尹亞明

（津市市國土資源局 湖南常德 415400）

GPS定位技術(shù)具有不需通視、全天候、自動(dòng)化、易操作、高效率等優(yōu)點(diǎn)，適合控制網(wǎng)的測(cè)量，但是GPS等級(jí)點(diǎn)的測(cè)量對(duì)精度要求很高。經(jīng)過近年來的發(fā)展，通過合適的方法，規(guī)范操作，GPS靜態(tài)控制測(cè)量已經(jīng)具有很高的可靠性，能達(dá)到很高的精度。本文就津市市某新建GPS等級(jí)點(diǎn)的靜態(tài)控制測(cè)量為例介紹了GPS控制測(cè)量應(yīng)注意的一些問題。

靜態(tài)控制測(cè)量主要包括四個(gè)步驟：選點(diǎn)埋石、技術(shù)設(shè)計(jì)、靜態(tài)觀測(cè)、數(shù)據(jù)處理，下面將就實(shí)例分別對(duì)這四個(gè)步驟予以說明。

圖1 GPS靜態(tài)測(cè)量控制網(wǎng)布設(shè)示意圖

1 選點(diǎn)與GPS靜態(tài)測(cè)量控制網(wǎng)設(shè)計(jì)

新建GPS等級(jí)點(diǎn)建設(shè)在津市市市區(qū)北部，命名為CDJS。為量測(cè)CDJS點(diǎn)位坐標(biāo)，共納入5個(gè)地面基站參與聯(lián)測(cè)，構(gòu)建GPS控制網(wǎng)。在GPS靜態(tài)控制測(cè)量中，CORS站點(diǎn)的應(yīng)用能節(jié)省大量人工，且能提供高精度可靠的24h連續(xù)GPS觀測(cè)數(shù)據(jù)，非常適合用于代替以往GPS靜態(tài)控制測(cè)量中的人工基站，因此5個(gè)地面基站中包括4個(gè)CORS站點(diǎn)，分別為CDLX、LDXH、CDAX、CDSQ，一個(gè)C級(jí)GPS控制點(diǎn)，編號(hào)為U038。各基站均勻分布在待測(cè)點(diǎn)CDJS周圍，各相鄰基站間的距離平均約30km，網(wǎng)形圖如圖1所示。

根據(jù)設(shè)計(jì)，本GPS控制網(wǎng)由6個(gè)地面基站，15條獨(dú)立基線構(gòu)成。15條基線中，最長基線82km，最短基線24km，平均長度42km，符合國家GPS測(cè)量規(guī)范中關(guān)于控制網(wǎng)基線距離的要求。

2 踏勘與埋石

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)踏勘，CDJS的埋石地點(diǎn)選擇在津市市市區(qū)北部的經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)內(nèi)，該區(qū)域地面壓實(shí)整平過，土質(zhì)穩(wěn)定堅(jiān)實(shí)，視野開闊，無高層建筑，視場(chǎng)高度角不超過15°，周邊無高壓電塔、微波信號(hào)站等大型干擾源，也沒有強(qiáng)烈反射衛(wèi)星信號(hào)的物體，非常適合GPS等級(jí)點(diǎn)的建設(shè)。

埋石的制作、埋設(shè)規(guī)格按《全球定位系統(tǒng)（GPS）測(cè)量規(guī)范》（GB/T18314-2009）中的要求執(zhí)行，并經(jīng)歷了三個(gè)月，待埋設(shè)穩(wěn)定后方參與控制測(cè)量。

3 同步靜態(tài)觀測(cè)

CORS站點(diǎn)能提供質(zhì)量極高的GPS同步觀測(cè)數(shù)據(jù)，不需要人工擺站，能極大節(jié)約人力。因?yàn)镃ORS站點(diǎn)的應(yīng)用，本次測(cè)量僅需在控制點(diǎn)U038和待測(cè)點(diǎn)CDJS上各人工架設(shè)一臺(tái)GPS儀器，即可同步獲取整個(gè)控制網(wǎng)內(nèi)各基站的觀測(cè)數(shù)據(jù)。這兩站視野開闊，周邊無大型干擾源，利于同時(shí)接收多個(gè)衛(wèi)星信號(hào)。

同步觀測(cè)于2018年6月12日實(shí)施，使用兩臺(tái)中海達(dá)GPS接收機(jī)進(jìn)行。當(dāng)天天氣晴好，觀測(cè)前，兩組作業(yè)人員分三個(gè)方向量取儀器高度，并嚴(yán)格對(duì)中，高度量取誤差與對(duì)中誤差均優(yōu)于3mm。為保證同步觀測(cè)，提前5min開機(jī)，并延后5min關(guān)機(jī)。

在同步靜態(tài)觀測(cè)時(shí)，設(shè)置衛(wèi)星截止高度角為15°，歷元采樣間隔為15s，有效觀測(cè)衛(wèi)星數(shù)不少于5顆，且PDOP值小于6，以保證衛(wèi)星精度及分布條件。為提高觀測(cè)精度，同步觀測(cè)時(shí)間為510min，從早上8時(shí)2分至下午4時(shí)32分。

4 GPS控制網(wǎng)基線解算

五個(gè)控制點(diǎn)的坐標(biāo)基準(zhǔn)均為國家2000大地坐標(biāo)系，高程為85高，在這一坐標(biāo)基準(zhǔn)下，以六段GPS同步觀測(cè)數(shù)據(jù)聯(lián)合解算基線?；€解算及后續(xù)數(shù)據(jù)處理采用中海達(dá)HGO數(shù)據(jù)處理軟件進(jìn)行。因?yàn)椴杉耐粫r(shí)段的觀測(cè)數(shù)據(jù)，無重復(fù)基線，采用單基線解模式（Single-BaselineMode）解算，基線解算前，需要對(duì)解算參數(shù)以及各個(gè)質(zhì)量限值參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，以剔除過大粗差，平滑周跳和控制GPS觀測(cè)精度，解算步驟主要分為如下幾步：基線解算自檢→讀入星歷數(shù)據(jù)→讀入觀測(cè)數(shù)據(jù)→三差解算→周跳修復(fù)→雙差浮點(diǎn)修復(fù)→整周模糊度分解→雙差固定解算。

基線解算完成后，首先應(yīng)對(duì)基線進(jìn)行精化處理。精化處理主要解決幾個(gè)方面的問題：

（1）單顆衛(wèi)星時(shí)段優(yōu)化

某顆衛(wèi)星觀測(cè)時(shí)間太短，或某時(shí)段GPS觀測(cè)數(shù)據(jù)有較多裂隙，或者周跳嚴(yán)重導(dǎo)致修復(fù)困難，可以刪除該時(shí)段觀測(cè)數(shù)據(jù)?？梢愿鶕?jù)雙差分基線殘差圖進(jìn)行時(shí)段優(yōu)化，以改善基線解算質(zhì)量。

（2）多路徑效應(yīng)優(yōu)化

多路徑效應(yīng)嚴(yán)重造成精度損失時(shí)，可縮小編輯因子，以剔除殘差較大的觀測(cè)值，也可刪除多路徑效應(yīng)嚴(yán)重的時(shí)段或衛(wèi)星。

（3）電離層與對(duì)流層延時(shí)優(yōu)化

當(dāng)對(duì)流層、電離層折射影響過大時(shí)，可提高截止高度角，以減少易受對(duì)流層、電離層影響的低高度角觀測(cè)數(shù)據(jù)，并刪除影響特別嚴(yán)重的衛(wèi)星，也可以分別采用改正模型改正對(duì)流層延遲和電離層延遲。

精化處理后，需要對(duì)每條基線進(jìn)行檢核，以保證GPS成果精度。檢核主要包括：①RMS，指各基線坐標(biāo)均方根誤差，RMS越小表明觀測(cè)值質(zhì)量越高；②PDOP，指各基站位置精度強(qiáng)弱度，PDOP越小表明天空中衛(wèi)星分布程度越好，定位精度越高；③RATIO，方差比，整周模糊度分解后各條基線內(nèi)最大誤差與最小誤差的比值，RATIO越大表明整周未知數(shù)解算越可靠；④環(huán)閉合差，包括同步環(huán)與異步環(huán)，是基線解算中最重要的質(zhì)量指標(biāo)，獨(dú)立閉合環(huán)閉合差WS和各坐標(biāo)分量閉合差（應(yīng)滿足：，其中，σ 為基線測(cè)量中誤差精度要求（a為固定誤差，b為比例誤差系數(shù)，D為基線長度）；⑤重復(fù)基線，反應(yīng)觀測(cè)數(shù)據(jù)的離散程度，重復(fù)基線的較差越小表明觀測(cè)數(shù)據(jù)的可靠性越高。經(jīng)檢驗(yàn)，點(diǎn)位精度2mm左右，各基線分量中誤差在15～20mm之間，PDOP值與RATIO值均合格，觀測(cè)數(shù)據(jù)剔除率不足5%，所有同步環(huán)精度合格，無異步環(huán)和重復(fù)基線，可以進(jìn)行后續(xù)平差處理。

5 GPS控制網(wǎng)平差

坐標(biāo)基準(zhǔn)采用國家2000大地坐標(biāo)系統(tǒng)。先導(dǎo)入各地面基站的觀測(cè)數(shù)據(jù)，不對(duì)控制點(diǎn)坐標(biāo)加以約束，進(jìn)行三維自由網(wǎng)的加權(quán)平差。平差后，對(duì)網(wǎng)平差的中誤差進(jìn)行x2-單位權(quán)方差檢驗(yàn)和τ粗差檢驗(yàn)。經(jīng)權(quán)配置，基線標(biāo)準(zhǔn)差置信度設(shè)為3.1σ，單位權(quán)中誤差比為1.1411，得到x2-檢驗(yàn)值為34.2342，小于理論值范圍，平差結(jié)果可靠；15條基線的τ檢驗(yàn)合格，顯著水平為1%，控制網(wǎng)內(nèi)符合精度良好，各基線不存在粗差。相對(duì)誤差優(yōu)于1：498萬，自由網(wǎng)平差精度見表1。

表1 三維自由網(wǎng)平差精度表

自由網(wǎng)平差合格后，利用無約束平差形成的基線向量觀測(cè)值權(quán)陣，將四個(gè)CORS站和一個(gè)已知C級(jí)GPS點(diǎn)U038的已知坐標(biāo)加入計(jì)算，進(jìn)行三維約束平差。約束平差完成后同樣需要進(jìn)行x2-檢驗(yàn)，以檢核平差起算數(shù)據(jù)與GPS觀測(cè)成果是否相容。在本工程中，三維約束平差的基線標(biāo)準(zhǔn)差置信度設(shè)為36.5σ，單位權(quán)中誤差比為1.0918，得到x2-檢驗(yàn)值為45.8544，檢驗(yàn)合格。

精度方面，每一基線分量改正數(shù)與三維自由網(wǎng)平差的改正數(shù)較差均小于2σ，相對(duì)誤差優(yōu)于1：574萬，三維約束平差精度見表2。

表2 三維約束平差精度表

6 結(jié)束語

通過對(duì)數(shù)個(gè)地面基站的同步觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行的三維自由網(wǎng)平差和三維約束平差，我們獲得了新建GPS等級(jí)點(diǎn)CDJS的2000坐標(biāo)和正常高。對(duì)基線解算及網(wǎng)平差結(jié)果進(jìn)行的檢驗(yàn)說明本次成果質(zhì)量可靠，精度較高。通過本實(shí)踐應(yīng)用，我們還發(fā)現(xiàn)CORS的合理利用能大大減少GPS靜態(tài)控制測(cè)量對(duì)人工、儀器、時(shí)間等的要求，極大提高效率。