利用CGO分析处理GPS工程控制网的研究与实践

周命端，覃发超，杨玉忠，陈 诚，李国鸿

(1．北京建筑大学测绘与城市空间信息学院，北京100044;2．现代城市测绘国家测绘地理信息局重点实验室，北京100044;3．西华师范大学国土资源学院，四川 南充637002;4．南充市国土资源局，四川 南充637002;5．北京航天勘察设计研究院有限公司，北京100070)

一、引 言

利用GPS的现代测量技术和方法，改变了传统的测量模式，使测量外业工作自动化程度大大提高，使测量内业数据处理软件的作用更加重要。为了满足工程测量单位对GPS数据处理的要求，国内外相关机构单位开发了多种GPS数据处理软件，使测量内业数据处理工作更加高效、精确［1-2］。

本文在介绍华测CGO软件数据分析流程的基础上，结合某区农村集体土地大比例尺图实测和确权登记发证项目控制测绘工作所建立的D级GPS工程控制网，探讨CGO软件分析处理GPS工程控制网的过程和方法，最终得到所需控制点的平差坐标和高程拟合值，并将CGO二维网平差结果、高程拟合结果与CosaGPS平差结果、高程拟合结果分别作比对分析，验证CGO软件的网平差和高程拟合模块的应用效能，为工程应用提供参考和借鉴。

二、CGO软件数据分析流程

1．CGO软件功能

随机软件CHC Geomatics Office(简称CGO)是上海华测导航技术有限公司完全自主研发的第二代全功能GNSS数据后处理软件。该软件采用全新的数据解算引擎，具有高效的解算引擎，优越的自动化及长时间解算，自由组合的GPS、GLONASS、BDS多卫星定位系统数据解算模式，静态、快速静态和动态后处理(PPK)等多种作业方式。可兼容天宝、科傻基线解算文件，具有精密星历SP3下载与处理模块，符合国家最新GPS控制测量规范、国内外多种NGS天线认证与实现自动化识别，多种报告输出(平差处理报告、基线处理报告、网图报告、闭合环报告、项目总结报告等)，拥有自主配置的平差检验报告，符合国际化、行业化标准、全新的坐标转换和RINEX转换模块，精细的操作日志记录(提供相邻点间的基线解算水平和垂直精度)，实时了解当前操作与后期回放等多种先进的功能模块，是将来工程应用的主流GNSS数据后处理软件，CGO软件主界面如图1所示。

图1 CGO软件主界面图

2．数据处理流程

利用CGO软件分析处理GPS工程控制网的主要数据处理流程包括预处理、基线解算和网平差，数据处理流程如图2所示。

三、应用实例

为切实做好某区农村集体土地大比例尺图实测和确权登记发证项目控制测绘工作，建立了近90个控制点的D级GPS工程控制网，按要求全覆盖该区1028 km2用于基础测绘骨干控制。外业测量数据采集调配7台Trimble GPS接收机，共25个时段，形成432条基线，经数据分析与质量检核获得合格基线429条，所形成的GPS控制网形如图3所示。

图2 CGO软件数据处理流程图

1．基线处理与精度分析

对于短基线(10～15 km以下)的GPS工程控制网的数据处理，GPS接收机的随机软件解算基线向量可以获得较高的精度［3-4］。本文利用华测公司GPS接收机随机CGO软件分析处理GPS数据，基线处理与分析策略见表1。

图3 某D级GPS工程控制网形图

利用CGO分析处理GPS基线向量的方法流程为:①将所有GPS原始数据(*．T01格式)导入到CGO软件里，如图1所示，根据外业测量观测手簿将量测天线高改化至天线的参考点DHARP(一般指天线座底部)，并根据实际使用的GPS接收机设备配置天线厂商和天线类型;②根据表1的基线处理与分析策略进行GPS基线向量的预处理工作，简记原始预处理，再利用基线残差数据图对每条基线向量进行人工干预(依据基线RMS＜0．02 m屏蔽部分卫星的粗差GPS数据)后再进行基线精处理，将基线向量解算精度控制在Ratio＞3且RMS＜0．02 m，这个过程简记人工干预精处理;③依据《全球定位系统(GPS)测量规范》(GB/T 18314—2009)［5］或技术设计书的要求，从重复基线较差检核、环闭合差检核进行GPS基线处理的质量控制;④剔除不合格基线向量后建议将合格基线向量及方差-协方差阵信息导出成天宝基线数据交换格式文件(*．ASC)。

表1 基线处理与分析策略表

根据CGO基线解算方法流程，为评估分析基线解算的实际精度情况，本文从整周模糊度搜索方法［6］(LAMBDA)的Ratio值和基线残差RMS值两个角度来比对分析原始预处理与人工干预精处理的基线向量精化处理程度，其中，Ratio值增变程度如图4所示，基线残差RMS精化程度如图5所示。值得说明的是在人工干预精处理过程中，因基线号为B195、B277和B430的3条基线被精化后的基线本身精度过低而影响异步环检核超限而被剔除。

图4 整周模糊度搜索Ratio值增变图

图5 基线解算RMS分析

从图4可以看出，基线解算过程中采用LAMBDA模糊度搜索方法，对于人工干预后的基线精处理获得的Ratio值95%以上基线高于原始预处理，其中基线B83的增变效果最明显，从1．9增变至99．9;剔除3条不合格基线后的429条合格基线Ratio平均值从16．6增变到31．2。

从图5可以看出，利用基线残差数据图进行人工干预精处理解算基线向量，获得的基线残差RMS值99%以上基线高于原始预处理，其中基线B407的精化效果最明显，从0．038 4 m精化到0．015 3 m。剔除3条不合格基线后的429条合格基线RMS平均值从0．015 1 m精化到0．012 5 m。

2．网平差与效能分析

通过GPS基线向量人工干预精处理之后，获得了429条合格的基线向量及方差-协方差阵信息，可以用于后续的CGO网平差处理与效能分析。

在GPS网平差处理过程中，利用CGO软件分析处理WGS-84坐标系下的三维自由网平差，可以选择秩亏自由网平差或固定任一点模式。在某平面坐标系下的二维约束平差过程中，CGO提供了平移旋转缩放模式实现面向坐标转换的约束平差功能，而GPS高程拟合选用平面拟合法。

为分析利用CGO软件网平差功能处理GPS网平差的实际精度，本文从工程应用所要求的某平面坐标系下的二维约束平差所获得的最弱边长相对中误差为1/1 045 597，平面点位坐标在x方向、y方向和点位3方面进行精度统计分析，如图6所示。

图6 CGO二维平差点位精度统计分析

从图6可以看出，CGO网平差处理所获得的平面坐标的中误差在x方向上最弱的点为P12，优于5 mm;在y方向上最弱的点为P12，优于5 mm;最弱点位是P12，优于6．5 mm。

为正确评估CGO网平差处理及高程拟合功能的应用效能，本文将CGO网平差处理所获得二维约束结果、GPS高程拟合结果(简记手段一结果)与武汉大学测绘学院研制的商用软件CosaGPSV5．21［8］网平差(二维约束平差)结果、高程拟合(平面模型)结果(简记手段二结果)进行对比分析。分别从平面点位坐标(x，y)、高程拟合结果h 3方面进行作差比较(CGO结果-CosaGPS结果)，其较差如图7所示。

图7 两种手段在平面坐标与高程方向上的较差

从图7可以看出，两种手段所获得平面坐标(x、y和h)3个方向上的较差在误差允许的范围之内，在x方向上的最大较差为6．8 mm，平均较差值为1．9 mm;在y方向上的最大较差为6．4 mm，平均较差值为0．5 mm;在h方向上的最大较差为1．1 mm，平均较差值为0．03 mm。

另外，从两种手段所获得的平面坐标(x，y)的中误差精度指标分析，其比较图如图8所示。

图8 两种手段在平面坐标(x，y)中误差的比较图

从图8可以看出，两种手段在平面坐标(x，y)中误差的比较差别都很小，这种差别可以忽略不计。从图7和图8的分析表明:CGO软件的网平差和高程拟合模块的应用效能是行之有效的。

四、结束语

本文结合某区农村集体土地大比例尺图实测和确权登记发证项目控制测绘工作所建立的D级GPS工程控制网的观测资料，探讨了华测CGO软件在GPS工程控制网数据处理中的应用效能，获得了平面点位精度在x方向上优于5 mm，y方向上优于5 mm，点位中误差优于6．5 mm，最弱边长相对中误差为1/1 045 597的良好结果;并将CGO二维网平差结果、高程拟合结果与CosaGPS平差结果、高程拟合结果分别作比对，在误差允许的范围内验证了CGO软件的网平差和高程拟合模块的应用效能，获得了较高的精度，可为工程应用提供参考和借鉴。

［1］ 刘基余．GPS卫星导航定位原理与方法［M］．北京:科学出版社，2003

［2］ 李征航，黄劲松．GPS测量与数据处理［M］．2版．武汉:武汉大学出版社，2010．

［3］ 卢献健，任超．GPS数据处理科研软件与商业软件对比分析［J］．全球定位系统，2007(5):29-32．

［4］ 宋中华，周命端，张玉生，等．GPS工程测量网数据处理与质量评估方法研究［J］．测绘工程，2011，20(4):22-25．

［5］ 中国标准出版社．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］ Tun P J G．The Least-squares Ambiguity Decorrelation Adjustment:a Method for Fast GPS Integer Ambiguity Estimation［J］．Journal of Geodesy，1995，70(1-2):65-82．

［7］ 郭际明，罗年学，周命端，等．工程控制网数据处理理论、方法与软件设计［M］．武汉:武汉大学出版社，2012．