□畢剛

（山西省測繪工程院，山西太原030002）

學術(shù)研究

山西運城南部地區(qū)框架網(wǎng)解算及精度分析

□畢剛

（山西省測繪工程院，山西太原030002）

利用高精度精密解算軟件對運城地區(qū)三個框架網(wǎng)點GPS觀測數(shù)據(jù)進行了處理分析，獲取了運城南部地區(qū)的高精度三維地心坐標，將框架網(wǎng)基于CGCS2000坐標系統(tǒng)進行平差，并對解算結(jié)果的精度進行了分析評定。

框架網(wǎng)；CGCS2000

0.引言

隨著我國城市經(jīng)濟建設的快速發(fā)展，對中小城市的測繪保障能力提出了更高的要求。利用現(xiàn)代空間大地測量技術(shù)將高精度坐標框架快速引入中小城市，并實現(xiàn)對各等級測量控制成果的更新和維護，是保障其各項國民經(jīng)濟建設順利進行的基礎。以GPS、北斗等為代表的現(xiàn)代空間導航定位系統(tǒng)可獲取城市區(qū)域框架點的高精度三維地心坐標，從而建立區(qū)域高精度的框架網(wǎng)，這一方面可提高城市基礎控制網(wǎng)的精度和可靠性，另一方面通過這些框架網(wǎng)點可使城市基礎控制網(wǎng)與國家（或省級）高等級GNSS控制網(wǎng)嚴密統(tǒng)一[1]。本文以山西省運城地區(qū)框架網(wǎng)為例，對框架網(wǎng)站點數(shù)據(jù)采集、高精度數(shù)據(jù)處理和精度評定等方面進行了詳細介紹，可為其他城市區(qū)域框架網(wǎng)建設提供參考。

1.框架網(wǎng)觀測

本文用作示例的3個框架網(wǎng)點分布于運城南部地區(qū)，如圖1所示。在2011年，三個框架網(wǎng)點利用徠卡雙頻GPS接收機進行了三個時段共計72個小時的同步觀測，數(shù)據(jù)采樣間隔為30秒，觀測過程嚴格按照國家B級網(wǎng)要求進行。

為獲取框架網(wǎng)點高精度的地心坐標，將框架網(wǎng)點同時與周邊7個IGS跟蹤站點進行聯(lián)測，IGS跟蹤站點選取依據(jù)如下4個原則[2]：①連續(xù)性原則：測站在近3a（或以上）進行連續(xù)觀測；②穩(wěn)定性原則：位于剛性板塊并遠離形變區(qū)域；③高精度原則：速度場精度優(yōu)于3mm/a；④多種解原則：至少3種不同分析解速度殘差好于3mm/a。選定的周邊IGS跟蹤站分別為XIAN、BJFS、WUHN、CHAN、SHAO、URUM、KUNM，分布圖如圖2所示。

2.數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)處理基本概括為三個步驟。首先進行數(shù)據(jù)預處理，然后進行基線解算，最后進行網(wǎng)平差。數(shù)據(jù)預處理使用UNAVCO Facility研制的TEQC，基線解算及網(wǎng)平差則采用美國麻省理工學院等機構(gòu)研制的高精度GPS處理軟件GAMIT/GLOBK進行處理，版本為最新的ver.10.5。

觀測數(shù)據(jù)的質(zhì)量直接影響到基線解算的精度和網(wǎng)平差的可靠性。因此，在進行基線解算之前，需首先對原始觀測數(shù)據(jù)進行預處理，TEQC軟件的質(zhì)量檢核功能可以反映出觀測數(shù)據(jù)的多路徑影響、接收機周跳、衛(wèi)星信號信噪比和電離層延遲等多種指標[3]。利用TEQC對采集的框架網(wǎng)數(shù)據(jù)進行質(zhì)量分析，結(jié)果表明三個框架網(wǎng)點的數(shù)據(jù)質(zhì)量均非常好，數(shù)據(jù)有效率均高于95%，多路徑效應等指標均滿足數(shù)據(jù)處理要求。

基線解算的處理模式為松弛解（RELAX），觀測量選取LC_HELP以盡量消除電離層的影響，對流層誤差模型采用Saastamoninen模型和缺省氣象參數(shù)，天頂延遲參數(shù)個數(shù)為每天13個，接收機鐘差的模型改正用偽距計算出的鐘差，衛(wèi)星鐘差的模型改正用廣播星歷的鐘差參數(shù)，數(shù)據(jù)篩選利用AUTCLN模塊，光壓模型采用BERNE，衛(wèi)星軌道約束為 10-8，IGS跟蹤站坐標約束（NER）為0.005m、0.005m、0.010m，框架點坐標約束（NER）為9.999m、9.999m、9.999m[4]。

網(wǎng)平差采用GLOBK軟件，使用數(shù)據(jù)為GAMIT處理所得基線結(jié)果，采用卡爾曼濾波方法進行時間域和空間域的解算結(jié)果合并，進而估算測站坐標和速度。GAMIT基線解算后，可得到各時段的協(xié)方差陣，再將其作為GLOBK的輸入量，從而將多個單天松弛解合并成最終的解算結(jié)果。三維平差使用WUHN、SHAO、BJFS、URUM等作為起算基準站，使用坐標系統(tǒng)為CGCS2000。

圖1 運城地區(qū)框架點分布

圖2 選取的7個IGS跟蹤站分布

3.精度評定

GAMIT計算得到的單天解標準化均方根差NRMS(Normalized Root Mean Square)是衡量單天解質(zhì)量的重要指標之一，其值一般應約為0.2或更小，若NRMS太大，則說明處理過程中周跳可能未得到完全修復或某一參數(shù)的解算存在很大偏差或解算模型設定有誤[4]。圖3給出了三個單天同步時段的NRMS值，均小于0.2，表明GAMIT解算結(jié)果精度較高。

圖3 單天解NRMS值

基線解算的精度可采用基線的重復性來衡量，基線重復性反映的是時段解之間的內(nèi)符合精度，是評價GPS相對定位結(jié)果的重要指標之一。表1給出了三個框架點間基線的重復性及其精度，從表中可以看出基線長度的精度均在3mm左右，其相對精度達到10-8。圖4給出了基線的長度較差結(jié)果，最小為0.2mm，最大為-2.1mm。

表1 基線解算結(jié)果及其精度統(tǒng)計

圖4 基線長度較差

4.結(jié)論

運城南部地區(qū)框架網(wǎng)數(shù)據(jù)處理模型嚴密，獲得了精度很高的結(jié)果?？蚣芫W(wǎng)基線平均相對精度為0.055ppm，最弱邊相對精度為0.067ppm，邊長為40.3km，更為重要的意義在于可以在局部地區(qū)直接引入CGCS 2000基準。隨著衛(wèi)星大地測量技術(shù)的快速發(fā)展和廣泛應用，我國原有中小城市的大地測量坐標系均需現(xiàn)代化，即用地心、三維、動態(tài)參考坐標系代替原有的非地心坐標系，本文工作可為其他地區(qū)的坐標系統(tǒng)更新提供有益參考。

【1】王敏,張祖勝,許明元等.2000國家GPS大地控制網(wǎng)的數(shù)據(jù)處理和精度評估[J].地球物理學報,2005,48（4）.

【2】秘金鐘,蔣志浩,張鵬等.IGS跟蹤站與國內(nèi)跟蹤站聯(lián)合處理的框架點選擇研究[J].武漢大學學報·信息科學版,2007,32（8）.

【3】李沖,何鑫星,劉云青.TEQC在GPS數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查中的常見問題及解決方案[J].全球定位系統(tǒng),2010,35（5）.

【4】馬洪濱,賀黎明.新版GAMIT軟件的功能特點與應用實例分析[J].礦山測量,2008（4）.

P228.4

B

2095-7319（2014）06-0041-03

畢剛（1982—），男，漢族，湖北洪湖人，工程師，畢業(yè)于武漢大學大地測量專業(yè)，目前主要從事大地測量、工程測量等方面工作。