馬 琴

(國家測繪局大地測量數(shù)據(jù)處理中心，陜西西安710054)

一、引 言

50年代國家測繪局、總參測繪局布設的一、二等三角鎖(網(wǎng))，在貴州省境內的點遭受了各種自然和人為因素的破壞，已不能滿足貴州省的國民經(jīng)濟建設需求。為此，應用GPS技術建立新一代高精度的控制網(wǎng)，同時聯(lián)測部分舊的一、二、三等三角點和水準點，以更新改造原有GPS網(wǎng)點。其主要目的是將國家空間坐標基準框架建設與地方測繪基礎控制網(wǎng)建設以及精化區(qū)域大地水平面工作相結合，建立與全國高精密的三維地心坐標框架(A、B級GPS網(wǎng))相一致的三維地心坐標系統(tǒng)及全國統(tǒng)一的平面基本控制網(wǎng)，實現(xiàn)對現(xiàn)有平面基礎控制點的改造，確定現(xiàn)有平面基礎控制網(wǎng)與全國平面基本控制網(wǎng)之間的坐標轉換參數(shù)，為國民經(jīng)濟建設提供及時、可靠的地理信息數(shù)據(jù)和技術標準，從而為貴州省高速發(fā)展交通建設和“數(shù)字城市”、“數(shù)字貴州”建設提供統(tǒng)一的數(shù)據(jù)平臺，滿足貴州省經(jīng)濟發(fā)展和基礎地理信息系統(tǒng)建設的需要。

二、項目概況、內容、要求及實施過程

1．貴州GPS網(wǎng)概況

貴州省位于東經(jīng) 103°25'～ 109°45'、北緯24°37'～29°13'之間，東靠湖南，南鄰廣西，西接云南，北連四川和重慶，東西長約595 km，南北相距約509 km。貴州GPS網(wǎng)由812點組成，覆蓋面積達176 167 km2。最長邊為198．6 km，最短邊為0．1 km，大部分在0．1～48．4 km之間，平均邊長為16．8 km(由于貴州地處山區(qū)，交通不便，所以C級網(wǎng)的平均邊長超過規(guī)范規(guī)定的15 km)。

2．項目內容

將原有貴州省C級GPS網(wǎng)進行擴測，同時對E級GPS點加密。內容包括原A、B級GPS網(wǎng)點，總參一、二級點，周邊的地殼運動觀測網(wǎng)絡工程點，Ⅰ、Ⅱ等國家三角點，可利用的一、二等水準點，2000國家GPS控制網(wǎng)點，新埋設的C級GPS點，原來E級點和陸態(tài)網(wǎng)點等，共計812點。

3．基本精度要求

基線結果的評價通常以基線的誤差來衡量，GPS網(wǎng)相鄰點間弦長精度按《全球定位系統(tǒng)(GPS)測量規(guī)范》(GB/T 18314—2001)規(guī)定執(zhí)行，即

式中，σ為標準差;a為固定誤差;b為比例誤差系數(shù);d為相鄰點間距離。對于C級網(wǎng)，a≤10mm，b≤5mm。

對現(xiàn)有貴州GPS網(wǎng)中符合觀測條件要求的舊點均加以利用，點名、點號的編制如表1所示。

表1 GPS點

4．外業(yè)施測

貴州省GPS測量控制網(wǎng)外業(yè)數(shù)據(jù)采集工作使用15臺型號分別為中海達5800、中海達6000、中海達V8和佳瓦特的雙頻GPS接收機進行同步觀測，并在測區(qū)內進行基線解算和檢核工作。數(shù)據(jù)的后處理采用軟件GPSADJ4．0對GPS網(wǎng)進行三維無約束平差，以檢查它們的內符合精度。

外業(yè)數(shù)據(jù)采集整理情況如表2所示，整理后采用的外業(yè)觀測點如表3所示。

表2 外業(yè)數(shù)據(jù)采集整理情況

表3 擬采用外業(yè)觀測點

三、GPS網(wǎng)數(shù)據(jù)處理與分析

本文采用美國麻省理工學院的GAMIT/GLOBK軟件進行“逐級控制”的數(shù)據(jù)處理。以國家GPS連續(xù)運行站及2000國家大地控制點為基準，采用精密星歷或廣播星歷，首先進行GPS B級網(wǎng)點的數(shù)據(jù)處理，然后進行GPSC級網(wǎng)點、E級網(wǎng)點的數(shù)據(jù)處理。

1．GPS網(wǎng)數(shù)據(jù)整理

主要包括各種外業(yè)觀測數(shù)據(jù)和其他已有數(shù)據(jù)的收集整理、粗差剔除、實測數(shù)據(jù)精度估算與統(tǒng)計分析及質量評估。

2．數(shù)據(jù)預處理

主要包括4項內容：① GPS衛(wèi)星軌道方程的標準化;②時鐘多項式的擬合;③初始整周模糊度的預估和整周跳變的發(fā)現(xiàn)和修復;④觀測值的標準化：將觀測值文件、星歷文件、測站控制信息文件統(tǒng)一使用標準格式，以便用統(tǒng)一的后處理軟件進行數(shù)據(jù)處理。

依據(jù)外業(yè)觀測手簿，將同一天的觀測資料放在一起進行檢查與整理，以GPS年積日為單位整理觀測數(shù)據(jù)，并將原始觀測數(shù)據(jù)轉換為RINEX格式數(shù)據(jù)，統(tǒng)一編點號，準備天線相位中心改正表。之后由GAMIT軟件按照天線類型、天線高，統(tǒng)一將觀測值歸算至標石標志面。

3．采用基準

采用坐標系包括WGS-84大地坐標系、2000國家大地坐標系、1980西安大地坐標系以及1954北京坐標系;高程基準為1985國家高程基準;時間系統(tǒng)為北京時間。

4．GPS 基線解算

首先基于2000國家大地坐標系獲取先驗坐標，設置主要參數(shù)，進行均方根殘差Nrms統(tǒng)計;然后進行重復基線統(tǒng)計，A、B級GPS網(wǎng)同一基線不同時段的較差應滿足限差要求，其限差按式(1)計算。

基線精度處理后應計算基線的Δx分量、Δy分量、Δz分量及邊長的重復性，重復性定義為

貴州GPS控制網(wǎng)C級網(wǎng)重復基線較差統(tǒng)計如表4所示。

表4 C級網(wǎng)重復基線較差統(tǒng)計

計算結果說明，貴州省GPS控制網(wǎng)的基線向量不含明顯粗差，外業(yè)觀測數(shù)據(jù)重復基線較差主要分布在至限差內，同步環(huán)閉合差、異步環(huán)閉合差均滿足《全球定位系統(tǒng)(GPS)測量規(guī)范》(GB/T 18314—2009)的要求。

5．數(shù)據(jù)檢驗

根據(jù)GAMIT基線解算結果，對整網(wǎng)的全部基線結果進行了χ2檢驗，資料全部通過檢驗，參與平差。

6．GPS網(wǎng)平差計算

采用與GAMIT配套的綜合平差軟件GLOBK，首先對每年觀測的整網(wǎng)進行無約束平差;然后以A、B級GPS點為起算點，在2000國家大地坐標系相應橢球上進行三維約束平差處理;通過粗差分析和方差分量因子分析，提高全網(wǎng)的平差精度，獲得全網(wǎng)統(tǒng)一的2000網(wǎng)、WGS-84坐標系的最后成果。平差精度如表5所示。

表5 平差精度mm

以上平差結果表明，此網(wǎng)內、外符合精度較好。

7．GPS基線向量網(wǎng)的坐標系統(tǒng)轉換

為使最終GPS觀測的WGS-84系統(tǒng)的基線向量能與地面網(wǎng)成果兼容一致，并在地面網(wǎng)所屬框架內進行GPS網(wǎng)的約束平差，必須把GPS基線向量的方差陣轉到高斯平面上。轉換過程分兩步：首先將GPS基線向量在空間直角坐標系上的方差陣轉換到大地坐標系上來;然后將大地坐標系上的方差陣轉換到高斯平面直角坐標系上，獲得1954北京坐標系、1980西安坐標系成果。

8．GPS點的海拔高程的確定

為了滿足GPS網(wǎng)的高程精度，必須聯(lián)測足夠數(shù)量的水準點。根據(jù)貴州省GPS網(wǎng)中提供的部分水準點，選擇均勻分布重合一定數(shù)量的一、二等水準點。利用這些點的海拔高程和其GPS大地高求出它們的高程異常，進而擬合出整個測區(qū)的高程異常，并確定其余GPS點的海拔高程(基于1985國家高程基準)。

四、結果分析

經(jīng)過上述數(shù)據(jù)處理，結果表明貴州省B、C級GPS網(wǎng)在2000國家大地坐標系下的精度都達到了設計和規(guī)范的要求。貴州省野外觀測大部分設站兩次以上，每點均不少于3條邊聯(lián)結，每個環(huán)長不超過6條基線邊，網(wǎng)形結構較強，采用快速靜態(tài)型(標稱精度為1mm+1×10-6D)雙頻GPS接收機，符合GPS網(wǎng)的布設方案和原則。經(jīng)過多種方法檢驗，得出如下結論：全國80系向2000系轉換的大地坐標改正量的內、外符合精度全部優(yōu)于±0．2m，高程的精度一般在±0．2m以內，完全能滿足GPS測量規(guī)范和城市測量規(guī)范的要求。貴州省GPS網(wǎng)的內、外業(yè)精度整體是良好的。

五、結束語

建立我國GPS空間網(wǎng)是我國未來測繪事業(yè)發(fā)展的一項重要的基礎性工作。從技術角度看，該項目的意義在于采用先進技術檢核貴州GPS網(wǎng)內、外符合精度和高程精度的準確性，建立和維持我國的三維地心坐標框架，精化我國的大地水準面，加強并檢核我國天文大地網(wǎng)，開展地殼運動監(jiān)測和地球動力學研究等。它的建立還將促進我國測繪地理空間信息的超前發(fā)展。

[1]李渝．貴州省C級GPS網(wǎng)觀測技術設計方案的探討[J]．中國新技術新產(chǎn)品，2010(5)：16-17．

[2]羅三明，胡新康，黃曲紅，等．GPS基線向量方差—協(xié)方差陣轉換到高斯平面上的研究[J]．測繪通報，2009(2)：25-27．

[3]國家測繪局．GB/T 17942—2000國家三角測量規(guī)范[S]．北京：中國標準出版社，2000．

[4]國家測繪局．GB/T 18314—2001全球定位系統(tǒng)(GPS)測量規(guī)范[S]．北京：中國標準出版社，2001．

[5]國家測繪局．GB/T 18314—2009全球定位系統(tǒng)(GPS)測量規(guī)范[S]．北京：中國標準出版社，2009．

[6]國家測繪局．GB/T 12897—2006國家一、二等水準測量規(guī)范[S]．北京：中國標準出版社，2006．

[7]國家測繪局．GB/T 17942—2000國家三角測量規(guī)范[S]．北京：中國標準出版社，2000．