周聰林，施 波，鐘新穎

廣西自然資源信息中心，廣西 南寧 530029

連續(xù)運行參考站系統(tǒng)（Continuous Operation Reference Stations）簡稱CORS 系統(tǒng)，由多個GNSS 基準站組成。系統(tǒng)計算和播發(fā)由衛(wèi)星軌道、電離層、對流層和大氣折射等引起的誤差改正信息，從而對系統(tǒng)覆蓋區(qū)域內的衛(wèi)星定位用戶進行實時精密定位[1]。CORS 系統(tǒng)能夠全天候不間斷地記錄衛(wèi)星觀測數據，為系統(tǒng)覆蓋范圍內的各等級控制網布設提供已知基準點。CORS 系統(tǒng)的應用改變了傳統(tǒng)控制測量方式，外業(yè)數據觀測無需進行已知點數據采集，即可計算待測點坐標。在計算過程中，合理的解算策略對成果精度影響很大。樊豐新、王健等講解了不同解算策略下區(qū)域網平差精度對比；張留民、劉長星、付宏亮等指出了大規(guī)模控制網計算時，起算點位置和個數對于平差成果的精度影響；文鴻雁討論了廣西區(qū)C 級GPS 控制網整體平差的問題；黎鵬驗證了GAMIT 軟件和CosaGPS 軟件在高等級控制網平差中的高精度應用?；谝陨涎芯砍晒?，研究小組進一步分析區(qū)域CORS 快速組網的數據處理關鍵技術，以崇左市新建CORS 網為例，研究區(qū)域CORS 網數據處理方法，總結CORS 網加密和控制網建設數據處理的技術方案。

1 研究區(qū)概況

此次研究區(qū)域為廣西崇左市。崇左市位于廣西西南部，東及東南部接南寧市、欽州市，北鄰百色市，西與越南接壤，是廣西邊境線陸路最長的地級市，總面積17440 km2。崇左市地勢大致呈西北及西南略高、向東傾斜狀，地處北回歸線以南，屬亞熱帶季風氣候區(qū)。廣西衛(wèi)星導航定位基準站網（簡稱GXCORS）在崇左地區(qū)建設有7 座基準站，站間距50 km 左右[2]。2018年，為了提高GXCORS 在崇左地區(qū)的站點密度，實現北斗衛(wèi)星信號的全覆蓋，崇左市在原有基準站的基礎上新建9 座基準站點，組建了崇左CORS 系統(tǒng)（簡稱CZCORS）。同時，CZCORS 統(tǒng)一納入GXCORS 運行管理，進一步為“數字崇左”建設和崇左市各行各業(yè)提供高精度定位服務。

2 技術方案設計

區(qū)域CORS 網在并網建設時，一般引入原有的已知基準站點進行整網平差計算，從而獲取新建站點坐標。在這個過程中，網形的構建、起算站點的選擇、軟件及參數的設置、精度配置等技術流程和方案的設計影響著最終成果的精度。相關參數參照《全球定位系統(tǒng)（GPS）測量規(guī)范》（GB/T18314-2009）（以下簡稱國標）進行設定。

2.1 網形構建

CORS 基準站可以24 小時不間斷地觀測數據，使用時可直接調取存儲的相應年積日GNSS 觀測數據，無需外業(yè)數據采集。在引入A、B 級控制點組網時，需要與待測基準點組建同步環(huán)并進行外業(yè)聯測。引入A、B 級控制點聯測除了能反映數據處理的精度，還能通過現場聯測來評判外業(yè)作業(yè)過程的可靠性[3-4]。綜上，此項目采用“GXCORS 基準站+A、B 級高等級控制點”作為組網聯測方案。

研究小組利用崇左市及周邊的7 座GXCORS基準站和測區(qū)內各1 個A、B 級控制點，與9座待測基準站組建區(qū)域CORS 網（見圖1）。

圖1 CZCORS 系統(tǒng)建設GNSS 基準站點聯測布設圖

2.2 GXCORS 基準站選擇原則

作為起算點的GXCORS 基準站，應均勻分布并包圍整個測區(qū)。此項目是對崇左地區(qū)CORS 網的局部補充、加密建設。參與組網的A 級控制點點數應均勻分布且不少于4 個，組網中心至少有1 個以上A 級控制點，其中GXCORS 基準站作為A 級控制點參與計算。綜上，實際參與計算的有9 個已知點，其中A 級CORS 基準站點7 個，A、B 級控制點各1 個。一般工程測量控制網建設時，需要對參與計算的GXCORS 基準站觀測數據進行切割，僅保留與待測點同時段的靜態(tài)數據參與計算，從而提高最終成果的可靠性。

2.3 軟件及參數設置

常用的高等級控制網主要采用科研軟件來處理內業(yè)數據，如GAMIT、Bernese 等。研究小組主要利用GAMIT 軟件進行基線解算，并采用武漢大學的CosaGPS 軟件進行平差處理。GAMIT 軟件參數設置具體如表1 所示[5]。

表1 GAMIT 軟件基線處理參數設置表

2.4 精度要求

此項目內業(yè)數據處理和成果精度評價參照國標規(guī)范執(zhí)行。GXCORS 基準站是A 級網，項目計算得到的是B 級網成果，因此主要參照規(guī)范中B 級網的精度要求進行數據處理。其中平差后基線精度不應低于1×10-7，閉合環(huán)邊數不應大于6。

2.5 技術流程

（1）方案設計。組網方案和數據處理方案從已知點和網形組建、軟件和參數選擇、解算精度要求3 方面來確定。（2）數據處理。分為基線處理和約束平差兩部分。（3）精度分析。從基線解算精度、同步環(huán)異步環(huán)閉合差精度和點位精度3 個角度來進行綜合分析，全部合格才可以認為解算成功。基于GXCORS 基準站的GNSS 數據處理技術路線設計如圖2 所示。

圖2 基于GXCORS 基準站的GNSS 數據處理技術路線圖

3 GNSS 數據處理精度分析

研究小組開展9 個待測基準站點和2 個A、B 級控制點GNSS 觀測，分別選取GXCORS 基準站JZ02、JZ36、JZ57 等7 個基準站的6 天同步觀測數據組成B 級控制網，同步觀測時間符合國標B 級規(guī)范。

根據表1 的參數設置，配置精密星歷進行解算，導出衛(wèi)星觀測文件（O文件），在O 文件中第二次基線處理結果的前一行插入“COSAGPSFOR GAMIT O-FILE”指令，導入CosaGPS 軟件進行三維無約束平差、三維約束平差計算。

3.1 基線精度分析

3.1.1 NRMS 評價

單日解的標準化均方根（NRMS）是評價GAMIT 軟件基線解算精度的重要指標之一。一般認為NRMS 值≤0.3 為解算成功，NRMS值＞0.5 說明解算過程中有部分周跳未被探測修復，需要檢查原因并重新解算[5]。研究小組統(tǒng)計O 文件中的NRMS 數值（如圖3 所示）。由圖3 可知，各年積日的NRMS 數值均不大于0.2，這說明基線解算中同步環(huán)閉合差分配較好，解算生成的O 文件可以進入下一步數據處理。

圖3 基線解算NRMS 值圖

3.1.2 同步環(huán)和異步環(huán)統(tǒng)計

研究小組利用CosaGPS 軟件統(tǒng)計同步環(huán)和異步環(huán)，得到598 個同步環(huán)和132 個異步環(huán)。以長度閉合差為最優(yōu)閉合差選擇依據，列出最優(yōu)和最弱環(huán)（見表2）。

根據表2 可知，同步環(huán)中最弱環(huán)JZ62-CZ09-CZ03 的各分量閉合差分別為7.1 mm、-7.8 mm、-1.1 mm，均小于軟件根據國標計算出的坐標閉合差限差23.2 mm；長度閉合差為10.6 mm，遠低于長度閉合差限差40.1 mm；同步環(huán)中最優(yōu)環(huán)JZ57-CZ01-CZ02的各分量閉合差和長度閉合差均為0.1 mm，分別小于限差12.7 mm 和22.0 mm；平均長度閉合差是3.8 mm。以上數據說明處理后的同步環(huán)具有較高精度，符合國標精度要求。

CosaGPS 軟件中異步環(huán)報表內容分為預處理和精處理兩部分。在相同閉合環(huán)的兩部分處理結果中，各分量閉合差和長度閉合差相同，僅各指標的限差不同，精處理報表中的限差值遠低于預處理報表，因此研究小組以精處理報表結果為異步環(huán)分析依據。分析表2 可知，最弱環(huán)中的各分量閉合差和長度閉合差分別為-3.5 mm、-9.7 mm、-21.6 mm和23.9 mm，分別小于對應的坐標閉合差限差23.7 mm 和長度閉合差限差27.0 mm；最優(yōu)環(huán)中的各分量閉合差和長度閉合差分別為-0.1 mm、-0.3 mm、0.6 mm 和0.7 mm，分別小于對應的坐標閉合差限差9.0 mm 和長度閉合差限差19.8 mm；平均長度閉合差為6.03 mm。由以上數據可以認為此次計算過程中的異步環(huán)具有較高精度，符合國標精度要求。

表2 同步環(huán)和異步環(huán)閉合差統(tǒng)計表

3.1.3 重復基線

CosaGPS 軟件中輸出的重復基線報表內容分為長度差值比較和精處理兩部分。研究小組以精處理輸出報表為分析依據，對146 組539條重復基線進行統(tǒng)計，結果如表3 所示。

三維無約束平差基線分量改正數統(tǒng)計表如表4 所示。根據表3、表4 可知，146 組重復基線中最弱基線是CZ01-CZ09，該基線在X、Y、Z 方向上的長度差值均符合限差要求；最優(yōu)基線是JZ57-JZ58，該基線各方向差值和長度差值均符合限差要求；整體來看，各方向上平均差值均小于±2 mm，平均長度差值5.7 mm，系統(tǒng)評價合格。

表3 重復基線統(tǒng)計表

3.2 網平差處理

網平差主要進行三維無約束平差和三維約束平差計算。三維無約束平差用任一GXCORS基準站點作為起算點平差，進行粗差分析，探測剔除觀測向量中的粗差，并對整網內部精度進行檢驗和評估。

3.2.1 三維無約束平差

三維無約束平差后導出基線向量殘差報表，統(tǒng)計基線各分量改正數如表4 所示。

根據表4，最弱邊CZ01-JZ64的各方向分量改正數分別為-1.2 mm、9.6 mm、14.3 mm，均小于CosaGPS 軟件輸出限差44.5 mm；最優(yōu)邊JZ62-CZ04 的各方向分量改正數分別為0.2 mm、-0.6 mm、0.3 mm，均小于限差11.3 mm，無論是最優(yōu)邊還是最弱邊，基線各分量改正數均小于對應限差，符合國標精度要求。

表4 三維無約束平差基線分量改正數統(tǒng)計表

3.2.2 三維約束平差

無約束合格后應合理選擇3 個以上基準站點作為起算點進行三維約束平差，研究小組選擇了5 個均勻分布的基準站點進行三維約束平差。統(tǒng)計基線各分量改正數如表5 所示。

根據表5，最優(yōu)邊CZ02-CZ05 的各方向分量改正數分別為0.4 mm、-0.4 mm、-0.1 mm，小于CosaGPS 軟件輸出限差15.8 mm；最弱邊JZ36-JZ62 的各方向分量改正數分別為20.8 mm、-13.4 mm、-11.2 mm，小于限差21.9 mm。

表5 三維約束平差基線分量改正數統(tǒng)計表

根據國標要求，約束平差后基線向量的改正數與無約束平差結果的同名基線相應改正數的較差（dvΔx，dvΔy，dvΔz）應當小于2σ，統(tǒng)計較差結果如表6 所示。由表6 可知，最優(yōu)邊的各方向基線分量改正數較差均為0.1 mm，小于限差24.8 mm，最弱邊的各方向基線分量改正數較差分別為-16.0 mm、9.0 mm、10.9 mm，均小于限差73.5 mm，符合國標規(guī)范要求。

表6 三維約束平差基線分量改正數較差統(tǒng)計表

3.2.3 約束平差后基線邊長和點位精度分析

三維約束平差后，導出CosaGPS 軟件約束后邊長和參與計算的點位精度等相關成果報表，分析統(tǒng)計邊長中誤差和基線相對中誤差極值（見表7）。

表7 三維約束后邊長精度統(tǒng)計表

此次三維約束平差結果中，邊長相對中誤差最大的是基線A117-CZ06，長度22.8 km，平差后相對精度為1 ∶3300 萬，優(yōu)于國標要求的1 ∶107，最優(yōu)基線CZ09-JZ57 的邊長相對中誤差為1 ∶44502 萬，達到了1 ∶109，滿足B 級控制網的要求。

三維約束平差有18 個基準點參與計算，其中起算點有5 個，計算得到13 個基準點坐標，其中有9 個待測點，4 個檢核點。統(tǒng)計平差后的各點位中誤差如圖4 所示。

圖4 中，約束平差后得到的13 個點的點位誤差均在2.5 mm 以內，絕大部分點位X、Y和Z 方向的中誤差＜2 mm，最優(yōu)點CZ04 各方向點位中誤差＜1.5 mm，最弱點是A117，Y 方向中誤差是2.1 mm。

圖4 點位中誤差統(tǒng)計圖

3 個方向的平均點位中誤差分別是0.7 mm、1.6 mm 和0.8 mm，綜合來看，此次約束平差的X 和Z 方向的點位中誤差＜1 mm，Y方向點位中誤差＜2 mm，精度較弱，整體成果精度良好。

3.3 整體精度評價

為了評價項目解算成果精度，研究小組用GXCORS 基準站和高等級已知控制點檢驗三維約束平差計算成果。

參與檢驗的有2 個CORS 基準點、1 個A 級控制點和1 個B 級控制點。4 個平差檢驗點的平面坐標誤差＜±5 mm，高程坐標誤差＜±10 mm；平面X 方向和Y 方向坐標誤差絕對值的平均值分別是2.75 mm 和1.93 mm，高程H 方向坐標誤差絕對值的平均值是4.6 mm。綜合來看，此次平差成果整體具有很高的計算精度，符合國標B 級控制網規(guī)范要求。

4 技術要點

（1）組網和起算點的選擇。市級區(qū)域CORS 網一般為B 級網，為了保證平差精度，研究小組在已知點選擇上遵循均勻分布的原則，將已知點和待測點穿插分布進行組網，網圖的4 個方向和網中心至少布設1 個以上已知點；約束平差時，從網圖4 個方向和網中心各取一點作為起算點進行平差計算。

（2）軟件選擇。區(qū)域CORS 網對平差軟件的要求較高，研究小組選擇的CosaGPS 軟件具有解算容量大、運算速度快，兼容多種基線處理軟件數據格式和多種規(guī)范要求的特點[6]，比較適合區(qū)域CORS 網的快速處理。

（3）參數設置。一般認為，距離海岸線1000km 以內的高等級控制網進行數據處理時，需要將潮汐改正考慮在內。廣西距離海岸線最遠的距離約為570 km，因此在廣西區(qū)內進行區(qū)域CORS 網建設時，需要進行潮汐改正。

5 結 語

研究小組以CZCORS 系統(tǒng)建設為案例，對區(qū)域CORS 網數據處理技術方案進行了研究。

（1）研究小組采用的“GXCORS 基準站+A、B 級高等級控制點”作為已知基準點與9 座待測基準點組網聯測的方案，能夠全面、客觀地反映區(qū)域CORS 網數據外業(yè)采集至內業(yè)處理的全過程成果精度。

（2）研究小組采用的GAMIT+CosaGPS組合軟件數據處理模式，能夠較好地完成高精度區(qū)域CORS 網坐標解算任務，基線解算的NRMS 值＜0.2，基線解算結果較為理想；約束平差后基線邊長相對中誤差可達到10-7；檢驗點平面坐標比對結果＜±5 mm，高程比較＜±10 mm；無約束平差基線分量改正數、約束平差與無約束平差基線分量改正數較差等各項指標均滿足國標規(guī)范要求，成果達到B 級網精度。