“数字贵州”B、C、E级GPS控制网数据处理与分析

马 琴

(国家测绘局大地测量数据处理中心，陕西西安710054)

一、引 言

50年代国家测绘局、总参测绘局布设的一、二等三角锁(网)，在贵州省境内的点遭受了各种自然和人为因素的破坏，已不能满足贵州省的国民经济建设需求。为此，应用GPS技术建立新一代高精度的控制网，同时联测部分旧的一、二、三等三角点和水准点，以更新改造原有GPS网点。其主要目的是将国家空间坐标基准框架建设与地方测绘基础控制网建设以及精化区域大地水平面工作相结合，建立与全国高精密的三维地心坐标框架(A、B级GPS网)相一致的三维地心坐标系统及全国统一的平面基本控制网，实现对现有平面基础控制点的改造，确定现有平面基础控制网与全国平面基本控制网之间的坐标转换参数，为国民经济建设提供及时、可靠的地理信息数据和技术标准，从而为贵州省高速发展交通建设和“数字城市”、“数字贵州”建设提供统一的数据平台，满足贵州省经济发展和基础地理信息系统建设的需要。

二、项目概况、内容、要求及实施过程

1．贵州GPS网概况

贵州省位于东经 103°25'～ 109°45'、北纬24°37'～29°13'之间，东靠湖南，南邻广西，西接云南，北连四川和重庆，东西长约595 km，南北相距约509 km。贵州GPS网由812点组成，覆盖面积达176 167 km2。最长边为198．6 km，最短边为0．1 km，大部分在0．1～48．4 km之间，平均边长为16．8 km(由于贵州地处山区，交通不便，所以C级网的平均边长超过规范规定的15 km)。

2．项目内容

将原有贵州省C级GPS网进行扩测，同时对E级GPS点加密。内容包括原A、B级GPS网点，总参一、二级点，周边的地壳运动观测网络工程点，Ⅰ、Ⅱ等国家三角点，可利用的一、二等水准点，2000国家GPS控制网点，新埋设的C级GPS点，原来E级点和陆态网点等，共计812点。

3．基本精度要求

基线结果的评价通常以基线的误差来衡量，GPS网相邻点间弦长精度按《全球定位系统(GPS)测量规范》(GB/T 18314—2001)规定执行，即

式中，σ为标准差;a为固定误差;b为比例误差系数;d为相邻点间距离。对于C级网，a≤10mm，b≤5mm。

对现有贵州GPS网中符合观测条件要求的旧点均加以利用，点名、点号的编制如表1所示。

表1 GPS点

4．外业施测

贵州省GPS测量控制网外业数据采集工作使用15台型号分别为中海达5800、中海达6000、中海达V8和佳瓦特的双频GPS接收机进行同步观测，并在测区内进行基线解算和检核工作。数据的后处理采用软件GPSADJ4．0对GPS网进行三维无约束平差，以检查它们的内符合精度。

外业数据采集整理情况如表2所示，整理后采用的外业观测点如表3所示。

表2 外业数据采集整理情况

表3 拟采用外业观测点

三、GPS网数据处理与分析

本文采用美国麻省理工学院的GAMIT/GLOBK软件进行“逐级控制”的数据处理。以国家GPS连续运行站及2000国家大地控制点为基准，采用精密星历或广播星历，首先进行GPS B级网点的数据处理，然后进行GPSC级网点、E级网点的数据处理。

1．GPS网数据整理

主要包括各种外业观测数据和其他已有数据的收集整理、粗差剔除、实测数据精度估算与统计分析及质量评估。

2．数据预处理

主要包括4项内容：① GPS卫星轨道方程的标准化;②时钟多项式的拟合;③初始整周模糊度的预估和整周跳变的发现和修复;④观测值的标准化：将观测值文件、星历文件、测站控制信息文件统一使用标准格式，以便用统一的后处理软件进行数据处理。

依据外业观测手簿，将同一天的观测资料放在一起进行检查与整理，以GPS年积日为单位整理观测数据，并将原始观测数据转换为RINEX格式数据，统一编点号，准备天线相位中心改正表。之后由GAMIT软件按照天线类型、天线高，统一将观测值归算至标石标志面。

3．采用基准

采用坐标系包括WGS-84大地坐标系、2000国家大地坐标系、1980西安大地坐标系以及1954北京坐标系;高程基准为1985国家高程基准;时间系统为北京时间。

4．GPS 基线解算

首先基于2000国家大地坐标系获取先验坐标，设置主要参数，进行均方根残差Nrms统计;然后进行重复基线统计，A、B级GPS网同一基线不同时段的较差应满足限差要求，其限差按式(1)计算。

基线精度处理后应计算基线的Δx分量、Δy分量、Δz分量及边长的重复性，重复性定义为

贵州GPS控制网C级网重复基线较差统计如表4所示。

表4 C级网重复基线较差统计

计算结果说明，贵州省GPS控制网的基线向量不含明显粗差，外业观测数据重复基线较差主要分布在至限差内，同步环闭合差、异步环闭合差均满足《全球定位系统(GPS)测量规范》(GB/T 18314—2009)的要求。

5．数据检验

根据GAMIT基线解算结果，对整网的全部基线结果进行了χ2检验，资料全部通过检验，参与平差。

6．GPS网平差计算

采用与GAMIT配套的综合平差软件GLOBK，首先对每年观测的整网进行无约束平差;然后以A、B级GPS点为起算点，在2000国家大地坐标系相应椭球上进行三维约束平差处理;通过粗差分析和方差分量因子分析，提高全网的平差精度，获得全网统一的2000网、WGS-84坐标系的最后成果。平差精度如表5所示。

表5 平差精度mm

以上平差结果表明，此网内、外符合精度较好。

7．GPS基线向量网的坐标系统转换

为使最终GPS观测的WGS-84系统的基线向量能与地面网成果兼容一致，并在地面网所属框架内进行GPS网的约束平差，必须把GPS基线向量的方差阵转到高斯平面上。转换过程分两步：首先将GPS基线向量在空间直角坐标系上的方差阵转换到大地坐标系上来;然后将大地坐标系上的方差阵转换到高斯平面直角坐标系上，获得1954北京坐标系、1980西安坐标系成果。

8．GPS点的海拔高程的确定

为了满足GPS网的高程精度，必须联测足够数量的水准点。根据贵州省GPS网中提供的部分水准点，选择均匀分布重合一定数量的一、二等水准点。利用这些点的海拔高程和其GPS大地高求出它们的高程异常，进而拟合出整个测区的高程异常，并确定其余GPS点的海拔高程(基于1985国家高程基准)。

四、结果分析

经过上述数据处理，结果表明贵州省B、C级GPS网在2000国家大地坐标系下的精度都达到了设计和规范的要求。贵州省野外观测大部分设站两次以上，每点均不少于3条边联结，每个环长不超过6条基线边，网形结构较强，采用快速静态型(标称精度为1mm+1×10-6D)双频GPS接收机，符合GPS网的布设方案和原则。经过多种方法检验，得出如下结论：全国80系向2000系转换的大地坐标改正量的内、外符合精度全部优于±0．2m，高程的精度一般在±0．2m以内，完全能满足GPS测量规范和城市测量规范的要求。贵州省GPS网的内、外业精度整体是良好的。

五、结束语

建立我国GPS空间网是我国未来测绘事业发展的一项重要的基础性工作。从技术角度看，该项目的意义在于采用先进技术检核贵州GPS网内、外符合精度和高程精度的准确性，建立和维持我国的三维地心坐标框架，精化我国的大地水准面，加强并检核我国天文大地网，开展地壳运动监测和地球动力学研究等。它的建立还将促进我国测绘地理空间信息的超前发展。

[1]李渝．贵州省C级GPS网观测技术设计方案的探讨[J]．中国新技术新产品，2010(5)：16-17．

[2]罗三明，胡新康，黄曲红，等．GPS基线向量方差—协方差阵转换到高斯平面上的研究[J]．测绘通报，2009(2)：25-27．

[3]国家测绘局．GB/T 17942—2000国家三角测量规范[S]．北京：中国标准出版社，2000．

[4]国家测绘局．GB/T 18314—2001全球定位系统(GPS)测量规范[S]．北京：中国标准出版社，2001．

[5]国家测绘局．GB/T 18314—2009全球定位系统(GPS)测量规范[S]．北京：中国标准出版社，2009．

[6]国家测绘局．GB/T 12897—2006国家一、二等水准测量规范[S]．北京：中国标准出版社，2006．

[7]国家测绘局．GB/T 17942—2000国家三角测量规范[S]．北京：中国标准出版社，2000．