徐永書，夏定輝，歐其健

（1.重慶市地理信息中心，重慶401121）

為進(jìn)一步發(fā)展空間數(shù)據(jù)獲取和更新的技術(shù)手段，重慶市于2007年啟動(dòng)了“數(shù)字重慶”地理空間信息定位基準(zhǔn)建設(shè)項(xiàng)目。該項(xiàng)目由重慶市規(guī)劃局主管、重慶市地理信息中心組織并承建，于2012年5月建成并投入使用[2]。“數(shù)字重慶”地理空間信息定位基準(zhǔn)是重慶市空間信息資源的重要基礎(chǔ)設(shè)施,也是建立信息化測繪體系的重要措施。

1 項(xiàng)目的總體建設(shè)

“數(shù)字重慶”地理空間信息定位基準(zhǔn)，綜合利用現(xiàn)代衛(wèi)星定位技術(shù)、計(jì)算機(jī)信息技術(shù)、現(xiàn)代大地測量及重力測量理論和方法，將大地基準(zhǔn)、高程基準(zhǔn)、重力基準(zhǔn)基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，構(gòu)建起全市統(tǒng)一、高精度、三維、動(dòng)態(tài)、多功能實(shí)用的新一代地理空間基準(zhǔn)體系?！皵?shù)字重慶”地理空間信息定位基準(zhǔn)分為CQGNSS系統(tǒng)、平面基準(zhǔn)、高程基準(zhǔn)、重力基準(zhǔn)建設(shè)等4大部分。平面基準(zhǔn)分布如圖1所示，高程基準(zhǔn)[1]如圖2所示。

圖1 平面基準(zhǔn)點(diǎn)分布示意圖

2 CQGNSS系統(tǒng)的建設(shè)

圖2 高程路線及精化點(diǎn)分布示意圖

CQGNSS系統(tǒng)分期建設(shè)，首期工程于2005年10月啟動(dòng)實(shí)施、2006年9月完成，二三期于2008年和2009年完成并投入使用。CQGNSS以VRS技術(shù)和徠卡公司的主輔站技術(shù)為核心，由35個(gè)永久性連續(xù)運(yùn)行GNSS基準(zhǔn)參考站和1個(gè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理中心組成，平均站間距為55.8 km。各基準(zhǔn)站與系統(tǒng)數(shù)據(jù)中心采用帶寬為10 M的城域網(wǎng)進(jìn)行觀測數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸，系統(tǒng)差分改正數(shù)據(jù)采用GSM、GPRS、CDMA 3種通信方式向用戶實(shí)時(shí)發(fā)送。經(jīng)過定位實(shí)時(shí)精度、空間可用性、時(shí)間可用性和設(shè)備兼容性等多方面的大量測試表明，CQGNSS系統(tǒng)實(shí)時(shí)定位平面精度優(yōu)于2.0 cm，高程精度為4.0 cm；系統(tǒng)覆蓋整個(gè)重慶市域地區(qū)，覆蓋面積約82 000 km2；兼容目前市場上所有GPS-RTK接收機(jī)，兼容效果良好。

CQGNSS由參考站子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理中心子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)傳輸通信子系統(tǒng)和用戶服務(wù)子系統(tǒng)4個(gè)部分構(gòu)成。CQGNSS系統(tǒng)各參考站使用LEICA1200、TRIMBLE NETR3和TRIMBLE R8當(dāng)時(shí)最新接收機(jī)，可以同時(shí)接收GPS(包括L2C信號(hào))和GLONASS衛(wèi)星信號(hào)；采用扼流圈天線，滿足氣象和地震等部門的基準(zhǔn)站網(wǎng)建設(shè)規(guī)范；數(shù)據(jù)處理中心采用雙機(jī)互為備份方案,即2臺(tái)高端服務(wù)器同時(shí)運(yùn)行Spider Net和 RTKNet軟件雙網(wǎng)絡(luò)RTK系統(tǒng)，數(shù)據(jù)服務(wù)器與發(fā)布服務(wù)器用硬件防火墻隔離。采用基于MPLS的VPN專網(wǎng)將參考站觀測數(shù)據(jù)傳到數(shù)據(jù)中心,采用ADSL線路進(jìn)行傳輸備份；利用GSM/GPRS/CDMA 方式將系統(tǒng)差分改正數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)播發(fā)給實(shí)時(shí)用戶；通過互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)發(fā)布GPS其他數(shù)據(jù)為事后處理用戶或非定位用戶提供服務(wù)。CQGNSS系統(tǒng)中35個(gè)參考站與重慶市地理信息中心的數(shù)據(jù)中心由4 M光纖相連，系統(tǒng)組成[3,4]見圖3。同時(shí)基于VRS技術(shù)開發(fā)建立了重慶GPS實(shí)時(shí)測量平臺(tái)，為用戶提供實(shí)時(shí)地方坐標(biāo)服務(wù)[5]。

圖3 系統(tǒng)構(gòu)成示意圖

3 高精度GPS網(wǎng)

空間精度見表2，基線精度詳見表3。

3.1 高精度GPS控制網(wǎng)的組成

重慶市高精度GPS網(wǎng)和精密水準(zhǔn)網(wǎng)是“都市區(qū)大地水準(zhǔn)面精化”的組成部分。高精度GPS網(wǎng)由35個(gè)GPS A級點(diǎn)（參考站點(diǎn)）、60個(gè)GPS B級點(diǎn)和105個(gè)GPS C級網(wǎng)點(diǎn)、228個(gè)聯(lián)測點(diǎn)組成。按照設(shè)計(jì)書要求進(jìn)行外業(yè)觀測，采用專業(yè)軟件按照前面的原則進(jìn)行處理。

3.2 數(shù)據(jù)處理原則

采用美國麻省理工學(xué)院研制的高精度數(shù)據(jù)處理軟件GAMIT/GLOBK的最新版本10.40，按照逐級控制的原則進(jìn)行平差。其步驟為：①約束LUZH、WUHN、GUAN、XIAM等9個(gè)GPS連續(xù)運(yùn)行站點(diǎn)（A級點(diǎn)），作三維約束平差，獲取重慶CORS站點(diǎn)坐標(biāo)；②約束重慶CORS站點(diǎn)，作三維約束平差，獲取重慶GPS B級網(wǎng)點(diǎn)坐標(biāo)；③約束重慶CORS站點(diǎn)、重慶GPS B級網(wǎng)點(diǎn)，作三維約束平差，獲取重慶GPS C級網(wǎng)點(diǎn)及聯(lián)測點(diǎn)坐標(biāo)。最后得到2000國家坐標(biāo)系、ITRF2000框架某瞬時(shí)歷元坐標(biāo)、ITRF2005框架某瞬時(shí)歷元坐標(biāo)共3套空間坐標(biāo)成果。

利用2000國家坐標(biāo)系分別與1980系、1954系、重慶市獨(dú)立坐標(biāo)系的重合點(diǎn)，采用Bursa七參數(shù)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換模型和二維高斯平面坐標(biāo)轉(zhuǎn)換模型[6-8]，通過轉(zhuǎn)換的方法分別得到1980系、1954系、重慶市獨(dú)立坐標(biāo)系坐標(biāo)成果，同時(shí)基于2000國家坐標(biāo)系建立重慶市都市區(qū)獨(dú)立坐標(biāo)系和重慶市東部獨(dú)立坐標(biāo)系成果，統(tǒng)一重慶坐標(biāo)體系。

3.3 數(shù)據(jù)處理精度

經(jīng)過反復(fù)選擇合格數(shù)據(jù)最終參與解算，形成基線重復(fù)性、空間坐標(biāo)精度等統(tǒng)計(jì)成果，重復(fù)性統(tǒng)計(jì)見表1，

表1 高等級GPS網(wǎng)基線重復(fù)性平均值統(tǒng)計(jì)表/mm

表2 空間坐標(biāo)精度平均值統(tǒng)計(jì)表/mm

由表2可知，A級點(diǎn)空間直角坐標(biāo)X方向的平均精度是±0.1 mm，最弱點(diǎn)精度是±0.4 mm；Y方向的平均精度是±0.3 mm，最弱點(diǎn)精度是±1.1 mm；Z方向的平均精度是±0.2 mm，最弱點(diǎn)精度是±0.7 mm。A級點(diǎn)南北方向的平均精度是±0.1 mm，最弱點(diǎn)精度是±0.3 mm；東西方向的平均精度是±0.1 mm，最弱點(diǎn)精度是±0.3 mm；高程方向的平均精度是±0.3 mm，最弱點(diǎn)精度是±1.3 mm。同樣， B級網(wǎng)和C級網(wǎng)的點(diǎn)位精度均達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

表3 基線精度平均值統(tǒng)計(jì)表

由表3可知，CORS站相鄰點(diǎn)基線南北方向分量的平均精度是±0.1 mm，最弱基線南北方向分量的精度是±0.3 mm；東西方向分量的平均精度是±0.1 mm，最弱基線東西方向分量的精度是±0.4 mm；相鄰點(diǎn)基線垂直分量的平均精度是±0.5 mm，最弱基線垂直分量的精度是±1.6 mm；CORS站基線相對中誤差平均值為8.63×10-10，最弱基線相對誤差為6.23×10-9。同樣，B級網(wǎng)和C級網(wǎng)的基線精度均達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

4 精密水準(zhǔn)網(wǎng)

水準(zhǔn)觀測使用數(shù)字水準(zhǔn)儀和條碼式因瓦水準(zhǔn)尺。二等水準(zhǔn)觀測采用往返觀測方式。新測水準(zhǔn)路線與已有水準(zhǔn)點(diǎn)聯(lián)測或接測時(shí)，按國家規(guī)范要求進(jìn)行檢測。施測二等水準(zhǔn)路線9條(283.2 km)，二等水準(zhǔn)聯(lián)測A級GPS點(diǎn)35個(gè)、B級GPS點(diǎn)60個(gè)、C級GPS點(diǎn)219個(gè)。

用高差不符值計(jì)算了水準(zhǔn)路線每km水準(zhǔn)測量偶然中誤差；對不同等級構(gòu)成的閉合環(huán)線、附合路線進(jìn)行了閉合差計(jì)算，用環(huán)閉合差計(jì)算每km全中誤差。水準(zhǔn)平差在國家第二期一等水準(zhǔn)復(fù)測網(wǎng)控制下完成。以加過標(biāo)尺長度誤差改正、正常水準(zhǔn)面不平行改正、重力異常改正后的觀測高差為元素，距離定權(quán)，待定結(jié)點(diǎn)的正常高程為未知數(shù)進(jìn)行平差。結(jié)點(diǎn)平差高程及路線高差改正量計(jì)算完后，采用附合路線平差的方法推求平差路線中其他各水準(zhǔn)點(diǎn)的高程。處理二等水準(zhǔn)網(wǎng)平差路線529條，水準(zhǔn)點(diǎn)459個(gè)，已知點(diǎn)1個(gè)，未知點(diǎn)458個(gè)。平差后單位權(quán)(每km)中誤差為 0.79 mm ；結(jié)點(diǎn)高程中誤差最大(Ⅰ屏宜85基主)為±16.98 mm，成果精度統(tǒng)計(jì)見表4。

表4 水準(zhǔn)網(wǎng)精度統(tǒng)計(jì)/mm

5 區(qū)域似大地水準(zhǔn)面精化

利用重慶都市區(qū)、周邊地區(qū)的重力點(diǎn)成果、數(shù)字高程模型、全球重力場模型及分布較均勻、現(xiàn)勢性較好的GPS/水準(zhǔn)成果，采用重力法及移去-恢復(fù)技術(shù)進(jìn)行重力大地水準(zhǔn)面的計(jì)算。在預(yù)處理過程中進(jìn)行841種重力大地水準(zhǔn)面計(jì)算，同時(shí)進(jìn)行GPS/水準(zhǔn)的數(shù)據(jù)情況分析，最終確定了529個(gè)GPS/水準(zhǔn)點(diǎn)參加擬合計(jì)算，將這些GPS/水準(zhǔn)點(diǎn)作為擬合數(shù)據(jù)，糾正積分半徑為30 km的重力似大地水準(zhǔn)面?？紤]該區(qū)域重力似大地水準(zhǔn)面精度不高，而GPS/水準(zhǔn)數(shù)據(jù)豐富的因素，充分發(fā)揮GPS/水準(zhǔn)數(shù)據(jù)對區(qū)域大地水準(zhǔn)面的控制作用，分析比較了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、最小二乘配置、薄板樣條、移動(dòng)曲面等多種模型的擬合效果，最終選取薄板樣條函數(shù)擬合方法作為最終采用的重慶市似大地水準(zhǔn)面模型，形成 2.5′×2.5′格網(wǎng)模型似大地水準(zhǔn)面，編制2.5’×2.5’格網(wǎng)1985國家高程基準(zhǔn)與1956年黃海高程系的內(nèi)插軟件。利用529個(gè)GPS／水準(zhǔn)點(diǎn)成果將區(qū)域重力似大地水準(zhǔn)面擬合適配于該區(qū)域的實(shí)測似大地水準(zhǔn)面，薄板樣條函數(shù)以全部擬合點(diǎn)為節(jié)點(diǎn)，充分利用各擬合點(diǎn)的已知信息，將擬合點(diǎn)作為無誤差的觀測量，利用空點(diǎn)法統(tǒng)計(jì)精度，內(nèi)符合殘差為0.0 cm，市區(qū)空點(diǎn)法檢驗(yàn)精度為±1.6 cm，外圍空點(diǎn)法檢驗(yàn)精度為±1.9 cm。

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