黑龙江省龙江县GPS基准网的设计与实现
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【摘要】本文对龙江县GPS基准网的布设方案和数据处理方法进行分析和研究，总结了本GPS基准网建立的主要方法及技术路线，详细探讨和解决了网形布设、基线解算、平差以及质量控制等关键问题，并对成果进行了分析和评价。总结了一些心得体会。
【关键词】GPS基准网;数据处理;精度分析
由于GPS定位技术操作简便快捷，布网和观测不受时间和空间的限制；精度高、速度快、数据采集和数据处理自动化程度高，有常规测量模式不可比拟的优越性。因此，GPS在龙江县建设测量中得到了广泛的应用，现本文着重就GPS在龙江县的布网及应用给予介绍。
１．工程概况
龙江县位于黑龙江松嫩平原。为科学高效的做好小城镇规划工作，所有县属乡镇必须统一基准、统一标准、统一工作方法，以便更好的为龙江县开发建设服务。因此，必须建立龙江县GPS基准网。
2.GPS基准网的布设
龙江县GPS基准网的布设是以小城镇规划建设目的，要求GPS网点具有一定密度和较高的精度。此控制网共布设11个点，设计等级为B级，最弱点点位中误差水平分量不大于0.050m、高程分量不大于0.080m
3.GPS网的选点与埋石
GPS网的选点，要求点位视野开阔，目标明显，周围截止高度角10°以上，没有成片障碍物，并便于安置GPS接收机和操作；远离大功率无线电发射台及高压输电线，距离＞500m；交通便利，而且安全、稳定，便于长期保存和利用。标石必须埋直、埋正、牢固，便于长期保存，标石埋置至少低于地面30cm，不易被破坏，标石埋好后，及时在现场绘制出详尽的点之记。标石规格按中华人民共和国测绘行业标准《全球定位系统(GPS)测量规范》CH2001-92中附录B之(Ⅰ)一般普通标石，用钢筋混凝土浇注制做。
4.GPS网的观测方案
GPS网的观测采用10台天宝双频GPS接收机按4个基本图形(见图1)，分A、B时段进行作业。为便于外业观测数据的检核，增加外业观测数据的可靠性，每一测站不同时段重复观测次数不少于2次，接收时间均为4h以上，接收截止高度角为10°，历元间隔20″。
5.基线精度影响因素
5.1起算点对基线精度影响。
5.2卫星轨道对基线精度影响。
6.基线处理
6.1基线处理采用软件由于该网跨度大，精度要求高，天宝随机GPS或PRISM软件加广播星历处理不能满足设计精度要求，只对野外接受数据资料质量进行检查，并进行数据格式转换，为基线精处理做准备。
6.2基线处理观测数据质量是保证基线解算精度和可靠性的关键之一。因此，用GAMIT软件处理时，正确修正观测数据中的周跳和删除大残差观测值的数据编辑是GPS数据处理中的主要工作之一。数据编辑首先采用AUTCLN模块自动完成之后，然后用CVIEW进行人工数据编辑。在GAMIT软件用AUTCLN自动完成之后，首先用CVIEW根据LC观测值的变化删除有问题的观测值和标记AUTCLN中未发现的跳周。然后，根据SCANDD给出的信息用CVIEW修正跳周、删除不必要的跳周标记和不好的观测值。一般而言，数据编辑要保证各时段解的RMS小于0.4。数据编辑工作完成后，生成观测数据文件，用于每时段基线解算。
表1 基线向量重复性统计
从表1可以看出，水平方向的重复性优于10mm＋1.0×10-8；垂直方向重复性优于15mm+2.0×10-8，也就是说，重复性精度能够达到甚至优于10-8，能够满足技术要求。
7.GPS网的平差计算
7.1平差软件GPS基准网的整体平差采用Power ADJ Ver3.0完成。
7.2平差采用的观测量。GPS基准网采用了GAMIT软件进行同步观测网的基线解算，平差时采用各同步观测网的独立基线向量及其全协方差矩阵作为观测量。
7.3在ITRF坐标框架下三维无约束平差经过粗差分析，消除粗差影响后，三维无约束平差结果的验后单位权方差仍未通过χ2检验，这是因为GAMIT基线解的输出精度与其实际精度不匹配。处理时根据三维无约束平差的结果，对基线观测量的方差分量因子进行调整，其中方差分量改正因子为1.9387，最终三维无约束平差结果的单位权中误差通过χ2检验。三维无约束平差的结果，客观地反映了整个GPS网的内部符合精度。
7.4在ITRF坐标框架下三维约束平差
为了与松嫩平原高精度GPS网成果保持统一，本次平差采用松嫩平原高精度GPS网平差成果中部分测站的坐标作为三维约束平差的基准。这些基准站中包括国家A级GPS网点四个站，平差时以这四个站的三维坐标(X,Y,Z)作为固定点约束值。
根据平差结果统计，GPS基准网的三维约束平差，最弱点位中误差优于0.010m、高程优于0.016m。根据图4基线边平差结果统计，130km以内的边长相对精度达到10-7，130km以上的边长相对精度达到10-8量级，这一精度达到了国家B级GPS网的精度要求。
8.GPS基准网三维平差检核
在(图1)GPS基准网图中122、201、205、401、403点为松嫩平原高精度GPS点，其平差结果与已知成果互差如表2所示。
表2 平差结果与已知成果互差(单位：m)
9.结束语
9.1龙江县GPS基准网严格依照中华人民共和国测绘行业标准《全球定位系统(GPS)测量规范》CH2001-92及国家高精度GPS网布设要求进行布网设计。
9.2 GPS基准网数据处理方法合理，起算数据准确可靠，结果精度高，其基线分量重复性水平方向优于10mm+1.0×10-8，垂直方向优于15mm+2.0×10-8，基线处理的精度达到技术设计要求。
9.3 GPS基准网的整体平差采用Power ADJ Ver3.0软件进行，观测量采用GAMIT同步网的独立基线解及其全协方差阵，数据处理模型严密。
9.4经过粗差分析和观测量方差分量因子的调整，三维无约束平差边长相对精度为：边长小于100km的边达到了10-7，大于100km的边长达到10-8；观测量改正数V小于3δr，其精度相符合。说明该GPS网外业观测和基线处理结果良好，达到了较高的内符合精度。
9.5三维约束平差采用松嫩平原高精度GPS网平差成果中的国家A级GPS网点中的四个点的坐标值作为固定约束，平差成果最弱点位中误差水平分量优于0.010m，高程分量优于0.016，小于130km的基线边相对中误差达到10-7、大于130km的基线边相对中误差达到10-8，达到了国家B级GPS网的精度要求。
9.6 GPS基准网WGS-84坐标系三维约束平差检核点结果表明：X≤0.0077m,Y≤0.0868m，Z≤0.0631m，达到了设计精度指标。
9.7 GPS基准网的三维约束平差结果，建立了该地区在ITRF91框架下统一的三维大地坐标基准，并与92国家A级GPS网的基准一致。■
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