CORS网新增站点快速高精度坐标联测与精度评估

范昆飞，黄焕东，易桂轩

（1.南宁市国土资源信息中心，广西 南宁 530022； 2.武汉市测绘研究院，湖北 武汉 430022）

CORS网新增站点快速高精度坐标联测与精度评估

范昆飞1，黄焕东1，易桂轩2

（1.南宁市国土资源信息中心，广西 南宁 530022； 2.武汉市测绘研究院，湖北 武汉 430022）

以某地区CORS为实例，将新增参考站网与原有参考站网进行同步联测，联合运用TEQC、GAMIT、CosaGPS实现新增参考站坐标的高精度快速解算，并进行了全面详尽的基线处理与网平差精度评估。实践证明，该方式能实现新增参考站快速高精度的坐标联测。

GAMIT；CosaGPS；区域CORS网；数据处理；精度评估

CORS作为地方或城市坐标基准框架，需通过与地区CGCS2000网点联测获取坐标[1]。受经费、工期等因素影响，很多地区CORS都采取多期建设，即先建设覆盖经济中心区域的参考站，在CORS运营过程中再不断扩充新增参考站。为了快速、低成本地获取新增参考站坐标，常采用联测原有参考站的方法。本文以联测原有参考站快速解算南宁CORS新增参考站为例，阐述了联合运用TEQC、GAMIT、CosaGPS进行高精度GPS数据处理与精度评估的过程与方法，为生产实践提供有益的经验与参考。

1 数据处理

1.1 数据预处理

南宁CORS同期共新增11个参考站（GT），周边原有参考站9个（JZ），所有参考站相互距离最近为3 km，最远为150 km ，坐标联测网如图1所示。

图1 南宁CORS坐标联测网

FTP远程下载新建参考站和原有参考站2012年171、172、173 d的卫星观测值，利用TEQC软件进行观测数据预处理，包括观测值格式转换、观测值裁剪与合并、采用率重置、观测值卫星数据剔除、观测值头文件编辑、o文件格式检核与修改、观测值质量检核等。最终获得格式、头文件（天线类型、天线高等）、起止时间（24 h）、采样率（30 s）等都正确、干净的60个（20站×3时段/站）GPS观测值文件。

1.2 基线向量解算

GAMIT是全球最著名的高精度GPS数据处理软件，本文基于Ubuntu 11．04操作系统采用GAMIT 10．35版本进行基线解算。GAMIT软件安装完成后，应更新tables文件，最新的tables文件可通过ftp:// garner．ucsd．edu/pub/gamit网站下载更新。本次解算主要参数配置如表1所示[2,3]。

表1 主要参数配置表

配置处理好sestbl．和sittbl．文件后，运行sh_gamit，软件自动从IGS下载精密星历进行基线解算。

1.3 GPS网平差

COSA_GPS是由武汉大学开发的专业GPS网平差与结果统计软件，利用CosaGPS读取GAMIT基线文件（q-file）。

GPS测量规范（GB/T18314-2009）规定，基线测量中误差σ使用GPS接收机的标称精度。本次解算的参考站接收机种类较多，标称精度最高的是Leica GR10接收机（3 mm+0．5×10-6），采用此指标设置在CosaGPS软件中，用于所有检核指标限制的计算。按以下规则选取独立基线：171时段按“顺序连线”方式选取独立基线；172时段按照“射线型”方式选取独立基线；173时段按“随机”方式选取独立基线。20个参考站每个时段形成19条独立基线，用于最终网平差的独立基线共有57条。采用CosaGPS在CGCS2000基准下，以9个原有参考站为起算进行约束平差。

2 基线处理精度评估

2.1 NRMS值分析

GAMIT基线解算结果o-file或q-file中，NRMS（标准化均方根误差）表示单时段解算出的基线值偏离其加权平均值的程度，是从历元的模糊度解算中得出的残差，其计算公式为[4]：式中，Xi、X分别为基线向量某分量值和其加权平均值，对应的方差为；n为基线条数。

NRMS是GAMIT解算结果的一个重要指标，一般认为NRMS值在0．12～0．5是合理的，根据国内外GPS处理经验NRMS值在0．25左右为最优[5]。本次分别解算3个时段，基线解算后NMRS值如表2所示。

表2 NRMS值统计表

从表2可知，NNCORS联测网3个时段同步图形的标准化验后NRMS值在0．17～0．19，表明NNCORS坐标联测网基线解算是合理的。

2.2 基线解算中误差分析

为了分析基线解算的精度情况，对GAMIT解算的3个时段共570条基线向量的水平分量、垂直分量的中误差作数值分析，如图2所示。

图2 基线中误差精度分析图

从图2可知，NNCORS坐标联测网基线处理的精度都优于±5 mm，垂直分量都优于±11 mm（绝大部分优于±10 mm）。GPS测量规范（GB/T 18314-2009）中B级网相邻点基线分量中误差为：水平分量≤±5 mm、垂直分量≤10 mm[4]，表明NNCORS基线解算精度接近B级网水平（少量基线的垂直分量略微超限）。

2.3 基线重复性分析

基线分量和边长的重复性检验是高精度GPS控制网基线质量分析的关键步骤，基线分量和边长的重复性指标反映的是观测数据的离散度[6,7]，其定义为：

式中，n为同一基线总观测时段数；Li为一个单时段解的基线某一分量或边长；δi2为Li的方差；L为Li的加权平均值，其计算公式如下：

采用自编软件计算所有190条基线（N，E，U）方向和长度L的重复性，如图3所示。

由图3可知，所有基线向量重复性在南北方向最大值为2．7 mm，平均值为1．1 mm；东西方向最大值为3．3 mm，平均值为1．3 mm；高程方向最大值为15．2 mm，平均值为5．2 mm；边长方向最大值为3．0 mm，平均值为1．3 mm。

对各条基线分量重复性与边长的关系进行线性拟合，结果如表3所示。

表3 基线（分量与边长）重复性与边长的关系表

2.4 其他精度指标分析

本文还对重复基线较差、同步环闭合差、异步环闭合差进行了质量检核。采用CosaGPS进行质量指标的检核，检验结果均满足规范要求。限于篇幅，在此未能一一列出。

3 网平差处理精度评估

3.1 基线三维分量改正数分析

CGCS2000坐标基准下的三维约束平差完成后，应满足VΔX/ΔY/ΔZ≤3σ，对网平差后57条独立基线的三维分量残差改正数进行统计，如图4所示。

图4 基线分量改正数统计图

从图4可知，所有基线的三维分量改正数都小于3．4 mm，远小于限差值。

3.2 点位坐标精度分析

网平差后得到11个新增参考站CGCS2000坐标，对平差后的结果进行精度统计分析，如图5所示。

图5 点位精度分析图

由图5可知，本次解算各测站点位精度在平面方向优于±0．4 cm，在高程方向优于±1．0 cm，点位精度优于±1．1 cm，最弱点为4号点。

3.3 基线边长相对中误差分析

对网平差后的基线边长相对精度进行统计分析，如图6所示。最弱边基线为1条超短边（＜3 km），其相对精度为0．40×10-6。除此之外，所有基线的边长相对精度都优于0．07×10-6。边长相对精度情况表明，除1条超短基线外。本次解算的边长相对精度都达到了国家二等大地控制网的要求（不低于0．1×10-6）[4]。

图6 边长相对精度统计分析图

[1] CH/T 2008-2005．全球导航卫星系统连续运行参考站网建设规范[S]．北京：测绘出版社,2006

[2] 李征航，张小红．卫星导航定位新技术及高精度数据处理方法[M]．武汉：武汉大学出版社，2009

[3] 许才军，张朝玉．地壳变形测量与数据处理[M]．武汉：武汉大学出版社，2009

[4] 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

[5] 郭际明,周命端,吴迪军,等．高精度GPS大型桥梁工程控制网数据处理与质量评估方法研究[J]．测绘通报，2012(2)：18-22

[6] 黄功文，王斌，王延伟． 高精度GPS控制网基线重复性检验与质量分析[J]．测绘通报，2011(7)：9-11

[7] 李毓麟，刘经南，葛茂荣，等．中国国家A级GPS网的数据处理和精度评估[J]．测绘学报，1996，25(2)：81-86

P221

B

1672-4623（2014）01-0151-03

10.11709/j.issn.1672-4623.2014.01.053

范昆飞，主要研究方向为高精度GPS数据处理、CORS应用、地籍测量。

2013-05-21。

项目来源：广西自然科学基金资助项目（桂科基0991023）；广西教育厅科研项目（桂教科研[2006]26～121）。