周命端，覃發(fā)超，楊玉忠，陳 誠，李國鴻

(1．北京建筑大學(xué)測繪與城市空間信息學(xué)院，北京100044;2．現(xiàn)代城市測繪國家測繪地理信息局重點(diǎn)實驗室，北京100044;3．西華師范大學(xué)國土資源學(xué)院，四川 南充637002;4．南充市國土資源局，四川 南充637002;5．北京航天勘察設(shè)計研究院有限公司，北京100070)

一、引 言

利用GPS的現(xiàn)代測量技術(shù)和方法，改變了傳統(tǒng)的測量模式，使測量外業(yè)工作自動化程度大大提高，使測量內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理軟件的作用更加重要。為了滿足工程測量單位對GPS數(shù)據(jù)處理的要求，國內(nèi)外相關(guān)機(jī)構(gòu)單位開發(fā)了多種GPS數(shù)據(jù)處理軟件，使測量內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理工作更加高效、精確［1-2］。

本文在介紹華測CGO軟件數(shù)據(jù)分析流程的基礎(chǔ)上，結(jié)合某區(qū)農(nóng)村集體土地大比例尺圖實測和確權(quán)登記發(fā)證項目控制測繪工作所建立的D級GPS工程控制網(wǎng)，探討CGO軟件分析處理GPS工程控制網(wǎng)的過程和方法，最終得到所需控制點(diǎn)的平差坐標(biāo)和高程擬合值，并將CGO二維網(wǎng)平差結(jié)果、高程擬合結(jié)果與CosaGPS平差結(jié)果、高程擬合結(jié)果分別作比對分析，驗證CGO軟件的網(wǎng)平差和高程擬合模塊的應(yīng)用效能，為工程應(yīng)用提供參考和借鑒。

二、CGO軟件數(shù)據(jù)分析流程

1．CGO軟件功能

隨機(jī)軟件CHC Geomatics Office(簡稱CGO)是上海華測導(dǎo)航技術(shù)有限公司完全自主研發(fā)的第二代全功能GNSS數(shù)據(jù)后處理軟件。該軟件采用全新的數(shù)據(jù)解算引擎，具有高效的解算引擎，優(yōu)越的自動化及長時間解算，自由組合的GPS、GLONASS、BDS多衛(wèi)星定位系統(tǒng)數(shù)據(jù)解算模式，靜態(tài)、快速靜態(tài)和動態(tài)后處理(PPK)等多種作業(yè)方式?？杉嫒萏鞂殹⒖粕祷€解算文件，具有精密星歷SP3下載與處理模塊，符合國家最新GPS控制測量規(guī)范、國內(nèi)外多種NGS天線認(rèn)證與實現(xiàn)自動化識別，多種報告輸出(平差處理報告、基線處理報告、網(wǎng)圖報告、閉合環(huán)報告、項目總結(jié)報告等)，擁有自主配置的平差檢驗報告，符合國際化、行業(yè)化標(biāo)準(zhǔn)、全新的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換和RINEX轉(zhuǎn)換模塊，精細(xì)的操作日志記錄(提供相鄰點(diǎn)間的基線解算水平和垂直精度)，實時了解當(dāng)前操作與后期回放等多種先進(jìn)的功能模塊，是將來工程應(yīng)用的主流GNSS數(shù)據(jù)后處理軟件，CGO軟件主界面如圖1所示。

圖1 CGO軟件主界面圖

2．?dāng)?shù)據(jù)處理流程

利用CGO軟件分析處理GPS工程控制網(wǎng)的主要數(shù)據(jù)處理流程包括預(yù)處理、基線解算和網(wǎng)平差，數(shù)據(jù)處理流程如圖2所示。

三、應(yīng)用實例

為切實做好某區(qū)農(nóng)村集體土地大比例尺圖實測和確權(quán)登記發(fā)證項目控制測繪工作，建立了近90個控制點(diǎn)的D級GPS工程控制網(wǎng)，按要求全覆蓋該區(qū)1028 km2用于基礎(chǔ)測繪骨干控制。外業(yè)測量數(shù)據(jù)采集調(diào)配7臺Trimble GPS接收機(jī)，共25個時段，形成432條基線，經(jīng)數(shù)據(jù)分析與質(zhì)量檢核獲得合格基線429條，所形成的GPS控制網(wǎng)形如圖3所示。

圖2 CGO軟件數(shù)據(jù)處理流程圖

1．基線處理與精度分析

對于短基線(10～15 km以下)的GPS工程控制網(wǎng)的數(shù)據(jù)處理，GPS接收機(jī)的隨機(jī)軟件解算基線向量可以獲得較高的精度［3-4］。本文利用華測公司GPS接收機(jī)隨機(jī)CGO軟件分析處理GPS數(shù)據(jù)，基線處理與分析策略見表1。

圖3 某D級GPS工程控制網(wǎng)形圖

利用CGO分析處理GPS基線向量的方法流程為:①將所有GPS原始數(shù)據(jù)(*．T01格式)導(dǎo)入到CGO軟件里，如圖1所示，根據(jù)外業(yè)測量觀測手簿將量測天線高改化至天線的參考點(diǎn)DHARP(一般指天線座底部)，并根據(jù)實際使用的GPS接收機(jī)設(shè)備配置天線廠商和天線類型;②根據(jù)表1的基線處理與分析策略進(jìn)行GPS基線向量的預(yù)處理工作，簡記原始預(yù)處理，再利用基線殘差數(shù)據(jù)圖對每條基線向量進(jìn)行人工干預(yù)(依據(jù)基線RMS＜0．02 m屏蔽部分衛(wèi)星的粗差GPS數(shù)據(jù))后再進(jìn)行基線精處理，將基線向量解算精度控制在Ratio＞3且RMS＜0．02 m，這個過程簡記人工干預(yù)精處理;③依據(jù)《全球定位系統(tǒng)(GPS)測量規(guī)范》(GB/T 18314—2009)［5］或技術(shù)設(shè)計書的要求，從重復(fù)基線較差檢核、環(huán)閉合差檢核進(jìn)行GPS基線處理的質(zhì)量控制;④剔除不合格基線向量后建議將合格基線向量及方差-協(xié)方差陣信息導(dǎo)出成天寶基線數(shù)據(jù)交換格式文件(*．ASC)。

表1 基線處理與分析策略表

根據(jù)CGO基線解算方法流程，為評估分析基線解算的實際精度情況，本文從整周模糊度搜索方法［6］(LAMBDA)的Ratio值和基線殘差RMS值兩個角度來比對分析原始預(yù)處理與人工干預(yù)精處理的基線向量精化處理程度，其中，Ratio值增變程度如圖4所示，基線殘差RMS精化程度如圖5所示。值得說明的是在人工干預(yù)精處理過程中，因基線號為B195、B277和B430的3條基線被精化后的基線本身精度過低而影響異步環(huán)檢核超限而被剔除。

圖4 整周模糊度搜索Ratio值增變圖

圖5 基線解算RMS分析

從圖4可以看出，基線解算過程中采用LAMBDA模糊度搜索方法，對于人工干預(yù)后的基線精處理獲得的Ratio值95%以上基線高于原始預(yù)處理，其中基線B83的增變效果最明顯，從1．9增變至99．9;剔除3條不合格基線后的429條合格基線Ratio平均值從16．6增變到31．2。

從圖5可以看出，利用基線殘差數(shù)據(jù)圖進(jìn)行人工干預(yù)精處理解算基線向量，獲得的基線殘差RMS值99%以上基線高于原始預(yù)處理，其中基線B407的精化效果最明顯，從0．038 4 m精化到0．015 3 m。剔除3條不合格基線后的429條合格基線RMS平均值從0．015 1 m精化到0．012 5 m。

2．網(wǎng)平差與效能分析

通過GPS基線向量人工干預(yù)精處理之后，獲得了429條合格的基線向量及方差-協(xié)方差陣信息，可以用于后續(xù)的CGO網(wǎng)平差處理與效能分析。

在GPS網(wǎng)平差處理過程中，利用CGO軟件分析處理WGS-84坐標(biāo)系下的三維自由網(wǎng)平差，可以選擇秩虧自由網(wǎng)平差或固定任一點(diǎn)模式。在某平面坐標(biāo)系下的二維約束平差過程中，CGO提供了平移旋轉(zhuǎn)縮放模式實現(xiàn)面向坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的約束平差功能，而GPS高程擬合選用平面擬合法。

為分析利用CGO軟件網(wǎng)平差功能處理GPS網(wǎng)平差的實際精度，本文從工程應(yīng)用所要求的某平面坐標(biāo)系下的二維約束平差所獲得的最弱邊長相對中誤差為1/1 045 597，平面點(diǎn)位坐標(biāo)在x方向、y方向和點(diǎn)位3方面進(jìn)行精度統(tǒng)計分析，如圖6所示。

圖6 CGO二維平差點(diǎn)位精度統(tǒng)計分析

從圖6可以看出，CGO網(wǎng)平差處理所獲得的平面坐標(biāo)的中誤差在x方向上最弱的點(diǎn)為P12，優(yōu)于5 mm;在y方向上最弱的點(diǎn)為P12，優(yōu)于5 mm;最弱點(diǎn)位是P12，優(yōu)于6．5 mm。

為正確評估CGO網(wǎng)平差處理及高程擬合功能的應(yīng)用效能，本文將CGO網(wǎng)平差處理所獲得二維約束結(jié)果、GPS高程擬合結(jié)果(簡記手段一結(jié)果)與武漢大學(xué)測繪學(xué)院研制的商用軟件CosaGPSV5．21［8］網(wǎng)平差(二維約束平差)結(jié)果、高程擬合(平面模型)結(jié)果(簡記手段二結(jié)果)進(jìn)行對比分析。分別從平面點(diǎn)位坐標(biāo)(x，y)、高程擬合結(jié)果h 3方面進(jìn)行作差比較(CGO結(jié)果-CosaGPS結(jié)果)，其較差如圖7所示。

圖7 兩種手段在平面坐標(biāo)與高程方向上的較差

從圖7可以看出，兩種手段所獲得平面坐標(biāo)(x、y和h)3個方向上的較差在誤差允許的范圍之內(nèi)，在x方向上的最大較差為6．8 mm，平均較差值為1．9 mm;在y方向上的最大較差為6．4 mm，平均較差值為0．5 mm;在h方向上的最大較差為1．1 mm，平均較差值為0．03 mm。

另外，從兩種手段所獲得的平面坐標(biāo)(x，y)的中誤差精度指標(biāo)分析，其比較圖如圖8所示。

圖8 兩種手段在平面坐標(biāo)(x，y)中誤差的比較圖

從圖8可以看出，兩種手段在平面坐標(biāo)(x，y)中誤差的比較差別都很小，這種差別可以忽略不計。從圖7和圖8的分析表明:CGO軟件的網(wǎng)平差和高程擬合模塊的應(yīng)用效能是行之有效的。

四、結(jié)束語

本文結(jié)合某區(qū)農(nóng)村集體土地大比例尺圖實測和確權(quán)登記發(fā)證項目控制測繪工作所建立的D級GPS工程控制網(wǎng)的觀測資料，探討了華測CGO軟件在GPS工程控制網(wǎng)數(shù)據(jù)處理中的應(yīng)用效能，獲得了平面點(diǎn)位精度在x方向上優(yōu)于5 mm，y方向上優(yōu)于5 mm，點(diǎn)位中誤差優(yōu)于6．5 mm，最弱邊長相對中誤差為1/1 045 597的良好結(jié)果;并將CGO二維網(wǎng)平差結(jié)果、高程擬合結(jié)果與CosaGPS平差結(jié)果、高程擬合結(jié)果分別作比對，在誤差允許的范圍內(nèi)驗證了CGO軟件的網(wǎng)平差和高程擬合模塊的應(yīng)用效能，獲得了較高的精度，可為工程應(yīng)用提供參考和借鑒。

［1］ 劉基余．GPS衛(wèi)星導(dǎo)航定位原理與方法［M］．北京:科學(xué)出版社，2003

［2］ 李征航，黃勁松．GPS測量與數(shù)據(jù)處理［M］．2版．武漢:武漢大學(xué)出版社，2010．

［3］ 盧獻(xiàn)健，任超．GPS數(shù)據(jù)處理科研軟件與商業(yè)軟件對比分析［J］．全球定位系統(tǒng)，2007(5):29-32．

［4］ 宋中華，周命端，張玉生，等．GPS工程測量網(wǎng)數(shù)據(jù)處理與質(zhì)量評估方法研究［J］．測繪工程，2011，20(4):22-25．

［5］ 中國標(biāo)準(zhǔn)出版社．GB/T 18314—2009全球定位系統(tǒng)(GPS)測量規(guī)范［S］．北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2009．

［6］ Tun P J G．The Least-squares Ambiguity Decorrelation Adjustment:a Method for Fast GPS Integer Ambiguity Estimation［J］．Journal of Geodesy，1995，70(1-2):65-82．

［7］ 郭際明，羅年學(xué)，周命端，等．工程控制網(wǎng)數(shù)據(jù)處理理論、方法與軟件設(shè)計［M］．武漢:武漢大學(xué)出版社，2012．