已知点精度对航道工程GNSS控制网基线解算的影响分析

王汉顺

（厦门闽矿测绘院，福建 厦门 361004）

因为基线解算时已知点坐标精度在航道等线性工程控制网的数据处理中十分重要，所以为了使已知点初始坐标误差不影响航道工程控制点成果精度，在工程实践中通常需要控制航道工程控制网中已知点的坐标精度。文章以某大型航道整治工程的施工控制网为研究对象，对使用GAMIT软件解算航道工程GNSS控制网基线所容许的已知点的坐标精度进行试验研究，研究结果可以为航道工程设计人员提供参考。

1 航道工程控制网基线解算技术路线

1.1 常用基线解算软件

航道工程控制网是航道工程建筑物后期施工放样的起始基准，具有跨度大、布设复杂的特点，一般沿测区呈带状布设，计算需要使用高精度GNSS数据后处理软件。GAMIT作为目前世界上较好的GNSS数据后处理软件之一，以其高自动化水平、快速运算能力、高精度处理和源代码公开的优点而被广泛应用，因此文章建议航道工程控制网采用GAMIT软件进行高精度基线解算。

1.2 GAMIT基线解算策略

采用GAMIT10.7软件对航道工程控制网进行基线解算时，需要对四个控制文件（sestbl.、sittbl.、sites.defaults、process.defaults）进行解算策略设置。文章在不同解算策略下对航道工程控制网进行大量基线解算试验，得到适用于呈带状分布的航道工程控制网的最佳解算策略，限于篇幅有限，试验过程将另文介绍，此处仅给出试验结果得到的最佳解算策略：sestbl.控制文件中将IGS基准站的X、Y、Z三个坐标分量的约束量分别设置为3cm、3cm、5cm，将求解点X、Y、Z三个坐标分量的约束量分别设置为5m、5m、5m；process.defaults控制文件中将已知点的历元间隔与IGS基准站历元间隔统一为30s；sestbl.控制文件中把卫星截止高度角设定为15°，将基线解算模型设置为RELAX，将基线解决类型设定为2-ITER，将基线观测类型设定为LC_HELP，以更适合于中基线和长基线，采用SAASTAMOINEN干湿度延迟模型，采用VMF1干湿度映射函数；采用PWL分段线性法对测站天顶对流层湿延迟参数进行估算，以减弱对流层折射误差对控制网基线解算的不利影响；基线解算时将gpt.grid文件一同代入解算，GAMIT软件可以从该模型文件中内插计算出测区的温度和气压。

2 已知点精度对基线解算影响的试验

2.1 测量区域概述

项目航道整治工程全长366.45km，自东经111°30′～114°30′横跨国家标准3°分带的第37带和第38带。航道工程控制网是该项目涉及的河段和城市航道工程建筑物施工建设的基础。航道沿线最高海拔为1967m，最低海拔为1304m，最大落差达663m，是一个典型的大型长距离航道工程。项目首级施工控制网布设二等GNSS控制网，沿航道工程线路每隔8～13km布设一个控制点，通过6台LECIA 1200双频GNSS接收机采用边连式布网。用于测试的实验数据为该线路布设的4个GNSS控制点在年积日322～324的观测数据。

2.2 试验方案

已有文献表明在我国范围内进行区域性的控制网基线解算时，选取全部位于北半球的4个IGS基准站可以达到很好的约束效果。为测试不同已知点精度对航道等线性工程控制网基线解算产生的影响，试验中把上文所述的航道工程测量控制网与SHAO、BJFS、URUM、LHAZ共4个位于北半球的IGS基准站进行联合解算，4个IGS基准站的坐标为在IFRS官网获取的ITRF2014框架、2000.0参考历元下的精确坐标。同时，设计5组不同已知点精度的实验方案进行对比研究，即在4个IGS基准站坐标上分别施加0cm、2cm、10cm、20cm、2m的误差。在进行试验前，已用TEQC软件对IGS基准站和项目布设的GNSS控制点观测数据进行质量检查，经检查数据利用率、电离层延迟变化率、噪声比率、多路径误差和周跳率等参数都处于较理想状态。

3 各方案试验结果对比与分析

所有试验方案全部基于文章所述的基线解算策略进行参数设置，采用GAMIT软件对5种试验方案进行基线解算后发现所有方案的标准化均方根误差均优于0.25m，这就说明在基线解算时即使所使用的已知点含有较大误差，利用GAMIT软件进行基线解算其结果都会收敛，即已知点粗差大小不会致使GAMIT软件解算不通过。此外，各试验方案解算结果中的基线分量改正值均不超过解算策略中设置的2倍约束量，上述现象表明无法通过标准化均方根误差和基线分量改正值来衡量各试验方案的好坏。因此，文章又对比分析了不同试验方案的基线矢量中误差以及基线分量的大小。

3.1 基线矢量中误差计算与分析

已知点含不同粗差情况下的控制网基线矢量平均精度对比如图1所示，其中纵坐标为项目测量控制网在年积日322～324计算的3个单日解各基线矢量中误差平均值，横坐标为所用IGS基准站施加的粗差数值。分析图1可知，当IGS基准站坐标不含误差时，可以有效对整网进行约束，即IGS基准站的参与会使基线矢量中的中误差平均值保持在很小水平；当参与解算的IGS基准站坐标误差在10cm范围以下时，计算的基线矢量中误差平均值在1cm上下浮动；当参与解算的IGS基准站坐标误差达到20cm时，计算的基线矢量中误差平均值在2cm上下浮动；当参与解算的IGS基准站坐标误差达2m时，6条基线矢量中误差平均值已达到分米级，表明此时的基线解算精度较差。

图1 已知点含不同粗差情况下的控制网基线矢量平均精度对比

3.2 基线分量大小计算与分析

通过对各试验方案基线解算结果进行仔细对比，发现基线分量长度在不同方案下有较大差异，因此文章以IGS基准站坐标不含误差时的解算结果作为项目测量控制网6条基线的真值，将其他IGS基准站坐标含有误差时的4个试验方案GAMIT基线解算结果中的X、Y、Z、L基线分量与IGS基准站坐标无误差的解算结果做差（以HD11-HD12基线为例），得到已知点含不同粗差情况下的控制网基线分量对比如图2所示。

分析图2可知，当IGS基准站坐标误差在10cm范围内时，控制网基线解算结果与IGS基准站坐标无误差时的解算结果基本保持一致。即使IGS基准站坐标误差增大到20cm，控制网基线解算结果与IGS基准站坐标无误差时的解算结果较差仍在毫米级。但是，当IGS基准站坐标误差增大到2m时，控制网基线解算结果与IGS基准站坐标无误差时的解算结果较差立即增大到厘米级，最大值高达2.84cm。这说明此时的基线结果可靠性较差，基线解算已产生较大的误差。

图2 已知点含不同粗差情况下的控制网基线分量对比

4 结论

文章以某大型航道整治工程GNSS首级控制网作为研究对象，通过对GNSS控制网基线解算中已知点坐标的容许精度进行试验，结果证明：采用GAMIT软件进行航道等线性工程GNSS控制网基线解算，已知点坐标精度对基准线解算结果可靠性和准确性的影响十分重要，理想结果是将已知点的坐标误差控制在10cm以下；当已知点的坐标误差增大到20cm时，GAMIT软件解算的控制网基线在X、Y、Z三个方向的分量仍保持在毫米级水平；但当已知点的坐标误差增大到2m时，基线解算的结果将不再可靠，无法满足高精度基线解算的需要。