湖北省连续运行卫星定位服务系统坐标联测方法研究＊

张 扬，王 波，李 剑，彭应林

（湖北省测绘工程院，湖北 武汉430074）

0 引 言

当前，连续运行卫星定位系统（CORS）的建设正在我国蓬勃兴起，成为测绘界关注的热点之一，全国直辖市和大部分省会城市都已建立了城市级系统:广东、江苏、江西、浙江、河北、河南、山东、湖北、湖南等省已建成省级系统，安徽、福建等地正在积极建设或筹备建设中［1］。湖北省连续运行卫星定位服务系统（HBCORS）是我国中部区域省级连续运行参考站网络系统，由湖北省测绘局组织，湖北省测绘工程院（湖北省导航与位置服务中心）负责建设，建成81个参考站，项目于2010年12月建成并投入运行。

CORS作为城市GPS应用的发展热点之一，既是空间定位的基础，也是现代大地测量基准的构成骨干和技术支撑。CORS不仅是动态的、连续的空间参考框架，同时也是快速、高精度获取空间数据和地理特征的设施之一，因此，高精度参考框架的建立，是CORS作为重要空间数据基础设施的根本要求［2－6］。其中，CORS永久参考站坐标的精度直接影响到系统的性能，从而直接影响到用户的定位精度，所以永久参考站的坐标联测是系统建设中的关键环节［7］。以HBCORS为例，探讨了高精度区域参考框架建立的若干关键方法。

1 联测目的和方法

随着空间定位技术的发展，建立地心三维坐标系统和动态参考框架成为当前地球参考框架的发展趋势。我国于2008年7月1日正式启用2000国家大地坐标系（CGCS2000）并以之作为我国法定的三维坐标基准。在此以前采用1954年北京坐标系、1980西安坐标系或相对独立的平面坐标系等作为测绘基准，一般将这类坐标系统称为测图坐标系。

对于省市级CORS的坐标联测而言，一方面需要顺应科技发展趋势，建立基于CGCS2000的区域参考框架；另一方面需要结合当地已有测绘成果，建立区域内CGCS2000与测图坐标系之间的转换关系。鉴于此，在HBCORS的坐标联测中，按照数据处理目标划分为两种网:

1）框架网:由参考站与周边的部分IGS站（如图1所示）联测构成的网络，用于建立湖北省境内定位基准的框架；

2）基准网:由参考站与湖北省境内均匀分布的部分CGCS2000网点（A／B级点，同时具有CGCS2000和测图坐标系的坐标）联测构成的网络，用于建立湖北省的精密定位基准，如图2所示。

图1中，HBCORS参考站与周边10个IGS跟踪站联测15×24h；图2中，浅色三角形表示HB－CORS参考站，深色和浅色实心圆表示均匀分布于全省的85个A／B级控制点，按B级点观测要求联测3×24h．

2 数据处理与精度分析

坐标联测的数据处理包括数据整理、基线处理、网平差、统计分析等内容。其中，基线处理和平差分别采用GAMIT（Ver10．35）和GLOBK软件。考虑到基准网中85个A／B级点同时拥有CGCS2000和测图坐标系成果，如果在平差时对其全部约束，有可能将粗差引入到平差结果中，过多的粗差可能导致GPS控制网网形出现畸变，严重影响平差结果。为了保证各坐标系统的融合及成果的精度，需对A／B级点成果的兼容性进行检核。HBCORS坐标联测数据处理综合采用了两种方法进行控制点成果的兼容性检核:剔点法和加点法。以1980西安坐标系和CGCS2000坐标系为例，两种方法处理思路如下:

1）剔点法:①利用所有控制点的CGCS2000成果和1980西安坐标系成果，采用四参数模型，求CGCS2000坐标系到1980西安坐标系的转换参数；②利用所求得的转换参数将参与求转换参数点的CGCS2000坐标转换到1980西安坐标；③求转换所得的1980西安坐标与已知1980西安坐标的残差；④剔除残差最大的点，重新执行①～③，直到所有参与求转换参数点的点位残差小于2cm，此时剩下的点为满足要求的起算点。

2）加点法:①找出可靠性最好（或是目前常用的）两个点，利用四参数模型求CGCS2000坐标系到1980西安坐标系的转换参数；②利用所求得的转换参数将所有控制点的CGCS2000坐标转换到1980西安坐标；③求转换所得的1980西安坐标与已知的1980西安坐标的残差；④找出残差最小的点，加入求转换参数的点中，重新执行①～③，直到所有参与求转换参数点的点位残差小于5cm，此时剩下的点为满足要求的起算点。

HBCORS坐标联测数据解算精度分析分别参见表1至表3。

表1 HBCORS动态参考基准精度

表2 A／B级控制点CGCS2000坐标系平差结果与已知结果的比较

dX dY dZ dx dy 平面ds 高程dH 0．04～误差分布0．05% 0．00 1．19 0．00 0．00 0．00 0．00 0．00 0．05～0．06% 0．00 0．00 0．00 0．00 0．00 0．00 1．19 0．06～0．07% 0．00 0．00 0．00 0．00 0．00 0．00 0．00 0．07～0．08% 0．00 0．00 0．00 0．00 0．00 0．00 0．00 0．08～0．09% 0．00 0．00 0．00 0．00 0．00 0．00 0．00 0．09～0．10% 0．00 0．00 0．00 0．00 0．00 0．00 0．00＞0．10% 0．00 0．00 0．00 0．00 0．00 0．00 0．00合 计 100．00% 100．00 100．00 100．00 100．00 100．00 100．00

根据表1至表3的分析可以看出:

1）联测网重复性总体效果良好，基线解算精度达10－9量级；

2）平差后，HBCORS参考站点位精度高，X、Y、Z三个分量的精度都优于0．01m；

3）在确立了与国家基准CGCS2000统一的高精度参考站坐标的基础上，采用剔点法和加点法，与当地测绘成果紧密结合，建立了湖北省境内CGCS2000与北京54、西安80之间的转换关系。

3 结 论

通过与IGS跟踪站及A／B级点的坐标联测，HBCORS建立起了湖北省新一代高精度的动态参考基准，为湖北省空间定位技术的应用及其产业化发展提供了基础性测绘保障。HBCORS在区域参考框架建立过程中，根据CORS坐标联测的目的，针对性的划分框架网和基准网，有层次有结构的梳理了高精度区域参考框架获取的思路，并在获得全国统一框架下各参考站精确坐标的同时，充分考虑与原有测绘成果的融合，综合了多种精密数据处理技术，进一步完善了精密数据处理方法。

［1］ 刘经南，刘 晖，邹 蓉，等．建立全国CORS更新国家地心动态参考框架的几点思考［J］．武汉大学学报·信息科学版，2009，34（11）:1262－1265．

［2］ 管健安．基于CORS系统精密定位服务若干技术问题研究［D］．西安:长安大学，2010．

［3］ 刘 欣．河南省CORS系统数据处理与分析［D］．焦作:河南理工大学，2010．

［4］ 隋立芬．高精度GPS网的统一与数据处理若干问题研究［D］．郑州:中国人民解放军信息工程大学，2001．

［5］ 隋立芬．高精度GPS网的统一与数据处理若干问题研究［D］．郑州:中国人民解放军信息工程大学，2001．

［6］曹学礼，张旭东，葛章发，等．宁波市2000国家大地坐标系联测及数据处理［J］．城市勘测，2010，8（4）:86－89．

［7］ 刘全海，潘伯鸣，杨志伟，等．连续运行卫星定位服务系统的坐标联测方法探讨［C］∥中国全球定位系统技术应用协会第九次年会论文汇编，2007．