大連市B級GPS框架網建設

汪淼

摘 要：大連市B級GPS框架網的建設涉及GPS網的布設、GPS數據處理和坐標轉換，其中GPS網的布設需要大量的外業作業組織實施、GPS儀器檢定、觀測點的埋設、觀測方法及觀測技術指標的確立及觀測質量的檢查工作，是數據處理和分析的基礎，整個網絡建設對完善城市基礎數據意義重大。

關鍵詞：B級GPS框架網 數據處理 坐標轉換

中圖分類號：P228 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2016）02（c）-0018-02

大連市位于遼東半島最南端，是我國北方重要的港口、貿易、工業和旅游城市，地理位置獨特，具有重要的戰略地位。隨著城市化進程的加快，土地的有效使用依賴于統一的高精度測繪基礎資料，然而大連市原有控制網存在以下問題：（1）覆蓋范圍小，等級較低。20世紀60、70年代前控制網覆蓋，主要是當時國家建設三角點和水準點，市級控制網精度較低。2002年框架網覆蓋范圍，由GPS四等點和城市一級GPS導線點構成；（2）控制點損毀、丟失嚴重；（3）多套坐標系統并存，數據無法共享。有1980西安坐標系，1954年北京坐標系，大連城建坐標。鑒于大連市原有控制網狀況，已經嚴重滯后于大連城市建設以及數字城市建設發展的需求，必須加快其發展建設[1]。

1 GPS網的布設

1.1 外業作業組織實施

外業作業組織實施，需要考慮人員、設備、質量控制及組織實施和完成情況。其中，人員組織和設備配置都需要考慮B級GPS框架網點選埋和網點聯測，質量控制需要依據質量保證標準制定嚴格的保障措施，在組織實施時，需要做好充足準備。

1.2 GPS儀器檢定情況

按照《全球定位系統（GPS）測量型接收機檢定規程》（CH 8016-95）的要求，對參加該次B級GPS框架網觀測的儀器進行檢驗工作。檢驗項目包括GPS儀器的一般項目檢驗；零基線檢驗；天線相位中心穩定性檢驗；短基線檢驗；長基線對比觀測。對于儀器配置需要根據接收S/N或P/N號，接收機機型號，天線S/N號，天線型號及天線P/N號來考察其配置情況。通過比較測前和測后的零基線、天線相位中心、短基線的最大較差、最小較差及限差來評定GPS接收機和天線的準確性。

1.3 選埋情況

B級GPS框架網點選點的基本原則如下：B級GPS框架網點金州以南地區按經濟發達地區布點，點位密度較大；金州以北地區按經濟一般地區布點，點位密度相對較疏。所選點位應同時滿足GPS觀測和水準聯測條件；B級GPS框架網點應盡量選在擬建的一、二等水準路線結點處；置于水準路線中的B級GPS框架網點位亦應選建在基巖上，且點位便于長期保護；點位所占用的土地，應得到土地使用者或管理者的同意。

1.4 觀測方法及技術指標

GPS觀測主要分為B級GPS框架觀測、B級GPS框架網點與大地點（三角點）聯測、B級GPS框架網點與2000國家GPS大地控制網。對于B級GPS框架網觀測，需要遵照基本技術要求等來進行測量，詳見圖1。對于大地點（三角點）聯測運用點名、四位代碼、概略緯度和概略經度與B級GPS框架網點進行聯測。對于2000國家GPS大地控制網通過點名、點號、概略緯度和概略經度與B級GPS框架網點聯測。

2 GPS數據處理

該次數據處理基線解算與網平差軟件采用美國麻省理工學院和Scripps研究所共同研制的GAMIT/GLOBK軟件。采用Bernese5.0軟件進行檢核。對數據進行預處理時，依據外業觀測手簿，將同一天的觀測數據放在一起，數據格式為rinex格式，并檢查點名一致性與正確性；接收機與天線型號的正確性；天線高的正確性；年積日的一致性[2]。使用隨機軟件標準化，形成觀測數據文件SITEDAYS.YYO和廣播星歷文件SITEDAYS.YYN，其中SITE為點位編碼，DAY為年積日，S為觀測時段號，YY為觀測年號，O為觀測數據，N為廣播星歷。按照天線結構，天線高統一采用觀測值歸算。在基線解算時由GAMIT軟件自動計算天線相位中心位置，歸算至標石標志面。主要參數設置如下：（1）衛星軌道：IGS精密星歷，且固定；（2）衛星截至高度角：10°；（3）數據采樣間隔：30 s；（4）對流層改正模型：采用Saastamoinen模型進行標準氣象改正；（5）觀測值：采用消除電離層后的組合觀測值；（6）數據解算模式：周跳自動修復技術。以GPS Day（年積日）為單位，進行基線解算。在GPS網平差之前，進行重合點分析工作，是制定科學合理的平差方案的前提。對整網的全部基線結果進行了檢驗，檢驗值均<2。數據全部通過檢驗，參與平差。采用逐級控制的原則進行平差計算。對平差后的大連市GPS B級網框架網進行坐標精度統計。采用Bernese5.0進行測量精度核算，發現B級網X方向的精度優于±0.4 mm，Y方向的精度優于±0.6 mm，Z方向精度由于±0.6 mm。GPS數據處理技術路線見圖2。

3 坐標轉換

通過GLOBK軟件整體平差，獲得的是各GPS點基于WGS-84坐標系下的三維地心坐標成果，而實際工作中經常使用的是各GPS點基于1980西安坐標系的坐標、1954年北京坐標系或地方獨立坐標系[3]。因此，該項目必須通過轉換，獲得各GPS點的1980西安坐標系的坐標成果、1954年北京坐標系及大連市獨立坐標系統。

坐標轉換主要是利用兩種坐標系的重合點，采用坐標轉換模型，通過轉換方法得到相應坐標系的坐標。根據GPS 網與三角的重合情況，使用二維或三維坐標轉換模型求得坐標轉換參數，再根據坐標轉換參數求得GPS點相應的1980西安坐標系坐標，1954年北京坐標系坐標及大連市獨立坐標系統。

4 結語

大連市現代測繪基準體系采用國內外先進、嚴密、科學、實用的大地測量理論、方法和模型，完成城市高精度三維空間基準建設的城市。

（1）采用采用兩套國際上先進的高精度的GPS數據處理軟件（GAMIT/GLOBKE，BERNESE）對GPS控制網數據處理結果進行對算，保證了成果的正確性和可靠性。

（2）構建了城市多套現行坐標系統與2000國家大地坐標系的轉換關系，為城市已有地理信息數據向國家坐標系統、及城市新坐標系統轉換提供了方便、快捷的途徑，促進了城市2000國家大地坐標系統的推廣和應用。

（3）該項目通過科學的設計、精心的施測和嚴密的數據處理，取得了高精度的城市三維空間基準成果，保證了近海城市相當長一段時間的基準問題。該項目的完成對今后類似城市開展現代測繪基準體系建設具有示范和借鑒作用。

參考文獻

[1] 潘寶玉.兗州市“新54系”GPS網的建立及成果處理[J].測繪通報，1997（4）：19-22.

[2] 宋龍官.太倉、吳江兩市GPS控制網的建立與數據處理[J].地礦測繪，1997（3）：5-8，37.

[3] 潘寶玉，傅文祥，劉彥長.臨淄區四等GPS網的布網特點及精度分析[C]//21世紀我國工程測量技術發展研討會.2001.

[4] 申春英，鄭秀麗，王家鋒.介休市GPS網的建立及成果質量分析[J].大地縱橫，2002（2）：42-43.