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D级GPS控制网的布设与数据处理技术的应用探讨

2021-04-30 107 上传者：管理员

摘要：以云浮市中心城区范围为例，对GPS-D级控制网的布设、观测、基线解算以及网平差进行了阐述和分析，采用了高程拟合方法获取高程成果，通过数据统计分析，得出了项目成果符合标准规范要求，精度良好，质量可靠，满足测绘地理信息管理、城市工程建设、规划设计等需求，可为类似工程提供参考。

关键词：
GPS-D级控制网
地理信息测绘
工程测绘
数据处理
精度评估
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云浮，又被称为石城，位于广东省的西部，西江南岸，西面与广西交界。云浮市中心城区范围包括西江黄金水道和云城组团、新城组团、六都组团以及思劳腰古组团，面积约为970.05km2。该范围内没有统一的GPS控制网与水准控制网，为满足测绘统一管理、城市工程建设、设计规划等要求，需要建立统一的GPS-D级控制网和四等水准网。

1、GPS-D级网布设

结合测区实际情况，遵循在布点相对均匀的基础上兼顾重要地区，并尽可能利用现有控制点的原则[1]，控制网由51个GPS-D级点组成的云浮市中心城区GPS-D级网，以周边4个GDCORS基准站，3个云浮市连续运行卫星定位服务系统基准站，以及测区范围内5个GPS-C级点作为起算，相邻D级点平均距离为5km，城区为3km，点位分布均匀，控制网布设合理。

2、GPS-D级网观测

2.1 仪器的选用

投入本项目使用的GPS接收机为在检定有效期内、标称精度不低于5mm+2×10-6d的双频GPS接收机，天线或基座的圆水准器、光学对中器、天线高量尺，在作业期前进行了检校，同时在作业期间至少1个月检校一次。

2.2 主要技术指标

控制网的主要技术要求均符合CJJ/T73—2010卫星定位城市测量技术规范中三等城市GNSS网的相关要求。

考虑到GPS-D与GDCORS的联测，实际作业时连续观测，但观测时间不低于规定的各时段观测时间的和，即观测时间不少于2h。

3、GPS基线解算

3.1 数据检核

外业观测完成后，由专人负责观测数据的存储转换工作，对RINEX数据进行检核，确认无误才进行下一步计算。数据检核主要包括的内容有:文件名命名、点名点号、接收机及天线类型、天线高及量取方式、数据质量分析等。

3.2 解算设置

基线解算使用GAMIT软件进行。GAMIT/GLOBK是由美国麻省理工学院(MIT)和斯克里普斯海洋研究所(SIO)联合开发的高精度GNSS数据处理软件包，主要由以下几个模块组成:ARC(轨道积分)、MODEL(组成观测方程)、SINCLN(单差自动修复周跳)、DBLCLN(双差自动修复周跳)、CVIEW(人工交互式修复周跳)、CFMRG(用于创建SOLVE所需的M文件)、SOLVE(利用双差观测按最小二乘法求解参数)等[2]。基线解算采用IGS精密星历，以同步时段为单位，按照网解(全组合解)形式进行。加载全球气温气压模型GPT、大气负荷改正模型ATL、大气压负荷非潮汐改正模型ATMDISP及FES2004大洋潮改正模型，依照IERS2003规范进行地球固体潮和极潮改正[3]。

3.3 基线检核

本项目共检核基线1008条，平均基线长度17.853km。

1) 重复基线。本次解算共有重复基线230对，其中最大值为7.25cm，小于限差10.21cm，符合技术设计要求。

2) 闭合环。本次解算共检验闭合环778个，全部闭合环闭合差中误差为0.0050m，平均相对精度为0.2663ppm。闭合环差分布如图1所示。

4、GPS网平差

在完成了基线重复性检验和环检验之后，采用全网基线向量及其全协方差矩阵作为观测量，使用武汉大学GNSS中心的Powernet软件进行各项约束平差，平差在ITRF2000框架下进行。参与整体平差的基线共有1008条。

ITRF2000框架下的三维无约束平差采用武汉大学GNSS中心的Powernet软件进行计算。无约束计算结果反映了整个GPS控制网的内符合精度。基线各分量残差分布如图2～图4所示，符合规范要求。

对基线残差精度进行统计分析，基线残差(≤0.0361)区间，VX有1002个，VY有1008个，VZ有1008个;基线残差(>0.0361且≤0.0722)区间，VX有6个，其余两个方向为0个;基线残差(>0.0722)区间，三个方向都为0个，综上分析，基线残差满足设计要求。

对基线分量精度进行分析，中误差最大值0.0036m，中误差最大值对应基线为D041-D043，中误差次大值0.0033m，中误差次大值对应基线为D018-D028，基线分量中误差都小于0.01m，分析可知基线分量精度满足精度要求。

对基线相对精度进行分析，统计结果如表1所示，基线相对精度(≤2ppm)区间有1005个，基线相对精度(≤4ppm且>2ppm)区间有3个，综上分析，相对精度满足要求。

最弱边相对中误差为2.5389ppm，满足小于1/80000的技术要求，且相对中误差大于2ppm的三段基线均为3432-YFGT(不同时段)，相对中误差较大是由基线长度较短造成的。根据三维无约束平差的结果分析可知，基线解算的各项精度指标满足规范要求，整体内符合性好。

5、高程拟合

GPS-D级网中有27个点的1985国家基准高程通过四等水准测量获得，其余32个点的1985国家基准高程在已求得的大地高基础上，通过二次曲面高程拟合获得[4,5]。其中27个高程拟合点采用全部拟合点进行高程拟合的内符合精度为±1.46cm。若采用广东省似大地水准面模型内插获取27个点的1985国家基准高程，计算得到其高程中误差为±3.6cm，高程拟合和似大地水准面模型类型内插各点中误差绝对值分布如图5所示。

分析得出高程拟合方法中高程点分布合理，拟合结果具有较好的稳定性，且精度与似大地水准面模型类型内插方法基本一致，本项目采用通过高程拟合方法获得1985国家基准高程可作为高程成果。

6、结语

本项目共完成51个GPS-D级控制点和39个四等水准点的选址和埋设工作，并求取了51个GPS-D级点的2000国家大地坐标系平面直角坐标成果，以及四等水准网39个四等水准点和GPS-D级网56个点的1985国家高程基准成果。结果表明此项目控制网点位布设均匀，结构合理，采用模型正确，各项检验指标符合标准规范和设计书要求，精度良好，质量可靠。

参考文献：

[1]王秀萍,蒋廷臣,王继刚,等.GPS网平差的控制点有效性与选择研究[J].测绘通报,2016(12):16-19.

[2]丁建勋,胡冬芽,马德富,等.珠海市陆海统一高精度GNSS控制网数据处理与精度评估方法研究[J].测绘通报,2016(3):61-65.

[3]郑建雷,刘国超,徐秀杰,等.GPSRTK测量精度的分析[J].地理空间信息,2014(6):97-99.

[4]方辉,周淼,刘锟.桂林市似大地水准面模型精化与精度评定[J].城市勘测,2018(4):77-80.

[5]赵文琳,覃发超.南充市似大地水准面的精化及应用[J].测绘技术装备,2019(2):9-11.

陈东东.D级GPS控制网的布设与数据处理技术探讨[J].山西建筑,2021,47(09):171-172.