羅天保（陜西省水利電力勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院測(cè)繪分院陜西西安710002）

科傻GPS數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)在韓城市禹門抽黃工程中的應(yīng)用

羅天保
（陜西省水利電力勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院測(cè)繪分院陜西西安710002）

本文講述科傻GPS數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)在韓城市禹門口抽黃改造工程三維無約束平差及二維約束平差中的應(yīng)用，詳細(xì)介紹了GPS數(shù)據(jù)處理的過程及精度，為類似的GPS數(shù)據(jù)處理過程提供參考。

科傻GPS數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)；抽黃改造工程；應(yīng)用

1　工程概況

韓城市禹門口抽黃改造工程線路主要沿原禹門抽黃灌溉工程渠線布設(shè)，本次改造工程對(duì)原渠線進(jìn)行改造和新建，工程擬分兩級(jí)加壓，線路主要有管道、隧洞、倒虹、管橋、分水閘、水處理廠、泵站等建筑物組成。線路需多次穿越公路、鐵路及廠礦等人口密集帶，工程施工難度較大。線路全長約25km。

一級(jí)泵站至二級(jí)泵站段為第一段，該段線路位于黃河岸邊的淺山地段，線路主要由管橋、隧洞及管道組成，長約3.2km。第二段為新建二級(jí)泵站至白礬河隧洞出口段，該段線路主要穿越村鎮(zhèn)及廠礦區(qū)，人口、房屋沿渠道兩岸密布，穿越難度大，線路主要由隧洞、管橋、蓋板涵等組成，線路長約10km。第三段為白礬河隧洞出口至盤河水庫南北干渠分水閘段，該段線路主要穿越農(nóng)田，供水管線與原管線并行，不再沿原渠線布設(shè)，線路建筑物主要為管道，線路全長約6km。第四段為盤河水庫南干渠末端至小曲溝的北湖風(fēng)景區(qū)，該段線路主要穿越黃土溝壑區(qū)，線路主要由倒虹、管道等組成，線路長約5km。第五段為盤河水庫總干渠至南北干渠分水閘，該段主要為渠頂加設(shè)蓋板進(jìn)行封閉。

2　GPS控制網(wǎng)布設(shè)及觀測(cè)

根據(jù)本工程布置及測(cè)繪要求，平面控制布設(shè)為四等GPS網(wǎng)。從黃河一級(jí)站至韓城市擬建北湖每5公里左右靠近線路埋設(shè)一組GPS標(biāo)石，GPS點(diǎn)編號(hào)：GPi（i=01，02，……，22）。22個(gè)GPS點(diǎn)和B級(jí)GPS點(diǎn)1323（夏陽鎮(zhèn)）及三角點(diǎn)西原山△、文家?guī)X△共25點(diǎn)統(tǒng)一構(gòu)成四等GPS網(wǎng)。GPS網(wǎng)觀測(cè)采用5臺(tái)海星達(dá)H32型接收機(jī)采用網(wǎng)連及邊連方式分時(shí)段同步觀測(cè)，觀測(cè)過程中衛(wèi)星高度角≥15°，觀測(cè)時(shí)段長度≥50min，有效觀測(cè)衛(wèi)星數(shù)≥4個(gè)，數(shù)據(jù)采樣間隔10s～30s，PDOP≤6。外業(yè)測(cè)站觀測(cè)時(shí)，天線安置的對(duì)中誤差小于2mm，天線高的量取精確至1mm；為了保證觀測(cè)數(shù)據(jù)的可靠性，每天的觀測(cè)數(shù)據(jù)當(dāng)天及時(shí)下載并進(jìn)行質(zhì)量檢驗(yàn)。

3　GPS數(shù)據(jù)處理及精度統(tǒng)計(jì)

GPS基線解算采用中海達(dá)后處理隨機(jī)軟件HGO，在解算過稱中嚴(yán)格按照四等GPS精度要求采用L1/L2雙差固定解。基線解算合格后將基線解算結(jié)果導(dǎo)出并采用TGO閉合環(huán)統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行重復(fù)基線測(cè)量的長度較差、同步環(huán)、異步環(huán)各坐標(biāo)分量閉合差及環(huán)線全長閉合差計(jì)算?；€解算結(jié)果精度最大重復(fù)基線邊（GP07～GP08）較差為7.7mm，小于限差29.8mm，同步環(huán)、異步環(huán)各坐標(biāo)分量閉合差及環(huán)線全長閉合差計(jì)算結(jié)果最大值及限差如表1所示。

從以上復(fù)測(cè)基線、同步環(huán)及異步環(huán)的精度統(tǒng)計(jì)結(jié)果來看，基線解算精度較高，GPS基線向量不存在粗差，外業(yè)觀測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量良好。

三維無約束平差及二維約束平差采用“GPS工程測(cè)量網(wǎng)通用平差軟件包（簡稱Cosa GPS V5.20）”。在中海達(dá)后處理隨機(jī)軟件HGO中將基線處理合格后導(dǎo)出為TXT 或Trimble格式，以便導(dǎo)入Cosa GPS V5.20進(jìn)行三維無約束平差及二維約束平差。

表1　同步環(huán)、異步環(huán)各坐標(biāo)分量閉合差及環(huán)線全長閉合差最大值統(tǒng)計(jì)表

圖1　科傻GPS數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)新建工程界面

在用Cosa GPS V5.20進(jìn)行GPS平差解算時(shí)首先要新建工程，新建工程時(shí)輸入相應(yīng)的工程名稱及保存路徑、儀器固定誤差、儀器比例誤差，并選擇相應(yīng)的坐標(biāo)系統(tǒng)及控制網(wǎng)等級(jí)。由于該工程要求為四等GPS且要進(jìn)行三維無約束平差，故將坐標(biāo)系統(tǒng)選擇為WGS84，控制網(wǎng)等級(jí)選擇為國家D級(jí)。儀器固定誤差、儀器比例誤差用規(guī)范規(guī)定的四等GPS精度的儀器固定誤差和儀器比例誤差（10+10ppm），還要將測(cè)區(qū)平均緯度、中央子午線經(jīng)度及Y加常數(shù)500km輸入相應(yīng)的位置。其新建工程界面如圖1所示。

將工程新建后輸入B級(jí)GPS點(diǎn)1323（夏陽鎮(zhèn)）的三維已知坐標(biāo)及B級(jí)GPS點(diǎn)1323（夏陽鎮(zhèn)）及國家三角點(diǎn)西原山△、文家?guī)X△的二維已知坐標(biāo)（國家3°帶平面直角坐標(biāo)），然后讀取同步基線數(shù)據(jù)。選擇中海達(dá)后處理隨機(jī)軟件HGO導(dǎo)出的基線處理結(jié)果讀入至Cosa GPS V5.20并形成獨(dú)立基線文件，形成獨(dú)立基線文建時(shí)將形成獨(dú)立基線的方式設(shè)置為全選。程序平差界面如圖2所示。

B級(jí)GPS點(diǎn)1323（夏陽鎮(zhèn)）及三角點(diǎn)西原山△、文家?guī)X△的坐標(biāo)為國家6°帶坐標(biāo)，在工程測(cè)量中常使用的是國家3°帶坐標(biāo)，這就需要進(jìn)行相應(yīng)的換代計(jì)算工作。韓城市禹門口抽黃改造工程在國家6°帶的帶號(hào)為19，其中央子午線經(jīng)度為111°，國家3°帶的第37帶恰好與6°帶的19帶重合，在這個(gè)區(qū)域內(nèi)3°帶坐標(biāo)與6°帶坐標(biāo)是一致的，所以在這個(gè)工程中不需要進(jìn)行換帶計(jì)算。

三維無約束平差以國家B級(jí)GPS點(diǎn)1323（夏陽鎮(zhèn)）的WGS84坐標(biāo)作為起算數(shù)據(jù)進(jìn)行三維無約束平差（三維向量網(wǎng)平差），平差后三維基線向量殘差均顯示合格；控制網(wǎng)的三維基線向量內(nèi)部可靠性均值為0.69，最大為0.95。這說明該GPS控制網(wǎng)的基線向量觀測(cè)沒有出現(xiàn)粗差，控制網(wǎng)的內(nèi)部可靠性較好；控制網(wǎng)最弱點(diǎn)為GP01，點(diǎn)位中誤差為2.31cm，最弱邊GP13～GP14，相對(duì)中誤差為1/175000，其精度優(yōu)于規(guī)范允許限差1/40000。由此看出三維無約束平差的精度是較高的。

三維無約束平差完成后進(jìn)行二維約束平差，二維約束平差以國家B級(jí)GPS點(diǎn)1323（夏陽鎮(zhèn)）及國家三角點(diǎn)西原山△、文家?guī)X△作為起始點(diǎn)，由于該工程控制網(wǎng)使用的是西安80坐標(biāo)系，所以在平差二維約束前先在設(shè)置中將坐標(biāo)系統(tǒng)設(shè)置為西安80，其他參數(shù)與保持三維無約束平差的參數(shù)不變。平差后最弱點(diǎn)為GP01，點(diǎn)位中誤差為1.95cm，最弱邊GP13～GP14相對(duì)中誤差為1/122000，其精度優(yōu)于規(guī)范允許限差1/40000，控制網(wǎng)二維基線向量內(nèi)部可靠性均值達(dá)到了0.71。從三維無約束平差及二維約束平差的結(jié)果來看，該控制網(wǎng)的內(nèi)部吻合度是比較高的，其平差精度均高于規(guī)范允許范圍。

4　Cosa GPS V5　.20　的優(yōu)劣性

GPS工程測(cè)量網(wǎng)通用平差軟件包（Cosa GPS V5.20）由武漢大學(xué)測(cè)繪學(xué)院研制，為常用的GPS后處理軟件，在GPS數(shù)據(jù)處理階段有其他軟件不可比擬的優(yōu)勢(shì)，其應(yīng)用范圍較廣，在GPS數(shù)據(jù)處理及GPS控制網(wǎng)設(shè)計(jì)及穩(wěn)定性分析方面是非常實(shí)用的，其平差整體性好，輸出成果內(nèi)容齊全，解算容量大，運(yùn)算速度比較快。該軟件還存在一些不足：（1）在統(tǒng)計(jì)重復(fù)基線較差、同步環(huán)、異步環(huán)各坐標(biāo)分量閉合差及環(huán)線全長閉合差時(shí)無法準(zhǔn)確計(jì)算，需要利用其它軟件來完成。（2）作為GPS工程測(cè)量網(wǎng)通用平差軟件包，應(yīng)該包含GPS基線解算模塊，這個(gè)功能在該軟件中是缺失的，在GPS數(shù)據(jù)處理前必須要用其他軟件來完成GPS基線向量的解算。

5　結(jié)語

在韓城市禹門口抽黃改造工程中，用中海達(dá)后處理隨機(jī)軟件HGO處理GPS觀測(cè)基線，用GPS工程測(cè)量網(wǎng)通用平差軟件包（Cosa GPS V5.20）進(jìn)行三維無約束平差及二維約束平差是可行的。在用中海達(dá)后處理隨機(jī)軟件HGO處理基線的過程中要嚴(yán)格按照規(guī)范規(guī)定的相應(yīng)等級(jí)要求處理觀測(cè)基線，并進(jìn)行重復(fù)基線測(cè)量的長度較差、同步環(huán)、異步環(huán)各坐標(biāo)分量閉合差及環(huán)線全長閉合差計(jì)算，在重復(fù)基線較差及各項(xiàng)閉合差合格后將基線解算結(jié)果導(dǎo)出并用Cosa GPS V5.20進(jìn)行三維無約束平差及二維約束平差，GPS平差結(jié)果用Cosa GPS V5.20輸出。

GPS工程測(cè)量網(wǎng)通用平差軟件包（Cosa GPS V5.20）在GPS數(shù)據(jù)處理方面是有很大的優(yōu)勢(shì)的，它功能強(qiáng)大，平差整體性好且運(yùn)算速度較快，它的成果輸出內(nèi)容比較全面。該軟件操作起來比較簡單，使用起來非常方便。雖然它不能進(jìn)行觀測(cè)基線的解算，但不影響GPS數(shù)據(jù)處理階段三維無約束平差及二維約束的平差的計(jì)算及成果輸出，特別是在進(jìn)行獨(dú)立坐標(biāo)系平差計(jì)算時(shí)，提供的工程網(wǎng)（一點(diǎn)一方向）平差功能為獨(dú)立坐標(biāo)系GPS數(shù)據(jù)處理提供了很大的方便。陜西水利

［1］《水利水電工程施工測(cè)量規(guī)范》［S］DL/T5173-2003.

［2］徐紹銓，張華海，楊志強(qiáng)，王澤民.《GPS測(cè)量原理及應(yīng)用》［M］.武漢：武漢大學(xué)出版社，2003.

［3］黃聲享，郭英起，易慶林.《GPS在測(cè)量工程中的應(yīng)用》［M］.北京：測(cè)繪出版社，2007.

（責(zé)任編輯：暢妮）

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