沈阳市桃仙机场改扩建GPS控制网的建立与数据处理＊

邰 贺，钟靖涛

（沈阳市勘察测绘研究院，辽宁 沈阳110004）

0 引 言

桃仙机场是沈阳市唯一的国家一级干线机场，承担着每年近千万次的客流输送任务，目前停机坪和航站楼等运营设施早已饱和。目前机场已经启动全新航站楼等相关建筑的施工。为了满足精密施工的要求，需要建立高精度的首级平面控制网。

2011年10月至11月，沈阳市勘察测绘研究院承担了桃仙机场改扩建GPS控制网的布设和数据处理工作，全部工作历时7个工作日完成。

1 控制网布设和观测

1.1 已有控制资料

沈阳市于1998—1999年布设过二等GPS控制网，平面精度、边长相对中误差平均值为1∶112万，最弱边中误差1∶70万，最大点位误差为2.2 cm，平均值为1.2cm.最大方位角中误差为0.55″，平均为0.29″，精度良好。经过可靠性分析，选择该网中的4个控制点位作为本次GPS控制网的起算数据，这些控制点均具有北京54坐标。本次控制网的平面基准选为北京54基准。

1.2 设备准备

本次工程采用6台美国Ashtech公司生产的Z－Max型双频GPS接收机，其标称精度为

平面：5mm ＋0.5ppm·D；

垂直：10mm ＋0.5ppm·D

所有仪器经辽宁省测绘仪器计量站检定合格。

1.3 图形设计

本次GPS平面控制网在城市二等GPS网框架下布设，该网覆盖整个机场施工区域，采用边连式。新选GPS控制点5个，点位选择的原则如下：

1）所有点位应有利于安全作业，便于安置接收设备和操作，被测卫星的地平高度角应大于15°.

2）所有点位应远离大功率无线电发射源，远离高压输电线，距离不宜小于50m，附近不应有强烈干扰接收卫星信号的物体。

3）所有点位在市区内主要选在变形区外已经稳定的高层建筑物楼顶上，距地铁线路的距离在150m以上，但不要选在危房或近期内需动迁的楼房上。

4）考虑到精密导线点的布设全在楼顶，所选GPS点要尽量选在车站附近，以提高利用率。

5）保证沿线每个GPS点至少有二个通视方向（可与精密导线点通视，包括线路两端预留方向）。

点位分布图如图1所示。

按照规范中的标石埋设要求，将预制的墩标（1.0×0.4×0.4m3满足强制对中要求）整平，现场进行混凝土浇制（水泥与砂子比例为1∶2.5），埋设对中标志，做好防水。

图1 全网点位分布图

1.4 外业观测

设计采用6台接收机同步观测，共设计4个时段。重复上站率达到2.0，整网可靠性指标达到0.35.观测时按如下要求进行[1]：

1）天线安置必须严格对中、整平，对点中误差小于1mm，并使定向标志指向磁北。

2）历元间隔15s，卫星截止高度角15°，同步时段观测时间为60min[2].

3）在天线板上互隔120°的三处量取天线高，互差小于3mm，取中数。

4）点位几何图形强度因子PDOP≤6.

详细认真记录外业观测手簿。

2 数据处理

2.1 数据预处理

预处理阶段，主要是对观测数据的质量进行分析，同时确定点位命名、改化天线高、数据格式转换等。先在数据编辑软件中，更改文件命名为本次技术要求的命名方式，再更改天线高为标准ARP垂高模式，并选中天线改正模型。最后，填写好数据的元数据信息，并采用格式转换模块统一转换为Rinex V2.1格式。

数据质量分析采用teqc软件，分析每个观测点位的双频多路径效应以及数据可利用率等情况。经检验，所有点位平均 MP1，MP2均在0.5以下，数据可利用率均超过80%，结果样例如图2所示。

2.2 基线解算

采用随机软件 Ashtech Solution V2.7进行基线处理，处理时采用广播星历进行处理，天线改正模型采用NGS标准改正模型。要求基线全部在双频固定状态下解算出来[3]。个别有问题基线，分析原因并采取相应处理措施，直至达到要求。

全网共29条基线，全部双频固定状态解算完毕。

图2 teqc检验观测文件质量样例

2.3 质量分析

质量检查主要包括三个方面：重复基线闭合差、同步环闭合差以及异步环闭合差。计算是依据《全球定位系统（GPS）测量规范 GB／T18314－2009》相应公式。

全网共有重复基线5条，重复基线闭合差最大为0.009m，限差为0.033m，基线长为5 557.66 m.

全网共选择最简同步环10个，闭合差最大值为0.005m，限差为0.007m，环长为16 642.21 m.

全网共选择最简异步环10个，闭合差最大值为0.019m，限差为0.069m，环长为7 577.593 m.

2.4 三维无约束平差

基线解算指标顺利通过后转入三维无约束平差，主要目的是进行粗差分析并消除不良影响、调整观测量的协方差因子使其与实际精度相匹配、对整网的内部精度进行检验和评估[4]。平差基准为WGS－84，固定位于本网中心的测站GPS3为约束点。

通过三维无约束平差，基线向量改正数中，最大的为0.008m，限差为0.035m.最弱边相对中误差为1∶655 673，限差为1∶120 000.

2.5 二维约束平差

二维约束平差目的是将全网重新作整体平差，将所有独立基线向量及其经调整后的协方差阵作为观测量进行高斯平面上的解算[5]。平差时为消除星历和网的传递误差引起的整网在尺度和方向上的系统性偏差，应对全面网加入一个尺度和三个转换参数。

本网设计时充分考虑了已知点位之间的兼容性问题，根据整网网形以及观测难度等，选择3个控制点作为约束，选择另外一个作为检查点。进过平差，最弱点点位中误差为0.008m，限差为0.035 m；检查点计算值与已知值互差X方向为0.007 m，Y 方向为0.017m，点位中误差为0.018m，限差为0.025m.最弱点相对中误差为1∶599 548，限差为1∶120 000.

3 结 论

沈阳市桃仙机场改扩建GPS平面控制网平均边长3.9km，二维约束平差后其最大点位中误差为0.8cm，最弱边相对中误差为1∶599 548，检查点的计算值与已知值之间的互差也满足限差要求，这也充分说明了本次GPS控制网的布设以及数据解算过程规范且高精度，也为日后机场建筑的精密施工控制奠定了良好的基础。

[1]北京市测绘设计研究院.全球定位系统城市测量技术规程 CJJ73－97[S].1997.

[2]谢劭锋，王新桥.工程控制网必要观测时间探讨[J].全球定位系统，2007，33（4）：30－32.

[3]刘大杰，施一民，过静珺.全球定位系统的原理与数据处理[M].上海：同济大学出版社，1996.

[4]全 球 定 位 系 统 （GPS）测 量 规 范 GB／T18314－2009[S].标准出版社，2009.

[5]刘国深，詹锦祥.城市平面坐标系与GPS二维约束的参数问题讨论[J].全球定位系统，2007，33（3）：30－34.