基于卫星定位连续运行基准站点观测模式的GPS测量的应用探讨

杨新成

（安庆市勘察测绘院，安徽 安庆 246001）

因安庆市城市2000国家大地坐标系转换工作需要，亟需公共点的2000国家大地坐标系成果，因城市控制网建设年代较久，原有的51个控制点，现在仅剩下23个可以利用。考虑工期较紧，相关规范也允许，所以对此23个控制点进行了基于卫星定位连续运行基准站点观测模式的C级GPS控制测量，GPSC级网控制点分布情况如图1。

图1 GPSC级网展点图

1 工作流程

通过技术设计，基于卫星定位连续运行基准站点观测模式的C级GPS控制测量的工作流程如图1。

图2 数据处理工艺流程图

GPS控制测量外业观测技术要求

GPS控制测量外业观测技术要求如表1：

表1 GPSC级点观测技术要求指标

1.1 GPS控制测量具体实施

外业观测作业前，将观测所需要的技术标准、操作细则和相关文件发到各个作业小组，组织作业小组进行技术培训和学习，使作业人员掌握技术要领，做到心中有数。对测量仪器进行检查，确保仪器正常工作。

GPS接收机开机开始记录数据后，测量员要检查并查看接收机的信息情况，其中包括测量参数设置、接收到GNSS卫星数量等，现场要及时处理并记录发现的问题。根据后期数据平差计算需要，对数据下载和存储按以下要求进行。

1）使用接收机随机软件对及时下载每一个观测时段的观测数据，并及时将其完整地转换为通用的RINEX格式数据。

2）使用子目录管理保存每天的原始观测数据，原始数据子目录名称 （10个字符）为：测站点号 （4个字符） +年份 （2个字符） +观测当天的年积日 （3个字符） +D（1个字符，表示原始观测数据）。如：GD01，2018年3月16日观测，则管理保存该天的原始数据观测子目录命名为：/GD0118075D/（该天年积日为075）。

3）再使用另一个子目录管理保存每天的RINEX数据，RINEX数据子目录名称 （10个字符）为：测站点号 （4个字符） +年代 （2个字符） +该天的年积日 （3个字符） +R（1个字符，表示RINEX格式数据）。如：GD02，2018年3月17日观测，则管理保存该天的RINEX数据观测子目录命名为：/GD0218076R/（该天年积日为076）。

4）为了保证数据安全，原始数据与RINEX数据要备份在不同的计算机或移动硬盘等介质里。接收机里的观测数据不得轻易删除，除非接收机内存容量不够。

1.2 GPS观测数据质量检查

数据质量检查采用 TEQC （Translate/Edit/Quality/Check）软件进行检查，检查内容包括：

1）观测卫星总数是否≥12；

2）数据可利用率是否≥80%；

3）L1，L2频率的多路径效应影响 MP1、MP2是否≤0.5m；

4）数据时段总长度是否≥8小时。

本项目数据处理共计C级网点23个，外业于2018年3月27日～2018年4月1日使用徕卡GS14和GS16双频一体机进行观测，每点观测2个时段 （每个时段4个小时）或1个时段 （8个小时）。

经数据质量检查，GPS观测数据质量满足技术要求。数据处理

1.3 数据处理软件

数据处理采用美国麻省理工学院的GAMIT/GLOBK软件，该软件采用精密星历和高精度起算点时，其解算长基线的相对精度能达到10-9量级，解算短基线的精度能优于 1mm［2-5］。

1.4 数据预处理

图3 卫星定位连续运行基准站分布图

1）数据整理，依据GPS外业观测有关资料 （如记录手簿等），将观测的GPS数据按2.1要求进行整理，并对数据正确性按照以下四个方面进行检验：

①下载数据的点名和保存子目录的点名是否一致和正确；

②外业记录的接收机、天线型号是否正确；

③天线高的量取和记录以及数据下载时是否正确一致；④年积日的计算是否一致。

2）接收机天线高的归化计算，量取观测接收机的天线高的基准点为接收机天线的相位中心，GAMIT软件可根据测站信息中的天线类型及天线罩信息，自动选取天线相位中心改正模型将其原始观测值归算至天线前置放大器底部位置；再根据天线高，将最终坐标归算至测站标石中心。

3）收集周边国家基准站的数据，本项目数据处理时收集了周边的 BJFS、SNSY、TWTF、SHAO、AHAQ、AHBB、FJWY、HAQS、JXJA、WUHN、ZJJD共十一个连续运行站的数据，收集周边连续运行站分布情况见上图2。

1.5 基线解算

在收集的周边11个连续运行基准站的控制下，对C级网点进行单日数据处理。主要处理内容包括：先验坐标的获取 （选用国家连续运行基准站对未知基准站进行差分，获得未知基准站的先验坐标）、主要参数的设置 （包括卫星轨道精密星历、卫星截止高度角、历元间隔、对流层改正模型与延迟模型、基线解算坐标约束条件等）和基线解算结果的检验等。由于GAMIT软件采用的是全组合解 （也称网解），在基线解算时已经分配了同步环闭合差。因此可以把基线解的Nrms值作为同步环质量好坏的一个指标，根据Nrms值对同步环进行检核。

本项目的同步环Nrms统计情况见表2。通过统计表可知GPS同步环的Nrms值均小于0.3周，说明基线解算时周跳基本剔除干净。

表2 GPS同步环Nrms值统计情况表

1.6 平差计算

1）平差模型，GAMIT软件一次只能解算一个时段 （目前一个时段的长度一般为一天）同步观测站的数据，这个解算为单天解。对于连续多天观测 （一般连续七天），通过GAMIT软件处理可以得到多个单天解，然后可将这些单天解进行合并，使其成为整体解 （即单周解）。对于永久GPS观测站而言，也就可以得到很多的单周解，将这些单周解再进行合并，又可以得到一年解。然后用卡尔曼滤波法去合并多时段解。

2）平差参数设置，平差计算前，需要对GLOBK软件配置文件中的平差参数进行设置，平差参数设置要求如下：①待定点的坐标松弛 （±10m）；②卫星轨道松弛 （±100m）；③地球定向参数EOP松弛约束；④给予 ±0.2mas的Markov马尔科夫随机过程约束。

3）数据检验，在2000国家大地坐标系下，对全部基线结果进行了x2检验，x2检验值均小于2。x2检验结果统计见下表3。

表3 x2检验结果统计表

x2检验的结果表明：全部基线数据中参数是相容的，基线结果是可靠的、正确的，可全部参与平差处理。

4）平差方案，C级网平差中，收集的 BJFS、SNSY、TWTF、SHAO、AHAQ、AHBB、FJWY、HAQS、JXJA、WUHN、ZJJD共十一个连续运行基准站成果采用 “全国卫星导航定位基准服务系统运行维护”项目最新成果；与 “华东、华中区域大地水准面精化”项目重合的7个点 （R636、R669、R685、R686、R705、R926、R927）采用 “华东、华中区域大地水准面精化项目”成果。

在2000国家大地坐标系下，约束所收集的BJFS、SNSY、TWTF、SHAO、AHAQ、AHBB、FJWY、HAQS、JXJA、WUHN、ZJJD共十一个连续运行基准站及重合 “华东、华中区域大地水准面精化”项目的7个点，做三维约束平差，获得本项目待定点的坐标。

精度评定和效率分析

1.7 精度评定

平差结束后分别对GPSC级网点坐标精度和基线精度进行统计，统计结果见表4和表5。

表4 空间坐标精度统计表 单位：mm

由空间坐标精度表可知，本次测量的GPSC级网点空间直角坐标X分量的中误差最小值为±1.5MM，最大值为±14.9mm，平均值为±3.4mm；Y分量的中误差最小值为±2.4mm，最大值为±18.6mm，平均值为±5.4mm；Z分量的中误差最小值为±1.6mm，最大值为±12.2mm，平均值为±3.6mm。C级网点南北分量的中误差最小值为±0.7mm，最大值为±5.6mm，平均值为±1.5mm；东西分量的中误差最小值为0.9mm，最大值为±11.9mm，平均值为±1.9mm；垂直分量的中误差最小值为±3.0mm，最大值为±23.3mm，平均值为±6.9mm。

表5 GPSC级网基线精度统计表

由上表可知，本次测量的GPSC级网相邻点东西分量的中误差最小值为±0.9mm，最大值为±12.1mm，平均值为±3.0mm；基线南北分量的中误差最小值为±0.8mm，最大值为±6.0mm，平均值为±2.2mm；GPSC级网相邻点基线垂直分量的中误差最小值为±3.6mm，最大值为±26.9mm，平均值为±10.3mm；基线相对中误差最小值为3.95×10-8，最大值为2.49×10-6，平均值为1.91×10-7。满足规范的技术要求。

1.8 效率分析

C级GPS控制网中的23个控制点是原控制网被破坏后剩下的点，点位分布不均匀，而且位置较为偏僻，假如采用常规的组网观测，网新形强度不一定高，要达到C级精度要求，还需要附件至少要3个B级GPS控制点，同步观测时间需要达到8个小时，对人员调度和作业组织要求高。但采用基于卫星定位连续运行基准站的点观测模式，对所有参与观测的仪器可以不同步开机观测，人员到位后即可开始观测，满足8个小时后结束，作业的机动性强，组织灵活，效率明显提高。

2 结语

本文利用实际工程案例，论述了基于卫星定位连续运行基准站点观测模式的GPS控制测量的观测和数据处理等技术流程，并对成果进行了精度评定，均满足规范要求。相比于传统的GPS组网观测模式，基于卫星定位连续运行基准站点观测模式具有效率高的独特优势，对快速实施城市控制网的建立或更新具有一定的适用性。