CORS系统在GPS C级控制网测量中的应用

陶国强， 杨树平

(1.东华理工大学测绘工程学院，江西 抚州 344000;2.江西省基础地理信息中心，江西 南昌 330046)

连续运行参考站系统(Continuously Operating Reference System，简称CORS)即一个或若干个固定的、连续运行的GPS 参考站，利用现代计算机、数据通信和互联网(LAN/WAN)技术组成的网络，实时地向不同类型、不同需求、不同层次的用户自动地提供经过检验的不同类型的GPS 观测值(载波相位，伪距)、各种改正数、状态信息、以及其他有关GPS 服务项目的系统。发达国家都建立了连续运行参考站系统，如美国的CORS、美国的CUE、ACCQPOINT 公司的广域定位导航服务网络、加拿大的主动控制网系统(CACS)、德国卫星定位与导航服务系统计划(SAPOS)、日本的GPS 连续应变监测系统(COSMOS)等(唐卫明等，2006);国内已经陆续建立了省、市级的卫星定位连续运行网络，如广东省深圳市的SZCORS、江苏省的JSCORS、浙江省的ZJCORS 等(刘经南等，2009)。JXCORS 由62个GNSS 连续运行参考站组成，向江西省境内提供高精度、高效率、高覆盖率的全球导航卫星系统综合信息服务(韦茂杨等，2012)。近年来，因人为因素及自然环境变化，许多GPS C 级点遭到破坏;为修复GPS C 级点，常规修复方法需至少三个GPS A 或B 级控制点，然而高等级控制点稀少，A 级点平均距离约300 km、B 级点平均距离约70 km;另外顾及构网网形及工作效率等因素的影响;而充分利用与该点最近且网形最优的JXCORS 系统的三个连续运行参考基站作用控制点修复GPS C 级点，可以解决高等级控制点稀少的问题及提高工作效率。

1 GPS C 级网的测量

1.1 GPS C 级网的布设方案

该待修复的GPS C 级点(V01)位于丘陵地区，离市区约20 公里，地形起伏较大，平均高程约120 m;根据《全球定位系统城市测量技术规程》(CJJ/T 73 -2010)中5.2.1 和5.2.2 之规定，V01 所选点位离国道约200 m，交通便利;周围视野开阔，视场内的障碍物的高度角均小于10°;所选点位于荒山上，土质坚实、稳固可靠，附近没有强烈干扰接收卫星信号物体;周边控制点情况为:GPS A 级点(A01)一个、GPS C 级点(V02、V03)两个。以周边三个城市的JXCORS 基准站(VR01、VRO2、VR03)和GPS A 级点作为已知控制点，四个控制点构成大地四边形;VO1 位于三个JXCORS 基准站(VR01、VRO2、VR03)构成三角形的中间位置，其控制网图如图1 所示。两个已知GPS C 级点(V02、V03)作为未知点参与构网，目的是进行GPS C 级网的精度评估及可靠性检验。

图1 GPS 控制网图Fig.1 Control network of GPS

1.2 GPS C 级网的观测

依照中华人民共和国国家标准《全球定位系统(GPS)测量规范》(GB/T 18314-2009)中10.1GPS观测基本技术规定(见表1)。使用4 台南方S86T静态双频GPS 接收机，同时在四个GPS 点(A01，V01，V02，V03)上进行同步观测，并按规定时间间隔填写GPS 观测记录表并检查有效卫星数是否符合要求，卫星数大都保持在10 ～15 颗，有时高达15颗以上。

2 GPS C 级网的数据处理

2.1 基线向量解算与检验

基线解算采用美国天宝公司开发的GPS 数据处理软件TBC(Ver2.50)求解，解算前检查天线高、观测时间及观测点点名，GPS 观测值加入对流层延迟修正，并按同步观测时段为单位进行，数据处理模型为双差固定解。对不合格基线，采取修改参数、选择参考卫星等进行重新统一解算。

(1)GPS 网基线处理，复测基线的长度较差ds(见表2)所示，两两比较应满足下式的规定(据GB/T 18314-2009):

式中:δ 相应级别规定的精度(按实际平均边长计算)。

表1 C 级GPS 测量基本技术要求规定Table 1 Surveying basic technical requirements of GPS C

表2 重复基线精度统计表Table 2 Accuracy statistics of baseline

(2)各级GPS 网同步环闭合差(见表3)，满足下式规定:

式中:δ 相应级别规定的精度(按网的实际平均边长计算)。

表3 同步环闭合差精度统计表Table 3 Accuracy statistics of simultaneous loop

从表2、表3 可以看出，所参与解算的重复基线的差值(mm)均远小于限差，同步环相对闭合差精度较高，完全满足全球定位系统测量规范的要求。

2.2 GPS 网的整体平差

GPS C 级网平差软件采用科傻(CosaGps V5.21)数据处理软件计算。以一个JXCORS 点的WGS-84 系三维坐标作为起算依据，进行GPS 网无约束平差(见表4)，并进行三维基线可靠性检验。无约束平差中，基线向量的改正数(VΔx，VΔy，VΔz)应满足下式:

式中:δ 相应级别规定的精度(按网的实际平均边长计算)。

表4 基线向量及其改正数统计表Table 4 Baseline vector and its correction statistics

从表4 可以看出，无约束平差后基线向量及其改正数均小于限差。

利用无约束平差后的可靠观测量，在2000 坐标系统和1980 西安坐标系下分别进行三维网约束平差、二维网约束平差，平差后最弱点的精度(见表5)及最弱边的精度(见表6)。

表5 最弱点的精度Table 5 Accuracy of the weakness

表6 最弱边的精度Table 6 Accuracy of the weakest side

从表5、表6 可以看出基线向量网内符合精度高，平差后最弱点、最弱边的精度均符合规范要求，平差精度较高。

3 GPS 测量精度分析

经过对GPS 数据处理结果的基线向量及精度统计分析，得出平差报告。参与解算的已知点为三个JXCORS 基准站和一个GPS A 级点，两个GPS C级点及待修复的GPS C 点作为未知点参与基线解算和GPS 网整体平差计算。因此可以利用两个GPS C 级已知点作为测试点，其坐标分量、平面坐标与观测值的差值、平面点位外符合中误差(dx，dy，dp，Mp)(见表7)。

测试点的平面点位外符合中误差(Mp)按下列公式计算:

式中:Mp为测试点的平面点位外符合中误差(cm);dp为测试点的已知平面点位与观测的平面点位平均值的差值(cm);N 为测试点的个数。

表7 GPS 点位误差检核表Table 7 Error checking of the GPS point position

从表7 可以看出，作为测试点V02，V03 的平面点位外符合中误差均小于限差，满足GPS C 级点的点位中误差检核要求。

4 结束语

综上所述，基于JXCORS 构建的GPS C 级网进行GPS C 级点修复测量，以测试点的同步观测数据参与基线解算和GPS 网平差，达到对JXCORS 系统的静态精度进行检核的目的，取得了较理想的效果，主要结论如下。

(1)基于CORS 进行GPS C 级修复测量，降低了作业成本，提高了工作效率。

(2)CORS 基准站测量成果都是独立观测值，不会造成误差积累，提高了GPS 测量的精度。

(3)基于CORS 系统进行GPS C 级网的高程控制测量精度有待于进一步研究。

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