城市控制网改造中确认点位的3种方法探讨

廖文兵，姚任平，黄功文，武晓莉，李 东

（1.国家测绘地理信息局 大地测量数据处理中心,陕西 西安 710054；2.西安科技大学 测绘科学与技术学院，陕西 西安 710054；3.陕西测绘地理信息局，陕西 西安 710054；4.国家测绘地理信息局 标准化研究所，陕西 西安 710054）

城市控制网改造中确认点位的3种方法探讨

廖文兵1,2，姚任平3，黄功文1，武晓莉4，李 东1

（1.国家测绘地理信息局 大地测量数据处理中心,陕西 西安 710054；2.西安科技大学 测绘科学与技术学院，陕西 西安 710054；3.陕西测绘地理信息局，陕西 西安 710054；4.国家测绘地理信息局 标准化研究所，陕西 西安 710054）

结合工作实际，提出了3种基于不同间距的控制点定点方法：伪距法单点定位、RTK测量技术、非差相位精密单点定位（PPP），其中PPP方法可以实现m级间隔的野外控制点确定，对控制网改造和野外找点具有一定的指导意义。

控制网改造；CGCS2000；伪距单点定位；PPP；RTK

为满足CGCS2000国家大地坐标系推广使用，各省市纷纷建立基于CGCS2000的省、市GNSS连续运行参考站网和城市相对独立坐标系。为整合现有控制点资料，节省成本，需按照设计精度及控制点间距对原有测绘、国土、水利等控制网进行合理利用。

在沙漠、丘陵及城市工程网布设中，由于可供选埋控制点的地形、地貌较少，造成不同部门在同一山头、相邻高楼顶几m甚至1～2 m范围内布设2～3点。由于地物、地貌的改变使这些点位很难确定，导致在GPS解算中起算点位的不匹配时有发生。如何在普查过程中确定成果匹配的控制点，笔者根据点间距的大小提出3种基于不同定位原理的控制点定点方法，对控制网改造和野外确认点位具有一定的指导意义。

1 伪距法单点定位

传统GPS动态绝对单点定位，是由广播星历和钟差采用距离交会法来解算接收机天线所在点的三维坐标，又称伪距法单点定位。其方法是利用1台GPS接收机在任一时刻观测即可获得点位在WGS84坐标系中的三维坐标，其优点是数据采集和数据处理简单，定位速度快，借用GPS观测仪器无须人工干预即可获取测点坐标，精度是±（10～40） m[1]。这是因为定位解算采用的广播星历卫星位置的误差为数m至几十 m，卫星钟改正数的误差为±20 ns（约6 m）[2]，伪距定位精度使用P码时约为6 m，使用C/A码时约为20～30 m[3]，该方法在野外定点中只需要1台导航型手持机即可完成实时定位，目前广泛应用于大地测量、工程测量及城市控制网改造。

2 RTK测量技术

RTK放样测量根据其基准站数据链分发方式的不同可以分为传统RTK测量和网络RTK测量。传统RTK测量技术即是通过3个以上控制点求取施工区域内转换参数，利用单基站向用户发布基站观测值和坐标。其精度随着作业半径的增加而降低，为满足cm级精度，一般作业半径不超过15 km。网络RTK测量技术是基于GNSS连续运行站技术发展起来的，其作业精度平面优于±5 cm，高程±10 cm。该方法在已建立省、市级GNSS连续运行参考站网的地区只需要1台RTK流动站，通过接收来自基准站的改正数即可完成dm级间距的控制点定点，而对于尚未建立CORS站的地区，则至少需要寻找3个以上控制点求取转换参数后才能完成dm级间距的控制点定点，且需要1+1的RTK配置模式。

3 非差相位精密单点定位

非差精密单点定位技术是利用单台接收机在全球范围内进行静态或动态独立作业，采用IGS或CODE中心提供的精密星历和卫星钟差以及双频载波相位观测值，采用非差模型进行精密单点定位。该技术在1997年由JPL的Zumbeger等人首先提出，其单天解的精度在水平方向和垂直方向分别为1 cm和2 cm[4,5]，而刘经南、叶世榕在2002年提出改进模型并用自行研制的定位软件解算得到单天解在纬度方向（B）优于1 cm，经度方向（L）优于2 cm，垂直方向（H）优于3 cm[6]。

3.1 快速产品与最终产品计算结果比较

IGS公布的最终产品（Final）延迟13 d才可以获得，快速产品（Rapid）延迟时间为17 h。为了比较2 种产品的最终精度，选取IGS站WUHN站2010年第194～210 d数据，采用精密单点定位软件Trip2．0处理，分别比较2种产品计算获得的IGS站3个方向的偏差精度。表1给出了WUHN站20 d用IGS快速产品解算坐标与IGS最终产品解算结果的比较差值，图1～3给出了WUHN站20 d用IGS快速产品解算坐标与IGS最终产品解算结果的比较偏差精度。可以看出，快速产品解算结果与IGS最终产品解算结果相差在dm级。3.2 收敛时间

表1 快速星历与精密星历解算WUHN站结果差值/mm

图1 X方向偏差精度统计

图2 Y方向偏差精度统计

图3 Z方向偏差精度统计

为了比较精密单点定位的收敛时间，选取WUHN站2010-07-21观测数据，利用TEQC软件将数据分解成0．5 h、1～24 h观测数据，分别利用Trip2．0软件动态解算，数据解算结果与IGS站公布的已知坐标作比较，其在X、Y、Z方向的收敛结果见表2，分布见图4～6。从3个方向的收敛时间可以看出，单点定位在收敛30 min时，定位误差约0．5 m，随着观测时间的增长，趋于稳定，且定位误差为cm级。

表2 WUHN站X,Y,Z方向收敛结果

3.3 框架和历元转换

目前，测绘部门提供的成果均是CGCS2000国家大地坐标系，是ITRF97框架2000历元在我国的具体体现，而精密单点定位解算的成果多采用ITRF2005框架瞬时历元。为方便比较2种成果的差异，需进行框架和历元的转换，而目前在框架转换方面的研

图4 X方向收敛结果

图5 Y方向收敛结果

图6 Z方向收敛结果

究相当丰富，相关研究表明，ITRF97、ITRF2000、 ITRF2005、ITRF2008坐标精度在cm级水平是一致的[7]。历元则是由于地球板块是活动的，且受到地球固体潮以及海潮的影响造成的。故站点坐标是历元的时间特征序列，其漂移速度整体在水平方向约2 mm/a，垂直方向约3 mm/a。在工程测量领域，可以认为站点坐标因历元的影响是线性化的,在m级定位精度的情况下可以不作考虑。

4 结 语

在控制网改造中，为避免因错误上点而导致GPS解算中起算点不匹配，给外业测量带来不必要的麻烦，在普查过程中需按照点位成果和相应点之记确定对应控制点。如何正确判断所找控制点即为成果对应的点位，笔者给出3种方法。对于相邻控制点距离超过50 m的野外埋设情况时，可以利用导航型手持机进行野外确定；对于距离约0．5～50 m的多点情况，则可以利用1台双频接收机观测1 h左右，采用快速精密星历和钟差判断点位；对于0．5 m以下的相邻点位，则必须采用RTK放样进行点位确定。本文探讨的3种控制网改造过程中野外点位确定方法,对控制网改造和野外找点具有一定的指导意义。

[1] 姚任平,廖文兵．基于MapInfo软件的GPS控制网点位设计[J]．测绘通报,2011(6):15-17

[2] 楼益栋,刘万科,张小红．GPS卫星星历的分析[J]．测绘信息与工程,2003,28(6):4-6

[3] 刘智敏,林文介．GPS非差相位精密单点定位技术的发展[J]．桂林工学院学报,2004,24(3)：340-344

[4] Zumberge J F,Heflin M B,Jefferson D C,et al．Precise Point Positioning for the Efficient and Robust Analysis of GPS Data from Large Networks[J]．Journal of Geophysical Research,1997,102(B3):5 005-5 017

[5] Zumberge J F,Watkins M M,Web F H． Characteristics and Application of Precise GPS Clock Solution Every 30 Seconds [J]．Navigation,1998,44(4):449-456

[6] 刘经南,叶世榕．GPS非差相位精密单点定位技术探讨[J]．武汉大学学报:信息科学版,2002,27(3):234-240

[7] 林晓静,张小红．ITRF2005与CGCS2000坐标转换方法与精度分析[J]．大地测量与地球动力学,2008(5):1-5

P221

B

1672-4623（2015）02-0120-03

10.3969/j.issn.1672-4623.2015.02.043

廖文兵，硕士，主要从事GPS数据处理工作。

2013-05-14。

项目来源：陕西测绘局科技创新课题资助项目（2010-02）。