張 揚(yáng)，王 波，楊華先，李 劍

（1.湖北省測(cè)繪工程院，湖北 武漢 430074）

常規(guī)大地測(cè)量是以往國(guó)家控制網(wǎng)建立的基本手段，受技術(shù)條件的限制，常規(guī)大地測(cè)量方法并不能獲得點(diǎn)位的真正三維坐標(biāo)，而是分別建立平面二維控制網(wǎng)和高程控制網(wǎng)。由于缺乏外部檢核，常規(guī)控制網(wǎng)的質(zhì)量常常是以內(nèi)符精度的指標(biāo)體現(xiàn)。當(dāng)前GNSS技術(shù)已廣泛應(yīng)用到“數(shù)字城市”、工程測(cè)量、變形監(jiān)測(cè)等各個(gè)領(lǐng)域，為了滿足用戶對(duì)三維位置服務(wù)應(yīng)用的要求，需要建立空間數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施來實(shí)現(xiàn)新的坐標(biāo)參考框架，并建立與社會(huì)信息化程度同步發(fā)展的數(shù)據(jù)服務(wù)體系[1]。

作為城市空間數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)設(shè)施，不僅要求為建立數(shù)字局域而獲取空間數(shù)據(jù)和地理特征，而且對(duì)信息采集的實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性有較高的要求。當(dāng)前，只有利用GNSS定位技術(shù)建立的連續(xù)運(yùn)行衛(wèi)星定位服務(wù)系統(tǒng)，才能滿足城市信息化建設(shè)的多種需求。CORS不僅是動(dòng)態(tài)的、連續(xù)的空間參考框架，同時(shí)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]。

在當(dāng)代社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和信息化建設(shè)潮流下，為進(jìn)一步提高湖北省基礎(chǔ)測(cè)繪保障能力，促進(jìn)“數(shù)字湖北”建設(shè)，湖北省測(cè)繪局建立起了湖北省連續(xù)運(yùn)行衛(wèi)星定位系統(tǒng)（HBCORS）。HBCORS建成后，通過與IGS站點(diǎn)及省內(nèi)CGCS 2000網(wǎng)點(diǎn)進(jìn)行聯(lián)測(cè)，建立起一致的參考框架，以此為基礎(chǔ)與湖北省境內(nèi)的各級(jí)大地控制點(diǎn)、似大地水準(zhǔn)面精化等成果相結(jié)合，構(gòu)成提供精密定位服務(wù)的三維基準(zhǔn)。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(cè)是系統(tǒng)建設(shè)中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)[7]。在HBCORS參考框架的建立中，基線處理精度達(dá)到10-9量級(jí)，參考站點(diǎn)位精度達(dá)到mm級(jí)，本文從外業(yè)聯(lián)測(cè)和數(shù)據(jù)處理2個(gè)方面對(duì)其建立的方法進(jìn)行了研究。

1 外業(yè)聯(lián)測(cè)

HBCORS整個(gè)外業(yè)聯(lián)測(cè)點(diǎn)包括國(guó)家A、B級(jí)控制點(diǎn)85個(gè)和湖北省連續(xù)運(yùn)行參考站80個(gè)，其中A、B級(jí)控制點(diǎn)觀測(cè)時(shí)間為2010年10月11日（DOY 283）至2010年10月13日（DOY 285），2010年10月17日（DOY 290）至2010年10月19日（DOY 292），共觀測(cè)同步環(huán)2個(gè)，每個(gè)同步環(huán)中共有78～80個(gè)測(cè)點(diǎn)。圖1中綠色三角形表示HBCORS參考站；藍(lán)色實(shí)心圓表示同步環(huán)1中的A、B級(jí)控制點(diǎn)，分布于湖北省的西部；紅色實(shí)心圓表示同步環(huán)2中的測(cè)點(diǎn)，分布于湖北省的東部。其中，以HBCORS的34個(gè)連續(xù)運(yùn)行站和3個(gè)A、B級(jí)控制點(diǎn)（1791、1836、1868）作為聯(lián)測(cè)的公共點(diǎn)，共觀測(cè)6 d。

圖1 HBCORS聯(lián)測(cè)點(diǎn)位圖

聯(lián)測(cè)時(shí)HBCORS連續(xù)運(yùn)行站采用TRMBLE NetR8接收機(jī)，天線采用Trimble Zephyr GNSS Geodetic Model 2天線。A、B級(jí)點(diǎn)聯(lián)測(cè)時(shí)分別采用Trimble5700、Trimble5800、TRIMBLE R8 3種 雙 頻GPS接收機(jī)。每個(gè)同步環(huán)分別觀測(cè)3個(gè)時(shí)段，每個(gè)時(shí)段24 h；采樣率為30 s，所有測(cè)點(diǎn)上均建有強(qiáng)制對(duì)中觀測(cè)墩，觀測(cè)時(shí)使用特制的基座。因此，大部分測(cè)點(diǎn)天線高為基座的高度(0.075 m)，少數(shù)幾個(gè)測(cè)點(diǎn)需要量測(cè)天線高，測(cè)前、測(cè)后分別量取3次。

2 基線解算策略

本次聯(lián)測(cè)采用GAMIT軟件解算基線。A、B級(jí)點(diǎn)聯(lián)測(cè)同步環(huán)最大測(cè)站數(shù)為44個(gè)，與之同步的CORS站有80個(gè)，若加上聯(lián)測(cè)的10個(gè)IGS跟蹤站，同步環(huán)最大測(cè)站數(shù)為134個(gè)（見圖1），而GAMIT軟件編寫時(shí)，未考慮到如此龐大的同步環(huán)數(shù)據(jù)處理，其默認(rèn)可同時(shí)解算的最大測(cè)站數(shù)為100 個(gè)。因此，本次基線解算時(shí)，為避免由于測(cè)站數(shù)過多而導(dǎo)致軟件無法解算，我們隨機(jī)地選擇了均勻分布于整個(gè)湖北省的34個(gè)CORS站（如圖2所示，藍(lán)色三角形為選取的框架點(diǎn)）作為基線解算的聯(lián)結(jié)點(diǎn)。

圖2 HBCORS聯(lián)測(cè)點(diǎn)位圖

在聯(lián)測(cè)期間，將選擇的34個(gè)CORS站與聯(lián)測(cè)的A、B級(jí)點(diǎn)及10個(gè)IGS跟蹤站（見圖3）聯(lián)合解算基線；在未聯(lián)測(cè)期間，將80個(gè)CORS站與10個(gè)IGS跟蹤站共15 d的同步觀測(cè)數(shù)據(jù)聯(lián)合解算。采用上述方法解算基線，盡管A、B級(jí)點(diǎn)未能完全與同步觀測(cè)的所有CORS站發(fā)生聯(lián)系，但由于34個(gè)聯(lián)結(jié)點(diǎn)均勻分布于全省，且A、B級(jí)點(diǎn)、CORS站間同步觀測(cè)時(shí)間長(zhǎng)達(dá)72 h，能夠有效減小未顧及所有測(cè)站同步而對(duì)整網(wǎng)平差產(chǎn)生的影響。

圖3 聯(lián)測(cè)的IGS跟蹤站分布圖

3 網(wǎng)平差策略

本項(xiàng)目中共有A、B級(jí)控制點(diǎn)85個(gè)，可以作為平差的約束基準(zhǔn)，但考慮到A、B級(jí)控制點(diǎn)的CGCS2000坐標(biāo)可能存在粗差，如果在平差時(shí)對(duì)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。因此，有必要在平差時(shí)對(duì)已有成果的精度進(jìn)行評(píng)估，方法如下：

首先利用已知的IGS跟蹤站坐標(biāo)作為約束基準(zhǔn)，獲得各個(gè)A、B級(jí)點(diǎn)以及HBCORS參考站在CGCS2000坐標(biāo)系下的坐標(biāo)，然后將平差得到的A、B級(jí)控制點(diǎn)坐標(biāo)與已有的A、B級(jí)控制點(diǎn)坐標(biāo)進(jìn)行比較，尋找測(cè)區(qū)范圍內(nèi)最為吻合的均勻分布的A、B級(jí)控制點(diǎn)，并將其強(qiáng)約束，利用GLOBK軟件濾波，獲得較為可靠的濾波結(jié)果后，利用IGS跟蹤站進(jìn)行基準(zhǔn)定義，將濾波后的結(jié)果統(tǒng)一旋轉(zhuǎn)至IGS跟蹤站確定的CGCS2000框架下。HBCORS聯(lián)測(cè)數(shù)據(jù)解算精度統(tǒng)計(jì)如表1所示。

表1 HBCORS動(dòng)態(tài)參考基準(zhǔn)精度

4 結(jié) 語

通過與IGS跟蹤站及A、B級(jí)點(diǎn)的坐標(biāo)聯(lián)測(cè)，HBCORS建立起了湖北省新一代高精度的動(dòng)態(tài)參考基準(zhǔn)，為湖北省空間技術(shù)的應(yīng)用及其產(chǎn)業(yè)化發(fā)展提供了基礎(chǔ)性測(cè)繪保障。其中，基準(zhǔn)網(wǎng)重復(fù)性達(dá)到10-9量級(jí)，基線處理的精度高出設(shè)計(jì)目標(biāo)1個(gè)量級(jí)；平差后，HBCORS參考站點(diǎn)位精度高，X、Y、Z3個(gè)分量的精度都優(yōu)于0.01 m，能夠提供全國(guó)統(tǒng)一框架下各參考站的精確坐標(biāo)。

HBCORS動(dòng)態(tài)參考框架建立的過程具有以下鮮明的特點(diǎn)：①聯(lián)測(cè)規(guī)模大，覆蓋了全湖北省約18萬km2的范圍；②同步觀測(cè)站數(shù)多，同步環(huán)最大測(cè)站數(shù)為134個(gè)，超出了GAMIT軟件處理默認(rèn)最大測(cè)站數(shù)100個(gè)的規(guī)模；③觀測(cè)時(shí)間長(zhǎng)、數(shù)據(jù)量龐大，80個(gè)參考站與IGS同步觀測(cè)達(dá)15×24 h，與省內(nèi)85個(gè)A、B級(jí)點(diǎn)同步觀測(cè)達(dá)3×24 h，這些特點(diǎn)給高精度GNSS數(shù)據(jù)處理帶來難度。本文對(duì)HBCORS外業(yè)聯(lián)測(cè)、基線解算以及網(wǎng)平差處理的策略進(jìn)行了分析，剖析了HBCORS高精度參考框架的獲取方法，在大面積區(qū)域參考框架的建立、高精度GPS網(wǎng)的統(tǒng)一與數(shù)據(jù)處理以及省級(jí)CORS系統(tǒng)建設(shè)等方面具有現(xiàn)實(shí)的指導(dǎo)和借鑒意義。

[1]呂志平，劉經(jīng)南.空間數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施中的坐標(biāo)參考框架[J].測(cè)繪通報(bào)，2001（4）:1-3

[2]劉經(jīng)南，劉暉.連續(xù)運(yùn)行衛(wèi)星定位服務(wù)系統(tǒng)——城市空間數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)設(shè)施[J].武漢大學(xué)學(xué)報(bào)：信息科學(xué)版，2003,28（3）：259-264

[3]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(zhǎng)安大學(xué)，2010

[4]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

[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(guó)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(guó)家大地坐標(biāo)系聯(lián)測(cè)及數(shù)據(jù)處理[J].城市勘測(cè)，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(cè)方法探討[C].中國(guó)全球定位系統(tǒng)技術(shù)應(yīng)用協(xié)會(huì)第九次年會(huì)論文匯編，2007