大连市B级GPS框架网建设

汪淼

摘 要：大连市B级GPS框架网的建设涉及GPS网的布设、GPS数据处理和坐标转换，其中GPS网的布设需要大量的外业作业组织实施、GPS仪器检定、观测点的埋设、观测方法及观测技术指标的确立及观测质量的检查工作，是数据处理和分析的基础，整个网络建设对完善城市基础数据意义重大。

关键词：B级GPS框架网 数据处理 坐标转换

中图分类号：P228 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2016）02（c）-0018-02

大连市位于辽东半岛最南端，是我国北方重要的港口、贸易、工业和旅游城市，地理位置独特，具有重要的战略地位。随着城市化进程的加快，土地的有效使用依赖于统一的高精度测绘基础资料，然而大连市原有控制网存在以下问题：（1）覆盖范围小，等级较低。20世纪60、70年代前控制网覆盖，主要是当时国家建设三角点和水准点，市级控制网精度较低。2002年框架网覆盖范围，由GPS四等点和城市一级GPS导线点构成；（2）控制点损毁、丢失严重；（3）多套坐标系统并存，数据无法共享。有1980西安坐标系，1954年北京坐标系，大连城建坐标。鉴于大连市原有控制网状况，已经严重滞后于大连城市建设以及数字城市建设发展的需求，必须加快其发展建设[1]。

1 GPS网的布设

1.1 外业作业组织实施

外业作业组织实施，需要考虑人员、设备、质量控制及组织实施和完成情况。其中，人员组织和设备配置都需要考虑B级GPS框架网点选埋和网点联测，质量控制需要依据质量保证标准制定严格的保障措施，在组织实施时，需要做好充足准备。

1.2 GPS仪器检定情况

按照《全球定位系统（GPS）测量型接收机检定规程》（CH 8016-95）的要求，对参加该次B级GPS框架网观测的仪器进行检验工作。检验项目包括GPS仪器的一般项目检验；零基线检验；天线相位中心稳定性检验；短基线检验；长基线对比观测。对于仪器配置需要根据接收S/N或P/N号，接收机机型号，天线S/N号，天线型号及天线P/N号来考察其配置情况。通过比较测前和测后的零基线、天线相位中心、短基线的最大较差、最小较差及限差来评定GPS接收机和天线的准确性。

1.3 选埋情况

B级GPS框架网点选点的基本原则如下：B级GPS框架网点金州以南地区按经济发达地区布点，点位密度较大；金州以北地区按经济一般地区布点，点位密度相对较疏。所选点位应同时满足GPS观测和水准联测条件；B级GPS框架网点应尽量选在拟建的一、二等水准路线结点处；置于水准路线中的B级GPS框架网点位亦应选建在基岩上，且点位便于长期保护；点位所占用的土地，应得到土地使用者或管理者的同意。

1.4 观测方法及技术指标

GPS观测主要分为B级GPS框架观测、B级GPS框架网点与大地点（三角点）联测、B级GPS框架网点与2000国家GPS大地控制网。对于B级GPS框架网观测，需要遵照基本技术要求等来进行测量，详见图1。对于大地点（三角点）联测运用点名、四位代码、概略纬度和概略经度与B级GPS框架网点进行联测。对于2000国家GPS大地控制网通过点名、点号、概略纬度和概略经度与B级GPS框架网点联测。

2 GPS数据处理

该次数据处理基线解算与网平差软件采用美国麻省理工学院和Scripps研究所共同研制的GAMIT/GLOBK软件。采用Bernese5.0软件进行检核。对数据进行预处理时，依据外业观测手簿，将同一天的观测数据放在一起，数据格式为rinex格式，并检查点名一致性与正确性；接收机与天线型号的正确性；天线高的正确性；年积日的一致性[2]。使用随机软件标准化，形成观测数据文件SITEDAYS.YYO和广播星历文件SITEDAYS.YYN，其中SITE为点位编码，DAY为年积日，S为观测时段号，YY为观测年号，O为观测数据，N为广播星历。按照天线结构，天线高统一采用观测值归算。在基线解算时由GAMIT软件自动计算天线相位中心位置，归算至标石标志面。主要参数设置如下：（1）卫星轨道：IGS精密星历，且固定；（2）卫星截至高度角：10°；（3）数据采样间隔：30 s；（4）对流层改正模型：采用Saastamoinen模型进行标准气象改正；（5）观测值：采用消除电离层后的组合观测值；（6）数据解算模式：周跳自动修复技术。以GPS Day（年积日）为单位，进行基线解算。在GPS网平差之前，进行重合点分析工作，是制定科学合理的平差方案的前提。对整网的全部基线结果进行了检验，检验值均<2。数据全部通过检验，参与平差。采用逐级控制的原则进行平差计算。对平差后的大连市GPS B级网框架网进行坐标精度统计。采用Bernese5.0进行测量精度核算，发现B级网X方向的精度优于±0.4 mm，Y方向的精度优于±0.6 mm，Z方向精度由于±0.6 mm。GPS数据处理技术路线见图2。

3 坐标转换

通过GLOBK软件整体平差，获得的是各GPS点基于WGS-84坐标系下的三维地心坐标成果，而实际工作中经常使用的是各GPS点基于1980西安坐标系的坐标、1954年北京坐标系或地方独立坐标系[3]。因此，该项目必须通过转换，获得各GPS点的1980西安坐标系的坐标成果、1954年北京坐标系及大连市独立坐标系统。

坐标转换主要是利用两种坐标系的重合点，采用坐标转换模型，通过转换方法得到相应坐标系的坐标。根据GPS 网与三角的重合情况，使用二维或三维坐标转换模型求得坐标转换参数，再根据坐标转换参数求得GPS点相应的1980西安坐标系坐标，1954年北京坐标系坐标及大连市独立坐标系统。

4 结语

大连市现代测绘基准体系采用国内外先进、严密、科学、实用的大地测量理论、方法和模型，完成城市高精度三维空间基准建设的城市。

（1）采用采用两套国际上先进的高精度的GPS数据处理软件（GAMIT/GLOBKE，BERNESE）对GPS控制网数据处理结果进行对算，保证了成果的正确性和可靠性。

（2）构建了城市多套现行坐标系统与2000国家大地坐标系的转换关系，为城市已有地理信息数据向国家坐标系统、及城市新坐标系统转换提供了方便、快捷的途径，促进了城市2000国家大地坐标系统的推广和应用。

（3）该项目通过科学的设计、精心的施测和严密的数据处理，取得了高精度的城市三维空间基准成果，保证了近海城市相当长一段时间的基准问题。该项目的完成对今后类似城市开展现代测绘基准体系建设具有示范和借鉴作用。

参考文献

[1] 潘宝玉.兖州市“新54系”GPS网的建立及成果处理[J].测绘通报，1997（4）：19-22.

[2] 宋龙官.太仓、吴江两市GPS控制网的建立与数据处理[J].地矿测绘，1997（3）：5-8，37.

[3] 潘宝玉，傅文祥，刘彦长.临淄区四等GPS网的布网特点及精度分析[C]//21世纪我国工程测量技术发展研讨会.2001.

[4] 申春英，郑秀丽，王家锋.介休市GPS网的建立及成果质量分析[J].大地纵横，2002（2）：42-43.