪及其相關(guān)領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。

但是，筆者在運(yùn)用TGO進(jìn)行災(zāi)區(qū)GPS控制網(wǎng)計(jì)算時(shí)卻發(fā)現(xiàn)，對于起算點(diǎn)距離測區(qū)較遠(yuǎn)的二維約束平差(如基于西安80坐標(biāo)系的二維平差)，其平差結(jié)果卻不令人滿意。在摸索中，筆者發(fā)現(xiàn)針對該類型的GPS網(wǎng)，只要在二維平差時(shí)固定一個(gè)點(diǎn)的高度，則平差結(jié)果精度顯著提高。文本首先以某一城市控制網(wǎng)為例介紹了該方法，然后對該方法的平差結(jié)果進(jìn)行了比較、分析和探討。

2 GPS控制網(wǎng)質(zhì)量分析

該城市控制網(wǎng)共布設(shè)26個(gè)C級GPS網(wǎng)點(diǎn)，采用同步環(huán)邊連接的靜態(tài)觀測方式，同時(shí)聯(lián)測了“四川汶川地震災(zāi)區(qū)應(yīng)急測繪基準(zhǔn)建設(shè)”項(xiàng)目中的三個(gè)GNSS連續(xù)運(yùn)行基準(zhǔn)站－龍泉驛站(LQYI)、邛崍站(QLAI)和中江站(ZHJG)。網(wǎng)圖如圖1(圖中格網(wǎng)間距為20 km)。

GPS網(wǎng)基線解算數(shù)據(jù)剔除率小于10%，29個(gè)站點(diǎn)共形成三邊同步環(huán)81個(gè)，三邊異步環(huán)275個(gè)。同步環(huán)的最大坐標(biāo)分量閉合差為2.4 cm，異步環(huán)的最大坐標(biāo)分量閉合差為9.9 cm，最大全長閉合差值為10.31 cm，均小于規(guī)范相應(yīng)等級的限差要求。GPS網(wǎng)基線解算成果可靠。

圖1 城市控制網(wǎng)圖

GPS網(wǎng)無約束平差后最弱點(diǎn)(C18)點(diǎn)位中誤差為±1.3 cm；最弱邊邊長相對中誤差為1/850 035。由此可見，GPS網(wǎng)觀測質(zhì)量良好。利用TGO對該網(wǎng)進(jìn)行三維約束平差計(jì)算，固定邛崍站(QLAI)和龍泉驛站(LQYI)和中江站(ZHJI)的2000國家坐標(biāo)進(jìn)行三維約束平差，平差結(jié)果良好，平差后最弱點(diǎn)點(diǎn)位中誤差為±1.1 cm；最弱邊邊長相對中誤差為1/620 853。以上結(jié)果再次說明該GPS網(wǎng)觀測質(zhì)量良好。

3 利用TGO進(jìn)行二維約束平差的有效方法

由以上所述可知，該GPS網(wǎng)的觀測精度可靠，網(wǎng)中作為起算點(diǎn)的三個(gè)連續(xù)運(yùn)行跟蹤站的西安80坐標(biāo)是基于精確的國家2000坐標(biāo)采用統(tǒng)一的四參數(shù)轉(zhuǎn)換法獲得，其本身不存在兼容性問題。設(shè)計(jì)三種方案計(jì)算該GPS網(wǎng)的西安80坐標(biāo)。

方案一:利用TGO軟件，固定該三個(gè)跟蹤站的西安80坐標(biāo)，將該網(wǎng)轉(zhuǎn)換到西安80坐標(biāo)系進(jìn)行二維約束平差。平差結(jié)果統(tǒng)計(jì)如下:最弱點(diǎn)(C18)點(diǎn)位中誤差±5.7 cm，平差后GPS觀測值的殘差有6個(gè)超限(最大達(dá)7.2 cm)，且該6個(gè)皆為與起算點(diǎn)相連的觀測值；

方案二:所有操作同方案一，只在固定起算點(diǎn)二維坐標(biāo)時(shí)，固定任一起算點(diǎn)的高度(默認(rèn)高度)，平差結(jié)果統(tǒng)計(jì)如下:最弱點(diǎn)(C18)點(diǎn)位中誤差±1.5 cm，平差后GPS觀測值的殘差皆符合限差要求(最大僅3.6 cm)。

方案三:操作同方案一，采用同濟(jì)大學(xué)的GPSNET軟件(該軟件已多次用于國家大型GPS網(wǎng)的平差，結(jié)果可靠)進(jìn)行二維平差。平差結(jié)果統(tǒng)計(jì)如下:最弱點(diǎn)(C18)點(diǎn)位中誤差±1.2 cm，平差后GPS觀測值的殘差皆符合限差要求(最大4.4 cm)

以方案二的結(jié)果為參照，其他方案的結(jié)果與其結(jié)果的較差如表1。

各方案平差結(jié)果比較表 表1

由以上比較可見，方案二與方案三的結(jié)果保持了良好的一致性，而方案一的結(jié)果顯然不可采用。這說明該種情況下，利用TGO采用常規(guī)方法進(jìn)行二維約束平差其結(jié)果已不可靠。

4 分析和結(jié)論

筆者對上述GPS網(wǎng)基于54坐標(biāo)系的二維約束平差也進(jìn)行了相應(yīng)的計(jì)算和比較，其結(jié)果與“三”中西安80的比較結(jié)果結(jié)論相同。

對于方案二中固定任一起算點(diǎn)的高度問題，筆者還進(jìn)行了其他試驗(yàn)，如不固定起算點(diǎn)高度，而是固定任一網(wǎng)點(diǎn)的高度(默認(rèn)高度)進(jìn)行平差，其平差結(jié)果并沒有明顯變化(小于5 mm)，而如果固定的高度值不采用默認(rèn)值，而是進(jìn)行人為的設(shè)置，筆者試驗(yàn)了設(shè)置為－1 000 m，－500 m，0 m，默認(rèn)值(500 m左右)，1 000 m，1 500 m，其平差結(jié)果變化明顯。固定的高度值與默認(rèn)值的偏離越大，其平差精度越低，平差結(jié)果與正確成果的差異越大。當(dāng)固定高度值為1 500 m時(shí)，結(jié)果差異最大達(dá)4.4 cm，當(dāng)固定高度值為－1 000 m時(shí)，結(jié)果差異最大達(dá)7.5 cm。

以上比較和分析說明利用TGO進(jìn)行參心坐標(biāo)系的二維約束平差時(shí)，如果起算點(diǎn)距離測區(qū)較遠(yuǎn)，采用常規(guī)的平差設(shè)置方法不能獲得良好的平差結(jié)果，而在固定起算點(diǎn)二維坐標(biāo)的同時(shí)固定網(wǎng)中任一點(diǎn)的默認(rèn)高度值能顯著提高平差精度和平差結(jié)果的可靠性。

該方法的原理就是GPS空間觀測值在投影轉(zhuǎn)換到參心坐標(biāo)系時(shí)改變其投影高度，削弱空間觀測值投影到高斯平面時(shí)的投影變形。對于起算點(diǎn)距離測區(qū)較遠(yuǎn)的情況，由于與起算點(diǎn)相連的基線長度過長，因此其投影變形值就更顯著，此時(shí)，起算點(diǎn)的尺度便與投影后的基線尺度有較大差異，而TGO中的平差模型在這種情況下并不能平差出好的結(jié)果，所以很多作業(yè)單位在涉及參心坐標(biāo)系的二維平差時(shí)，一般不采用隨機(jī)商業(yè)軟件，其實(shí)，在這種情況下，采用固定網(wǎng)中任一點(diǎn)的默認(rèn)高度值就可以有效解決這個(gè)問題，顯著提高平差結(jié)果的精度。

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A Valid Method of Using TGO Adjusting Disaster Area GPS－net

Li Chong1，2，Tan Li2
(1.Surveying and Mapping College，Wuhan University，Wuhan 430079，China；2.National Quality Supervision and Testing Center of Surveying and Mapping Product，Chengdu 610041，China)

If the known point is far away from the surveying area，general adjustment method will not get satisfying result，when using TGO to make tightened two－dimension adjustment based on reference coordinates.By a mass of practice and research，the author find that，if we tighten the height of a random net point at the same time，the precision of the result will promote markedly，the text has introduced this method by an example，its character and reliability has been discussed too.

TGO；Gps－net adjustment；Precision；Projection

1672－8262(2010)06－93－03

P228

B

2010—03—17

李沖(1983—)，男，在讀博士，研究方向?yàn)榇蟮販y量數(shù)據(jù)處理。