暢 毅，暢 鑫，陳信華

（1.中國(guó)石油集團(tuán)東方公司裝備服務(wù)處長(zhǎng)慶作業(yè)部，寧夏 銀川 750006；2.武漢大學(xué) 測(cè)繪學(xué)院，湖北 武漢 430079；3.福建信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院，福建 福州 350007）

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、GNSS技術(shù)和國(guó)際互聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)的聯(lián)合應(yīng)用和發(fā)展，尤其是基于網(wǎng)絡(luò)的GNSS定位技術(shù)和數(shù)據(jù)處理方法的不斷完善，各種網(wǎng)絡(luò)GNSS在線數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)如雨后春筍般的發(fā)展起來(lái)。用戶(hù)不論在世界上的任何地方，只要按要求將觀測(cè)數(shù)據(jù)及相關(guān)信息通過(guò)在線提交或者電子郵件的方式提交給GNSS在線數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，就可以在電子郵箱中收到數(shù)據(jù)處理結(jié)果，這樣不僅給GNSS用戶(hù)帶來(lái)了方便，而且還提高了作業(yè)質(zhì)量并降低了作業(yè)成本。

目前，主要的GNSS在線處理系統(tǒng)有7個(gè)，詳見(jiàn)表1。由于各個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)理念、解決問(wèn)題的側(cè)重面不同，如：AUSPOS（V2.00）、SOPAC－SCOUT、OPUS等系統(tǒng)都是采用自動(dòng)下載上傳站點(diǎn)附近的3個(gè)點(diǎn)（含3個(gè)點(diǎn)）以上的IGS或CORS參考站參與計(jì)算和網(wǎng)平差的解算方式進(jìn)行定位計(jì)算的；而CSRS－PPP、APPS、GAPS和magicGNSS系統(tǒng)則是采用基于非差技術(shù)的精密單點(diǎn)定位的解算方式進(jìn)行定位解算的。在系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可操作性、適宜條件及數(shù)據(jù)處理結(jié)果的精度和可靠性等方面，已經(jīng)有不少學(xué)者在報(bào)告或論文中進(jìn)行了深入的探討，也給出了相關(guān)的結(jié)論，但這些報(bào)告或論文基本上都是基于固定臺(tái)站數(shù)據(jù)來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理與分析的。本文主要結(jié)合某測(cè)區(qū)的GNSS工程控制網(wǎng)的實(shí)際數(shù)據(jù)，來(lái)探討GNSS在線數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)在工程控制網(wǎng)中的適宜性和精度分析，為用戶(hù)在工程控制網(wǎng)中應(yīng)用GNSS在線數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)提供探討和服務(wù)。

表1 7個(gè)主要GNSS在線處理系統(tǒng)及網(wǎng)址

1 工程控制網(wǎng)及GNSS在線數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的主要特點(diǎn)

1.1 工程控制網(wǎng)簡(jiǎn)介

鄂爾多斯蘇里格南國(guó)際合作區(qū)GPS控制網(wǎng)共布設(shè)了13個(gè)高精度控制點(diǎn)，數(shù)據(jù)采樣間隔為15s，接收機(jī)為L(zhǎng)eica 1230。網(wǎng)中每個(gè)點(diǎn)最短的觀測(cè)時(shí)間約為2×23h50m；點(diǎn)間距最大為278km，平均距離為56km；其中：CS16、GT12、GS55、G166均為2000國(guó)家大地坐標(biāo)系成果點(diǎn)，3084、3643、3233、2993、3106、3161為新布設(shè)的控制點(diǎn)，SuMu、HuBa、YC01為國(guó)家1954年北京坐標(biāo)系成果點(diǎn)，詳見(jiàn)圖1。

圖1 鄂爾多斯蘇里格南國(guó)際合作區(qū)GPS控制網(wǎng)

1.2 GNSS在線數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的主要特點(diǎn)

本 文 采 用 了AUSPOS V2.00、SOPACSCOUT、OPUS、CSRS－PPP及APPS等5個(gè)常用GNSS在線數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，它們的特點(diǎn)［1－4］如下：

1）它們都是免費(fèi)使用的，AUSPOS（V2.00）、SOPAC－SCOUT及OPUS都無(wú)需注冊(cè)，而CSRSPPP及APPS需要免費(fèi)注冊(cè)；

2）SOPAC－SCOUT是 采 用GAMIT/GLOBK后臺(tái)處理，對(duì)用戶(hù)的觀測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量要求比較高，APPS同樣對(duì)用戶(hù)的觀測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量要求比較高。

2 GNSS在線數(shù)據(jù)處理結(jié)果精度與分析

2.1 數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)處理比較方案選取

1）根據(jù)鄂爾多斯蘇里格南國(guó)際合作區(qū)GPS控制網(wǎng)的基本情況，選取了有已知成果（CS16、G166、GT12、GS55）和有平差成果的點(diǎn)（2993）參與數(shù)據(jù)處理與對(duì)比分析；

2）利用TEQC工具軟件將這些點(diǎn)的每個(gè)23h50m觀測(cè)數(shù)據(jù)分割為1h、1.5h、2h、2.5h、3h、3.5h、4h、4.5h、5h、5.5h、6h、7h、…、23h、23h50m等不同觀測(cè)時(shí)間長(zhǎng)度的數(shù)據(jù)，采用不同的系統(tǒng)分別處理，利用每個(gè)觀測(cè)點(diǎn)多日觀測(cè)值數(shù)據(jù)處理結(jié)果的平均值與每個(gè)觀測(cè)時(shí)段長(zhǎng)度數(shù)據(jù)處理結(jié)果進(jìn)行比較，分析五大系統(tǒng)的解算精度隨觀測(cè)數(shù)據(jù)時(shí)段長(zhǎng)度的變化規(guī)律，驗(yàn)證其內(nèi)符合精度；

3）將各個(gè)系統(tǒng)解算的結(jié)果與已知的2000國(guó)家大地坐標(biāo)系成果或用2000國(guó)家大地坐標(biāo)系成果約束下的網(wǎng)平差成果比較，驗(yàn)證各個(gè)系統(tǒng)的外符合精度。

2.2 數(shù)據(jù)處理結(jié)果精度與分析

方案1：圖2～6分別給出了用APPS、AUSPOS（V2.00）、CSRS－PPP、OPUS及SCOUT解 算 的CS16觀測(cè)點(diǎn)不同數(shù)據(jù)量的解算坐標(biāo)與3d23h50m解算坐標(biāo)平均值的差值。分析各圖可見(jiàn)：

1）各個(gè)系統(tǒng)3d23h50m解算坐標(biāo)的平均值與不同數(shù)據(jù)量的解算坐標(biāo)的差值都隨數(shù)據(jù)量的增加而趨于平穩(wěn)，AUSPOS（V2.00）和SCOUT系統(tǒng)的差值最??；而OPUS系統(tǒng)的差值相對(duì)較大，基本在2cm。

2）從圖2、圖3可以看出：APPS及CSRS－PPP系統(tǒng)3h后3個(gè)坐標(biāo)分量的差值基本都在10mm以?xún)?nèi)，其內(nèi)符合精度較好。

3）從圖4、圖5可以看出：AUSPOS（V2.00）系統(tǒng)3h后3個(gè)坐標(biāo)分量的差值基本在5mm以?xún)?nèi)；SCOUT系統(tǒng)5h后3個(gè)坐標(biāo)分量的差值基本在5mm以?xún)?nèi)；其內(nèi)符合精度最好。

4）從圖6可以看出：OPUS系統(tǒng)4h后3個(gè)坐標(biāo)分量的差值基本都在20mm以?xún)?nèi)，其內(nèi)符合精度一般。

方案2：選取具有2000國(guó)家坐標(biāo)系（CGCS2000）坐標(biāo)的CS16、GT12、GS55、G166 4個(gè)點(diǎn)各個(gè)系統(tǒng)與其坐標(biāo)真值進(jìn)行比較，表2給出了五大GNSS在線處理系統(tǒng)處理的多天平均值與真值的比較（為便于統(tǒng)計(jì)對(duì)比，表中數(shù)據(jù)只取小數(shù)點(diǎn)前一位及其尾數(shù)的部分進(jìn)行比較，下同），其中：△X最大為0.336 4m，最小達(dá)0.301 5m；△Y最大為－0.155 3m，最 小 為0.053 7m；△Z最 大 為0.155 4m，最小為0.088 0m。

表2 五大GNSS在線處理系統(tǒng)處理的多天平均值與真值的比較 m

雖然表2給出的各個(gè)系統(tǒng)處理的多天平均值與其坐標(biāo)真值的差距較大，但不能簡(jiǎn)單地判定其外符合精度不好。因2000國(guó)家坐標(biāo)系（CGCS2000）采用的是ITRF97框 架2000.0歷 元［5－6］，而 各 個(gè) 系 統(tǒng)數(shù)據(jù)處理結(jié)果都是基于表2最后一行所給出的框架和歷元，由于地球表面上一點(diǎn)的坐標(biāo)受板塊運(yùn)動(dòng)和潮汐影響在時(shí)間上和空間上是變化的［7］，所以就導(dǎo)致了不同框架、不同歷元下的同一個(gè)站點(diǎn)的坐標(biāo)差異較大，為便于實(shí)用，必須將其結(jié)果轉(zhuǎn)換到基于ITRF97框架2000.0歷元下的坐標(biāo)，必須進(jìn)行框架和歷元的轉(zhuǎn)換，進(jìn)一步檢核其外符合精度。

3 坐標(biāo)轉(zhuǎn)換及精度分析

要把基于參考框架為ITRF XX、指定歷元的觀測(cè)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換到ITRF97框架、2000.0歷元下的CGCS2000坐標(biāo)系統(tǒng)有3種轉(zhuǎn)換方式［5］：①按已公布的ITRF框架之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系進(jìn)行轉(zhuǎn)換；②通過(guò)公共點(diǎn)求解轉(zhuǎn)換參數(shù)進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換；③通過(guò)平差的方法將GPS網(wǎng)納入到2000國(guó)家大地坐標(biāo)系。

3.1 坐標(biāo)轉(zhuǎn)換

1）按照方法1進(jìn)行ITRF框架之間的轉(zhuǎn)換時(shí)，2個(gè)ITRF框架下的X，Y，Z坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換參數(shù)必須已知，一般不好實(shí)現(xiàn)。在沒(méi)有直接的轉(zhuǎn)換關(guān)系的情況下，可將ITRFXX框架作為過(guò)渡實(shí)施轉(zhuǎn)換。在ITRF框架固定的前提下，控制點(diǎn)在不同歷元下對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)也是不同的，通過(guò)轉(zhuǎn)換公式將同一框架下不同參考?xì)v元的控制點(diǎn)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為同一參考?xì)v元下的坐標(biāo)成果［5，8－9］。

通 過(guò) 式（1）分 別 將ITRF2008、ITRF2005、ITRF2000框架下的2011即時(shí)歷元的待處理坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為2000.0歷元坐標(biāo)成果。

將參考?xì)v元t1轉(zhuǎn)換為t2的轉(zhuǎn)換公式為

式中：t1為原參考?xì)v元，t2為需轉(zhuǎn)換到的參考?xì)v元，［Xt1，Yt1，Zt1］T為原參考?xì)v元下控制點(diǎn)坐標(biāo)，［Xt2，Yt2，Zt2］T為需轉(zhuǎn)換到的參考?xì)v元的控制點(diǎn)坐標(biāo)，［VX，VY，VZ］T為控制點(diǎn)的速率。原參考?xì)v元下控制點(diǎn)坐標(biāo)及速率，可以從ITRF網(wǎng)站（http://itrf.ensg.ign.fr/ITRF）所提供的相應(yīng)的框架站點(diǎn)坐標(biāo)文件獲取。

再利用式（2）布爾薩·沃爾夫模型及CS16、GS55、GT12、G166 4個(gè)公共點(diǎn)中的3個(gè)（CS16、GS55、GT12）分別求取的ITRF2008、ITRF2005、ITRF2000框架下的2000.0歷元的坐標(biāo)到ITRF97框架下的2000.0歷元的坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換參數(shù)，依其不同的轉(zhuǎn)換參數(shù)分別進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換（方法2），G166點(diǎn)作為檢核點(diǎn)，根據(jù)計(jì)算參數(shù)進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換后的坐標(biāo)值與真值較差來(lái)檢驗(yàn)各系統(tǒng)外符合精度，詳見(jiàn)表3。

表3 G166點(diǎn)各系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理結(jié)果轉(zhuǎn)換值與真值比較m

布爾薩·沃爾夫模型又稱(chēng)為七參數(shù)轉(zhuǎn)換或七參數(shù)赫爾模特變換，在該模型中共采用了7個(gè)參數(shù)，分別是3個(gè)平移參數(shù)、3個(gè)旋轉(zhuǎn)參數(shù)（也被稱(chēng)為3個(gè)歐拉角）和1個(gè)尺度參數(shù)m。設(shè)有2個(gè)分別基于不同基準(zhǔn)的空間直角坐標(biāo)系，OA－XAYAZA和Ob－XBYBZB，采用布爾沙模型將OA－XAYAZA下坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為Ob－XBYBZB的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換公式為

式中：ΔX0、ΔY0、ΔZ0為3個(gè)平移參數(shù)，εX、εY、εZ為3個(gè)旋轉(zhuǎn)參數(shù)，m為尺度變化因子［8］。

2）鄂爾多斯蘇里格南國(guó)際合作區(qū)GPS控制網(wǎng)觀測(cè)數(shù)據(jù)是采用Leica 1230隨機(jī)軟件LGO 7.0加精密星歷處理的，網(wǎng)平差則是選取CS16、GS55、GT12、G166 4個(gè)具有2000國(guó)家大地坐標(biāo)系坐標(biāo)的點(diǎn)，約束其CS16、GS55、GT12 3點(diǎn)的坐標(biāo)進(jìn)行平差，求取網(wǎng)中其它點(diǎn)的2000國(guó)家大地坐標(biāo)系坐標(biāo)（平差值），G166點(diǎn)作為檢核點(diǎn)，根據(jù)平差后的坐標(biāo)值與真值較差來(lái)檢驗(yàn)工程控制網(wǎng)的外符合精度，見(jiàn)表4、表5。

表4 2993點(diǎn)各系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理結(jié)果轉(zhuǎn)換值與平差值比較m

表5 G166點(diǎn)平差值與真值比較 m

3.2 精度分析

1）經(jīng)過(guò)將ITRF2008、ITRF2005、ITRF2000框架下的歷元轉(zhuǎn)換及相同歷元下的不同框架的轉(zhuǎn)換，所得的G166點(diǎn)各系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理結(jié)果轉(zhuǎn)換值與真值比較，X，Y，Z坐標(biāo)差值最大為2.75cm，最小為0.9mm，符合精度很好；

2）經(jīng)過(guò)將ITRF2008、ITRF2005、ITRF2000框架下的歷元轉(zhuǎn)換及相同歷元下的不同框架的轉(zhuǎn)換，所得的2993點(diǎn)各系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理結(jié)果轉(zhuǎn)換值與平差值比較，X，Y，Z坐標(biāo)差值最大為1.8cm，最小為1.0mm，符合精度也很好；

3）經(jīng)過(guò)基于2000國(guó)家大地坐標(biāo)系，約束其CS16、GS55、GT12 3點(diǎn)的坐標(biāo)進(jìn)行平差，所得的G166點(diǎn)的平差值與真值比較，X，Y，Z坐標(biāo)差依次為：0.1mm、0.3mm和0.5mm，符合精度更好。

4 結(jié) 論

1）本文所用到的5個(gè)GNSS在線數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，不論是以觀測(cè)點(diǎn)附近的3個(gè)點(diǎn)（含3個(gè)點(diǎn)）以上的IGS或CORS參考站參與計(jì)算和網(wǎng)平差解算方式進(jìn)行定位計(jì)算的系統(tǒng)，還是基于非差技術(shù)的精密單點(diǎn)定位解算方式進(jìn)行定位解算系統(tǒng)，其性能都很穩(wěn)定、方便和快捷，只需用戶(hù)按一定要求上傳數(shù)據(jù)，就可獲得準(zhǔn)確的處理結(jié)果，除APPS以外的系統(tǒng)都支持網(wǎng)頁(yè)提交數(shù)據(jù)，界面友好，交互性強(qiáng)；

2）對(duì)于以觀測(cè)點(diǎn)附近的3個(gè)點(diǎn)（含3個(gè)點(diǎn)）以上的IGS或CORS參考站參與計(jì)算和網(wǎng)平差解算方式進(jìn)行定位計(jì)算的AUSPOS（V2.00）、SOPACSCOUT、OPUS等系統(tǒng)，盡管本文分析指出觀測(cè)數(shù)據(jù)大于4h就可得到厘米級(jí)的定位精度，但實(shí)際上由于目前國(guó)內(nèi)能參與計(jì)算或能提供轉(zhuǎn)換所需的精準(zhǔn)坐標(biāo)及速度的IGS或CORS站不多且分布不均，甚至距觀測(cè)點(diǎn)都在數(shù)百千米以外，所以，建議觀測(cè)時(shí)間最好選6h以上，以獲得穩(wěn)定可靠的成果；

3）對(duì)基于非差技術(shù)的精密單點(diǎn)定位解算方式進(jìn)行定位解算的CSRS－PPP、APPS等系統(tǒng)，因數(shù)據(jù)處理過(guò)程中要探測(cè)和剔除帶有誤差的數(shù)據(jù)，求得“干凈”的數(shù)據(jù)參與計(jì)算，所以，建議觀測(cè)時(shí)間最好選6h以上，以獲得穩(wěn)定可靠的成果；

4）鑒于各個(gè)系統(tǒng)的優(yōu)越性，只要數(shù)據(jù)觀測(cè)量足夠，對(duì)于任何工程控制網(wǎng)，用戶(hù)都可放心使用本文介紹的任一系統(tǒng)或幾個(gè)系統(tǒng)處理數(shù)據(jù)，這樣既可以減少作業(yè)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，又節(jié)約作業(yè)成本。

5）由于受地球上板塊運(yùn)動(dòng)和潮汐影響在時(shí)間和空間上的變化，加之坐標(biāo)系統(tǒng)間的差異，建議在實(shí)際工作中一定要顧及位置和時(shí)間的變化，將框架和歷元?dú)w算到統(tǒng)一規(guī)定的系統(tǒng)下使用。

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