廖文兵，姚任平，黃功文，武曉莉，李 東

（1.國家測繪地理信息局 大地測量數(shù)據(jù)處理中心,陜西 西安 710054；2.西安科技大學(xué) 測繪科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，陜西 西安 710054；3.陜西測繪地理信息局，陜西 西安 710054；4.國家測繪地理信息局 標(biāo)準(zhǔn)化研究所，陜西 西安 710054）

城市控制網(wǎng)改造中確認(rèn)點位的3種方法探討

廖文兵1,2，姚任平3，黃功文1，武曉莉4，李 東1

（1.國家測繪地理信息局 大地測量數(shù)據(jù)處理中心,陜西 西安 710054；2.西安科技大學(xué) 測繪科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，陜西 西安 710054；3.陜西測繪地理信息局，陜西 西安 710054；4.國家測繪地理信息局 標(biāo)準(zhǔn)化研究所，陜西 西安 710054）

結(jié)合工作實際，提出了3種基于不同間距的控制點定點方法：偽距法單點定位、RTK測量技術(shù)、非差相位精密單點定位（PPP），其中PPP方法可以實現(xiàn)m級間隔的野外控制點確定，對控制網(wǎng)改造和野外找點具有一定的指導(dǎo)意義。

控制網(wǎng)改造；CGCS2000；偽距單點定位；PPP；RTK

為滿足CGCS2000國家大地坐標(biāo)系推廣使用，各省市紛紛建立基于CGCS2000的省、市GNSS連續(xù)運行參考站網(wǎng)和城市相對獨立坐標(biāo)系。為整合現(xiàn)有控制點資料，節(jié)省成本，需按照設(shè)計精度及控制點間距對原有測繪、國土、水利等控制網(wǎng)進(jìn)行合理利用。

在沙漠、丘陵及城市工程網(wǎng)布設(shè)中，由于可供選埋控制點的地形、地貌較少，造成不同部門在同一山頭、相鄰高樓頂幾m甚至1～2 m范圍內(nèi)布設(shè)2～3點。由于地物、地貌的改變使這些點位很難確定，導(dǎo)致在GPS解算中起算點位的不匹配時有發(fā)生。如何在普查過程中確定成果匹配的控制點，筆者根據(jù)點間距的大小提出3種基于不同定位原理的控制點定點方法，對控制網(wǎng)改造和野外確認(rèn)點位具有一定的指導(dǎo)意義。

1 偽距法單點定位

傳統(tǒng)GPS動態(tài)絕對單點定位，是由廣播星歷和鐘差采用距離交會法來解算接收機天線所在點的三維坐標(biāo)，又稱偽距法單點定位。其方法是利用1臺GPS接收機在任一時刻觀測即可獲得點位在WGS84坐標(biāo)系中的三維坐標(biāo)，其優(yōu)點是數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理簡單，定位速度快，借用GPS觀測儀器無須人工干預(yù)即可獲取測點坐標(biāo)，精度是±（10～40） m[1]。這是因為定位解算采用的廣播星歷衛(wèi)星位置的誤差為數(shù)m至幾十 m，衛(wèi)星鐘改正數(shù)的誤差為±20 ns（約6 m）[2]，偽距定位精度使用P碼時約為6 m，使用C/A碼時約為20～30 m[3]，該方法在野外定點中只需要1臺導(dǎo)航型手持機即可完成實時定位，目前廣泛應(yīng)用于大地測量、工程測量及城市控制網(wǎng)改造。

2 RTK測量技術(shù)

RTK放樣測量根據(jù)其基準(zhǔn)站數(shù)據(jù)鏈分發(fā)方式的不同可以分為傳統(tǒng)RTK測量和網(wǎng)絡(luò)RTK測量。傳統(tǒng)RTK測量技術(shù)即是通過3個以上控制點求取施工區(qū)域內(nèi)轉(zhuǎn)換參數(shù)，利用單基站向用戶發(fā)布基站觀測值和坐標(biāo)。其精度隨著作業(yè)半徑的增加而降低，為滿足cm級精度，一般作業(yè)半徑不超過15 km。網(wǎng)絡(luò)RTK測量技術(shù)是基于GNSS連續(xù)運行站技術(shù)發(fā)展起來的，其作業(yè)精度平面優(yōu)于±5 cm，高程±10 cm。該方法在已建立省、市級GNSS連續(xù)運行參考站網(wǎng)的地區(qū)只需要1臺RTK流動站，通過接收來自基準(zhǔn)站的改正數(shù)即可完成dm級間距的控制點定點，而對于尚未建立CORS站的地區(qū)，則至少需要尋找3個以上控制點求取轉(zhuǎn)換參數(shù)后才能完成dm級間距的控制點定點，且需要1+1的RTK配置模式。

3 非差相位精密單點定位

非差精密單點定位技術(shù)是利用單臺接收機在全球范圍內(nèi)進(jìn)行靜態(tài)或動態(tài)獨立作業(yè)，采用IGS或CODE中心提供的精密星歷和衛(wèi)星鐘差以及雙頻載波相位觀測值，采用非差模型進(jìn)行精密單點定位。該技術(shù)在1997年由JPL的Zumbeger等人首先提出，其單天解的精度在水平方向和垂直方向分別為1 cm和2 cm[4,5]，而劉經(jīng)南、葉世榕在2002年提出改進(jìn)模型并用自行研制的定位軟件解算得到單天解在緯度方向（B）優(yōu)于1 cm，經(jīng)度方向（L）優(yōu)于2 cm，垂直方向（H）優(yōu)于3 cm[6]。

3.1 快速產(chǎn)品與最終產(chǎn)品計算結(jié)果比較

IGS公布的最終產(chǎn)品（Final）延遲13 d才可以獲得，快速產(chǎn)品（Rapid）延遲時間為17 h。為了比較2 種產(chǎn)品的最終精度，選取IGS站W(wǎng)UHN站2010年第194～210 d數(shù)據(jù)，采用精密單點定位軟件Trip2．0處理，分別比較2種產(chǎn)品計算獲得的IGS站3個方向的偏差精度。表1給出了WUHN站20 d用IGS快速產(chǎn)品解算坐標(biāo)與IGS最終產(chǎn)品解算結(jié)果的比較差值，圖1～3給出了WUHN站20 d用IGS快速產(chǎn)品解算坐標(biāo)與IGS最終產(chǎn)品解算結(jié)果的比較偏差精度?？梢钥闯觯焖佼a(chǎn)品解算結(jié)果與IGS最終產(chǎn)品解算結(jié)果相差在dm級。3.2 收斂時間

表1 快速星歷與精密星歷解算WUHN站結(jié)果差值/mm

圖1 X方向偏差精度統(tǒng)計

圖2 Y方向偏差精度統(tǒng)計

圖3 Z方向偏差精度統(tǒng)計

為了比較精密單點定位的收斂時間，選取WUHN站2010-07-21觀測數(shù)據(jù)，利用TEQC軟件將數(shù)據(jù)分解成0．5 h、1～24 h觀測數(shù)據(jù)，分別利用Trip2．0軟件動態(tài)解算，數(shù)據(jù)解算結(jié)果與IGS站公布的已知坐標(biāo)作比較，其在X、Y、Z方向的收斂結(jié)果見表2，分布見圖4～6。從3個方向的收斂時間可以看出，單點定位在收斂30 min時，定位誤差約0．5 m，隨著觀測時間的增長，趨于穩(wěn)定，且定位誤差為cm級。

表2 WUHN站X,Y,Z方向收斂結(jié)果

3.3 框架和歷元轉(zhuǎn)換

目前，測繪部門提供的成果均是CGCS2000國家大地坐標(biāo)系，是ITRF97框架2000歷元在我國的具體體現(xiàn)，而精密單點定位解算的成果多采用ITRF2005框架瞬時歷元。為方便比較2種成果的差異，需進(jìn)行框架和歷元的轉(zhuǎn)換，而目前在框架轉(zhuǎn)換方面的研

圖4 X方向收斂結(jié)果

圖5 Y方向收斂結(jié)果

圖6 Z方向收斂結(jié)果

究相當(dāng)豐富，相關(guān)研究表明，ITRF97、ITRF2000、 ITRF2005、ITRF2008坐標(biāo)精度在cm級水平是一致的[7]。歷元則是由于地球板塊是活動的，且受到地球固體潮以及海潮的影響造成的。故站點坐標(biāo)是歷元的時間特征序列，其漂移速度整體在水平方向約2 mm/a，垂直方向約3 mm/a。在工程測量領(lǐng)域，可以認(rèn)為站點坐標(biāo)因歷元的影響是線性化的,在m級定位精度的情況下可以不作考慮。

4 結(jié) 語

在控制網(wǎng)改造中，為避免因錯誤上點而導(dǎo)致GPS解算中起算點不匹配，給外業(yè)測量帶來不必要的麻煩，在普查過程中需按照點位成果和相應(yīng)點之記確定對應(yīng)控制點。如何正確判斷所找控制點即為成果對應(yīng)的點位，筆者給出3種方法。對于相鄰控制點距離超過50 m的野外埋設(shè)情況時，可以利用導(dǎo)航型手持機進(jìn)行野外確定；對于距離約0．5～50 m的多點情況，則可以利用1臺雙頻接收機觀測1 h左右，采用快速精密星歷和鐘差判斷點位；對于0．5 m以下的相鄰點位，則必須采用RTK放樣進(jìn)行點位確定。本文探討的3種控制網(wǎng)改造過程中野外點位確定方法,對控制網(wǎng)改造和野外找點具有一定的指導(dǎo)意義。

[1] 姚任平,廖文兵．基于MapInfo軟件的GPS控制網(wǎng)點位設(shè)計[J]．測繪通報,2011(6):15-17

[2] 樓益棟,劉萬科,張小紅．GPS衛(wèi)星星歷的分析[J]．測繪信息與工程,2003,28(6):4-6

[3] 劉智敏,林文介．GPS非差相位精密單點定位技術(shù)的發(fā)展[J]．桂林工學(xué)院學(xué)報,2004,24(3)：340-344

[4] Zumberge J F,Heflin M B,Jefferson D C,et al．Precise Point Positioning for the Efficient and Robust Analysis of GPS Data from Large Networks[J]．Journal of Geophysical Research,1997,102(B3):5 005-5 017

[5] Zumberge J F,Watkins M M,Web F H． Characteristics and Application of Precise GPS Clock Solution Every 30 Seconds [J]．Navigation,1998,44(4):449-456

[6] 劉經(jīng)南,葉世榕．GPS非差相位精密單點定位技術(shù)探討[J]．武漢大學(xué)學(xué)報:信息科學(xué)版,2002,27(3):234-240

[7] 林曉靜,張小紅．ITRF2005與CGCS2000坐標(biāo)轉(zhuǎn)換方法與精度分析[J]．大地測量與地球動力學(xué),2008(5):1-5

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B

1672-4623（2015）02-0120-03

10.3969/j.issn.1672-4623.2015.02.043

廖文兵，碩士，主要從事GPS數(shù)據(jù)處理工作。

2013-05-14。

項目來源：陜西測繪局科技創(chuàng)新課題資助項目（2010-02）。