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        湖北省連續(xù)運(yùn)行衛(wèi)星定位服務(wù)系統(tǒng)坐標(biāo)聯(lián)測方法研究*

        2012-10-10 09:08:48彭應(yīng)林
        全球定位系統(tǒng) 2012年4期
        關(guān)鍵詞:高精度數(shù)據(jù)處理殘差

        張 揚(yáng),王 波,李 劍,彭應(yīng)林

        (湖北省測繪工程院,湖北 武漢430074)

        0 引 言

        當(dāng)前,連續(xù)運(yùn)行衛(wèi)星定位系統(tǒng)(CORS)的建設(shè)正在我國蓬勃興起,成為測繪界關(guān)注的熱點(diǎn)之一,全國直轄市和大部分省會城市都已建立了城市級系統(tǒng):廣東、江蘇、江西、浙江、河北、河南、山東、湖北、湖南等省已建成省級系統(tǒng),安徽、福建等地正在積極建設(shè)或籌備建設(shè)中[1]。湖北省連續(xù)運(yùn)行衛(wèi)星定位服務(wù)系統(tǒng)(HBCORS)是我國中部區(qū)域省級連續(xù)運(yùn)行參考站網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),由湖北省測繪局組織,湖北省測繪工程院(湖北省導(dǎo)航與位置服務(wù)中心)負(fù)責(zé)建設(shè),建成81個參考站,項目于2010年12月建成并投入運(yùn)行。

        CORS作為城市GPS應(yīng)用的發(fā)展熱點(diǎn)之一,既是空間定位的基礎(chǔ),也是現(xiàn)代大地測量基準(zhǔn)的構(gòu)成骨干和技術(shù)支撐。CORS不僅是動態(tài)的、連續(xù)的空間參考框架,同時也是快速、高精度獲取空間數(shù)據(jù)和地理特征的設(shè)施之一,因此,高精度參考框架的建立,是CORS作為重要空間數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施的根本要求[2-6]。其中,CORS永久參考站坐標(biāo)的精度直接影響到系統(tǒng)的性能,從而直接影響到用戶的定位精度,所以永久參考站的坐標(biāo)聯(lián)測是系統(tǒng)建設(shè)中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)[7]。以HBCORS為例,探討了高精度區(qū)域參考框架建立的若干關(guān)鍵方法。

        1 聯(lián)測目的和方法

        隨著空間定位技術(shù)的發(fā)展,建立地心三維坐標(biāo)系統(tǒng)和動態(tài)參考框架成為當(dāng)前地球參考框架的發(fā)展趨勢。我國于2008年7月1日正式啟用2000國家大地坐標(biāo)系(CGCS2000)并以之作為我國法定的三維坐標(biāo)基準(zhǔn)。在此以前采用1954年北京坐標(biāo)系、1980西安坐標(biāo)系或相對獨(dú)立的平面坐標(biāo)系等作為測繪基準(zhǔn),一般將這類坐標(biāo)系統(tǒng)稱為測圖坐標(biāo)系。

        對于省市級CORS的坐標(biāo)聯(lián)測而言,一方面需要順應(yīng)科技發(fā)展趨勢,建立基于CGCS2000的區(qū)域參考框架;另一方面需要結(jié)合當(dāng)?shù)匾延袦y繪成果,建立區(qū)域內(nèi)CGCS2000與測圖坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系。鑒于此,在HBCORS的坐標(biāo)聯(lián)測中,按照數(shù)據(jù)處理目標(biāo)劃分為兩種網(wǎng):

        1)框架網(wǎng):由參考站與周邊的部分IGS站(如圖1所示)聯(lián)測構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò),用于建立湖北省境內(nèi)定位基準(zhǔn)的框架;

        2)基準(zhǔn)網(wǎng):由參考站與湖北省境內(nèi)均勻分布的部分CGCS2000網(wǎng)點(diǎn)(A/B級點(diǎn),同時具有CGCS2000和測圖坐標(biāo)系的坐標(biāo))聯(lián)測構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò),用于建立湖北省的精密定位基準(zhǔn),如圖2所示。

        圖1中,HBCORS參考站與周邊10個IGS跟蹤站聯(lián)測15×24h;圖2中,淺色三角形表示HB-CORS參考站,深色和淺色實(shí)心圓表示均勻分布于全省的85個A/B級控制點(diǎn),按B級點(diǎn)觀測要求聯(lián)測3×24h.

        2 數(shù)據(jù)處理與精度分析

        坐標(biāo)聯(lián)測的數(shù)據(jù)處理包括數(shù)據(jù)整理、基線處理、網(wǎng)平差、統(tǒng)計分析等內(nèi)容。其中,基線處理和平差分別采用GAMIT(Ver10.35)和GLOBK軟件。考慮到基準(zhǔn)網(wǎng)中85個A/B級點(diǎn)同時擁有CGCS2000和測圖坐標(biāo)系成果,如果在平差時對其全部約束,有可能將粗差引入到平差結(jié)果中,過多的粗差可能導(dǎo)致GPS控制網(wǎng)網(wǎng)形出現(xiàn)畸變,嚴(yán)重影響平差結(jié)果。為了保證各坐標(biāo)系統(tǒng)的融合及成果的精度,需對A/B級點(diǎn)成果的兼容性進(jìn)行檢核。HBCORS坐標(biāo)聯(lián)測數(shù)據(jù)處理綜合采用了兩種方法進(jìn)行控制點(diǎn)成果的兼容性檢核:剔點(diǎn)法和加點(diǎn)法。以1980西安坐標(biāo)系和CGCS2000坐標(biāo)系為例,兩種方法處理思路如下:

        1)剔點(diǎn)法:①利用所有控制點(diǎn)的CGCS2000成果和1980西安坐標(biāo)系成果,采用四參數(shù)模型,求CGCS2000坐標(biāo)系到1980西安坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換參數(shù);②利用所求得的轉(zhuǎn)換參數(shù)將參與求轉(zhuǎn)換參數(shù)點(diǎn)的CGCS2000坐標(biāo)轉(zhuǎn)換到1980西安坐標(biāo);③求轉(zhuǎn)換所得的1980西安坐標(biāo)與已知1980西安坐標(biāo)的殘差;④剔除殘差最大的點(diǎn),重新執(zhí)行①~③,直到所有參與求轉(zhuǎn)換參數(shù)點(diǎn)的點(diǎn)位殘差小于2cm,此時剩下的點(diǎn)為滿足要求的起算點(diǎn)。

        2)加點(diǎn)法:①找出可靠性最好(或是目前常用的)兩個點(diǎn),利用四參數(shù)模型求CGCS2000坐標(biāo)系到1980西安坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換參數(shù);②利用所求得的轉(zhuǎn)換參數(shù)將所有控制點(diǎn)的CGCS2000坐標(biāo)轉(zhuǎn)換到1980西安坐標(biāo);③求轉(zhuǎn)換所得的1980西安坐標(biāo)與已知的1980西安坐標(biāo)的殘差;④找出殘差最小的點(diǎn),加入求轉(zhuǎn)換參數(shù)的點(diǎn)中,重新執(zhí)行①~③,直到所有參與求轉(zhuǎn)換參數(shù)點(diǎn)的點(diǎn)位殘差小于5cm,此時剩下的點(diǎn)為滿足要求的起算點(diǎn)。

        HBCORS坐標(biāo)聯(lián)測數(shù)據(jù)解算精度分析分別參見表1至表3。

        表1 HBCORS動態(tài)參考基準(zhǔn)精度

        表2 A/B級控制點(diǎn)CGCS2000坐標(biāo)系平差結(jié)果與已知結(jié)果的比較

        dX dY dZ dx dy 平面ds 高程dH 0.04~誤差分布0.05% 0.00 1.19 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.05~0.06% 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 1.19 0.06~0.07% 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.07~0.08% 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.08~0.09% 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.09~0.10% 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00>0.10% 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00合 計 100.00% 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00

        根據(jù)表1至表3的分析可以看出:

        1)聯(lián)測網(wǎng)重復(fù)性總體效果良好,基線解算精度達(dá)10-9量級;

        2)平差后,HBCORS參考站點(diǎn)位精度高,X、Y、Z三個分量的精度都優(yōu)于0.01m;

        3)在確立了與國家基準(zhǔn)CGCS2000統(tǒng)一的高精度參考站坐標(biāo)的基礎(chǔ)上,采用剔點(diǎn)法和加點(diǎn)法,與當(dāng)?shù)販y繪成果緊密結(jié)合,建立了湖北省境內(nèi)CGCS2000與北京54、西安80之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系。

        3 結(jié) 論

        通過與IGS跟蹤站及A/B級點(diǎn)的坐標(biāo)聯(lián)測,HBCORS建立起了湖北省新一代高精度的動態(tài)參考基準(zhǔn),為湖北省空間定位技術(shù)的應(yīng)用及其產(chǎn)業(yè)化發(fā)展提供了基礎(chǔ)性測繪保障。HBCORS在區(qū)域參考框架建立過程中,根據(jù)CORS坐標(biāo)聯(lián)測的目的,針對性的劃分框架網(wǎng)和基準(zhǔn)網(wǎng),有層次有結(jié)構(gòu)的梳理了高精度區(qū)域參考框架獲取的思路,并在獲得全國統(tǒng)一框架下各參考站精確坐標(biāo)的同時,充分考慮與原有測繪成果的融合,綜合了多種精密數(shù)據(jù)處理技術(shù),進(jìn)一步完善了精密數(shù)據(jù)處理方法。

        [1] 劉經(jīng)南,劉 暉,鄒 蓉,等.建立全國CORS更新國家地心動態(tài)參考框架的幾點(diǎn)思考[J].武漢大學(xué)學(xué)報·信息科學(xué)版,2009,34(11):1262-1265.

        [2] 管健安.基于CORS系統(tǒng)精密定位服務(wù)若干技術(shù)問題研究[D].西安:長安大學(xué),2010.

        [3] 劉 欣.河南省CORS系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理與分析[D].焦作:河南理工大學(xué),2010.

        [4] 隋立芬.高精度GPS網(wǎng)的統(tǒng)一與數(shù)據(jù)處理若干問題研究[D].鄭州:中國人民解放軍信息工程大學(xué),2001.

        [5] 隋立芬.高精度GPS網(wǎng)的統(tǒng)一與數(shù)據(jù)處理若干問題研究[D].鄭州:中國人民解放軍信息工程大學(xué),2001.

        [6]曹學(xué)禮,張旭東,葛章發(fā),等.寧波市2000國家大地坐標(biāo)系聯(lián)測及數(shù)據(jù)處理[J].城市勘測,2010,8(4):86-89.

        [7] 劉全海,潘伯鳴,楊志偉,等.連續(xù)運(yùn)行衛(wèi)星定位服務(wù)系統(tǒng)的坐標(biāo)聯(lián)測方法探討[C]∥中國全球定位系統(tǒng)技術(shù)應(yīng)用協(xié)會第九次年會論文匯編,2007.

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