王愛(ài)國(guó)，張殿江，丁文利，王懷念

(1. 武漢大學(xué)衛(wèi)星導(dǎo)航定位技術(shù)研究中心，湖北 武漢 430079； 2. 河南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局測(cè)繪地理信息院，河南 鄭州 450003)

CORS支持下的單點(diǎn)測(cè)量模式的探討

王愛(ài)國(guó)1,2，張殿江2，丁文利2，王懷念2

(1. 武漢大學(xué)衛(wèi)星導(dǎo)航定位技術(shù)研究中心，湖北 武漢 430079； 2. 河南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局測(cè)繪地理信息院，河南 鄭州 450003)

針對(duì)傳統(tǒng)GNSS控制網(wǎng)中需要多人多臺(tái)設(shè)備同步觀測(cè)的缺點(diǎn)，提出了利用CORS來(lái)進(jìn)行單點(diǎn)測(cè)量的模式，并利用Bland-Altman對(duì)兩種測(cè)量模式進(jìn)行檢驗(yàn)。采用CORS單點(diǎn)測(cè)量模式代替網(wǎng)模式，較好地解決了在網(wǎng)觀測(cè)中多臺(tái)設(shè)備同步觀測(cè)的缺點(diǎn)，根據(jù)Bland-Altman檢驗(yàn)，測(cè)量結(jié)果能達(dá)到E級(jí)網(wǎng)測(cè)量結(jié)果?；贑ORS單點(diǎn)測(cè)量模式的實(shí)踐表明，本文所提的測(cè)量模式不僅能滿足區(qū)域控制網(wǎng)的要求，也能較好地提高高精度控制測(cè)量的效率，研究結(jié)果是對(duì)高精度控制測(cè)量方法的補(bǔ)充，可以應(yīng)用于農(nóng)村集體土地登記發(fā)證等項(xiàng)目中。

CORS；GNSS；單點(diǎn)測(cè)量；靜態(tài)測(cè)量；一致性檢驗(yàn)；Bland-Altman

近年來(lái)，基于連續(xù)運(yùn)行參考站系統(tǒng)(continuous operational reference system，CORS)的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測(cè)量已經(jīng)成為低等級(jí)控制測(cè)量和碎部點(diǎn)測(cè)量的主要手段。同時(shí)利用CORS進(jìn)行高精度控制測(cè)量也有著不少優(yōu)勢(shì)，如不用額外尋找控制點(diǎn)、不需要在控制點(diǎn)上安置儀器與未知點(diǎn)設(shè)備同步觀測(cè)等。但該作業(yè)方法的缺點(diǎn)也是顯而易見的，即需要多臺(tái)GNSS接收機(jī)同步觀測(cè)，由于這些點(diǎn)位分布在不同的位置，常常是某個(gè)點(diǎn)位已經(jīng)開始很長(zhǎng)時(shí)間了，而另一些點(diǎn)位還沒(méi)有開始，也就是可能因?yàn)槟骋慌_(tái)設(shè)備或某個(gè)點(diǎn)位的問(wèn)題造成其他點(diǎn)位的觀測(cè)無(wú)效。

一、單點(diǎn)觀測(cè)模式與數(shù)據(jù)處理

單點(diǎn)觀測(cè)模式非常簡(jiǎn)單，直接在控制點(diǎn)上安置GNSS接收機(jī)，通過(guò)靜態(tài)觀測(cè)一定的時(shí)間長(zhǎng)度即可(如圖1所示)。將外業(yè)觀測(cè)得到的數(shù)據(jù)下載到計(jì)算機(jī)中，同時(shí)下載點(diǎn)位附近CORS參考站點(diǎn)的同步數(shù)據(jù)，對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算。

在測(cè)站i上對(duì)衛(wèi)星p進(jìn)行觀測(cè)后可列出線性化的觀測(cè)方程為

(1)

CORS站點(diǎn)的同步觀測(cè)方程為

(2)

式(1)減去式(2)可得

圖1 單點(diǎn)觀測(cè)模式

(3)

式(3)可變?yōu)?/p>

(4)

在測(cè)站i和CORS參考站上，還對(duì)衛(wèi)星q進(jìn)行了同步觀測(cè)，則可以繼續(xù)組成雙差觀測(cè)值表示的觀測(cè)方程為

(5)

利用上面的觀測(cè)方程進(jìn)行基線解算，基線解算成果可按照相同等級(jí)的GNSS網(wǎng)的基線檢核公式進(jìn)行檢核，但不存在重復(fù)基線的問(wèn)題。

基線解算后按照GNSS網(wǎng)平差的方法進(jìn)行計(jì)算，通過(guò)網(wǎng)平差將消除已知點(diǎn)不符值及閉合環(huán)閉合差，同時(shí)評(píng)估點(diǎn)位的精度，并確定點(diǎn)位在參考系下的坐標(biāo)。

對(duì)GNSS基線的起點(diǎn)到終點(diǎn)的坐標(biāo)差列出誤差方程為

(6)

網(wǎng)中的兩條基線組成誤差方程為

(7)

權(quán)陣通過(guò)基線解算獲得的方差-協(xié)方差陣來(lái)確定，按照最小二乘原理進(jìn)行平差計(jì)算獲得平差結(jié)果

(8)

式中，G為基準(zhǔn)方程系數(shù)矩陣。

要獲得點(diǎn)位的參心坐標(biāo)，還要根據(jù)已知的參心坐標(biāo)，建立地心系到參心系的轉(zhuǎn)換參數(shù)及參心系下坐標(biāo)參數(shù)的統(tǒng)一函數(shù)模型，通過(guò)平差計(jì)算獲得參心坐標(biāo)系統(tǒng)下的參心坐標(biāo)。

二、基于CORS的單點(diǎn)觀測(cè)模式的實(shí)例

為檢驗(yàn)基于CORS的單點(diǎn)測(cè)量模式的實(shí)際測(cè)量效果，選擇了兩塊試驗(yàn)區(qū)，分別位于河南省鄭州市的新鄭市和平頂山市的新華區(qū)。新鄭市周圍的CORS參考站分別為鄭州中心(ZZZX)、鄭州中牟(ZZZM)、鄭州新鄭(ZZXZ)，參與試驗(yàn)的E級(jí)點(diǎn)有90個(gè)。平頂山市新華區(qū)周邊的CORS站有寶豐(BAOF)和平頂山學(xué)院(PDXY)2個(gè)，參與試驗(yàn)的E級(jí)點(diǎn)有28個(gè)。在實(shí)際作業(yè)中，為比較兩種方法的實(shí)際測(cè)量效果，分別采用了常規(guī)的網(wǎng)測(cè)量模式和基于CORS的單點(diǎn)測(cè)量?jī)煞N模式。為保證觀測(cè)的精度，在采用基于CORS的單點(diǎn)測(cè)量模式時(shí)，將觀測(cè)時(shí)間延長(zhǎng)至90 min，而網(wǎng)測(cè)量模式的時(shí)段長(zhǎng)度為45 min。

按照前面的數(shù)據(jù)處理方法，基于CORS的單點(diǎn)測(cè)量模式和網(wǎng)測(cè)量模式分別進(jìn)行計(jì)算，得到了坐標(biāo)差值如圖2—圖5所示。其中X坐標(biāo)最大差值為1.8 cm，Y最大差值為2.4 cm，H最大差值為8.4 cm。點(diǎn)位的平面中誤差為1.2 cm，高程中誤差為3.0 cm。

圖2 兩種模式的X差值

圖3 兩種模式的Y差值

圖4 兩種模式的平面坐標(biāo)差值

圖5 兩種模式的H差值

三、點(diǎn)模式與網(wǎng)模式的一致性分析

四、結(jié)束語(yǔ)

目前，全國(guó)的CORS系統(tǒng)建設(shè)已經(jīng)基本建設(shè)完畢，利用CORS系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)測(cè)量非常便捷、快速，也是CORS系統(tǒng)應(yīng)用的主要方面。而在某些情況下，需要進(jìn)行靜態(tài)控制測(cè)量，利用CORS系統(tǒng)進(jìn)行靜態(tài)控制測(cè)量可以不用額外尋找控制點(diǎn)，也無(wú)需在控制點(diǎn)上進(jìn)行靜態(tài)測(cè)量，而只需在未知點(diǎn)上安置接收機(jī)，通過(guò)下載同步的CORS參考站的數(shù)據(jù)，進(jìn)行聯(lián)合計(jì)算，就可以方便地進(jìn)行靜態(tài)控制測(cè)量。而利用基于CORS的點(diǎn)測(cè)量模式進(jìn)行控制測(cè)量能更有效地快捷地進(jìn)行靜態(tài)測(cè)量，與傳統(tǒng)的靜態(tài)測(cè)量相比，它無(wú)須考慮多臺(tái)設(shè)備的同步觀測(cè)，而可以到達(dá)點(diǎn)位后直接開機(jī)觀測(cè)，觀測(cè)結(jié)束直接更換點(diǎn)位，非常便捷。根據(jù)以上分析可知，基于CORS的點(diǎn)測(cè)量模式具有下面的特點(diǎn)：

1) 對(duì)于需要少量的高精度控制點(diǎn)的地區(qū)，點(diǎn)測(cè)量模式具有便捷、快速的優(yōu)點(diǎn)，可以節(jié)約因同步觀測(cè)而帶來(lái)的人員成本、時(shí)間成本和設(shè)備成本，在一定程度上提高了作業(yè)效率。

2) 點(diǎn)測(cè)量模式無(wú)論是平面精度還是高程精度都與傳統(tǒng)的靜態(tài)測(cè)量模式一致，在一定范圍內(nèi)可以代替?zhèn)鹘y(tǒng)的靜態(tài)控制測(cè)量。

3) 點(diǎn)測(cè)量模式的缺點(diǎn)是在大范圍內(nèi)由于點(diǎn)位之間沒(méi)有進(jìn)行平差計(jì)算，點(diǎn)位的整體性較差，同時(shí)要求點(diǎn)位周圍的CORS參考站點(diǎn)有一定的密度，若參考站點(diǎn)距離較遠(yuǎn)，對(duì)基線解算不利。

[1] 呂保軍.淺談遼寧B級(jí)GPS網(wǎng)觀測(cè)方法[J].測(cè)繪與空間地理信息，2015,38(11)：165-166.

[2] 肖玉鋼，劉鴻飛，陳渠森，等. 一種有效的GNSS雙差觀測(cè)值組成方法[J].測(cè)繪通報(bào)，2016(4)：15-17.

[3] 張留民，李存文.GNSS超大規(guī)?？刂凭W(wǎng)數(shù)據(jù)處理技術(shù)探討[J].測(cè)繪與空間地理信息，2015,38(3)：141-143.

[4] 陳煥然.基于CORS站的GPS平面控制網(wǎng)起算點(diǎn)兼容性研究[J].測(cè)繪工程，2015(2)：24-26.

[5] 江宏軍，李春華.靜態(tài)GNSS控制網(wǎng)三維無(wú)約束平差及精度分析[J].北京測(cè)繪，2015(1)：47-49.

[6] 圣桂鋒.肇慶連續(xù)運(yùn)行GPS參考站系統(tǒng)(ZQCORS)控制網(wǎng)的布設(shè)[J].測(cè)繪通報(bào),2015(S1)：109-113.

[7] 顏金彪，胡最，禹信.CORS與靜態(tài)相對(duì)定位技術(shù)下的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換研究[J].測(cè)繪通報(bào),2015(12)：54-56.

[8] 劉學(xué)杰.礦區(qū)GPS網(wǎng)平差方案優(yōu)化及精度分析[J].測(cè)繪通報(bào)，2016(6)：64-68.

[9] 周東旭，周興華，張化疑.利用GPS連續(xù)觀測(cè)進(jìn)行中國(guó)沿海驗(yàn)潮站地殼垂直形變分析[J].武漢大學(xué)學(xué)報(bào)(信息科學(xué)版)，2016,41(4)：516-522.

[10] 王愛(ài)國(guó).GPS RTK內(nèi)外也一體化數(shù)字測(cè)圖系統(tǒng)的應(yīng)用研究[D].桂林：桂林工學(xué)院，2007.

[11] 王天倉(cāng)，張照杰，李月寶，等.GPS控制網(wǎng)的布設(shè)原則及優(yōu)化設(shè)計(jì)探討[J].測(cè)繪通報(bào),2009(6):28-31.

引文格式：王秀萍，蔣廷臣，王繼剛，等.GPS網(wǎng)平差的控制點(diǎn)有效性與選擇研究[J].測(cè)繪通報(bào)，2016(12)：16-19.DOI:10.13474/j.cnki.11-2246.2016.0392.

Discussion of Single Point Measuring Model Based on CORS

WANG Aiguo，ZHANG Dianjiang，DING Wenli，WANG Huainian

2016-07-08

河南省國(guó)土廳省級(jí)專項(xiàng)項(xiàng)目

王愛(ài)國(guó)(1970—)，男，博士生，主要研究方向?yàn)镚NSS數(shù)據(jù)處理。E-mail：wangaiguoch@126.com

王愛(ài)國(guó)，張殿江，丁文利，等.CORS支持下的單點(diǎn)測(cè)量模式的探討[J].測(cè)繪通報(bào)，2016(12)：13-15.

10.13474/j.cnki.11-2246.2016.0391.

P228

B

0494-0911(2016)12-0013-03