CORS支持下的单点测量模式的探讨

2017-01-06王爱国张殿江丁文利王怀念

测绘通报 2016年12期

关键词：单点点位差值

王爱国，张殿江，丁文利，王怀念

(1. 武汉大学卫星导航定位技术研究中心，湖北武汉 430079； 2. 河南省地质矿产勘查开发局测绘地理信息院，河南郑州 450003)

CORS支持下的单点测量模式的探讨

王爱国1,2，张殿江2，丁文利2，王怀念2

(1. 武汉大学卫星导航定位技术研究中心，湖北武汉 430079； 2. 河南省地质矿产勘查开发局测绘地理信息院，河南郑州 450003)

针对传统GNSS控制网中需要多人多台设备同步观测的缺点，提出了利用CORS来进行单点测量的模式，并利用Bland-Altman对两种测量模式进行检验。采用CORS单点测量模式代替网模式，较好地解决了在网观测中多台设备同步观测的缺点，根据Bland-Altman检验，测量结果能达到E级网测量结果。基于CORS单点测量模式的实践表明，本文所提的测量模式不仅能满足区域控制网的要求，也能较好地提高高精度控制测量的效率，研究结果是对高精度控制测量方法的补充，可以应用于农村集体土地登记发证等项目中。

CORS；GNSS；单点测量；静态测量；一致性检验；Bland-Altman

近年来，基于连续运行参考站系统(continuous operational reference system，CORS)的实时动态测量已经成为低等级控制测量和碎部点测量的主要手段。同时利用CORS进行高精度控制测量也有着不少优势，如不用额外寻找控制点、不需要在控制点上安置仪器与未知点设备同步观测等。但该作业方法的缺点也是显而易见的，即需要多台GNSS接收机同步观测，由于这些点位分布在不同的位置，常常是某个点位已经开始很长时间了，而另一些点位还没有开始，也就是可能因为某一台设备或某个点位的问题造成其他点位的观测无效。

一、单点观测模式与数据处理

单点观测模式非常简单，直接在控制点上安置GNSS接收机，通过静态观测一定的时间长度即可(如图1所示)。将外业观测得到的数据下载到计算机中，同时下载点位附近CORS参考站点的同步数据，对这些数据进行计算。

在测站i上对卫星p进行观测后可列出线性化的观测方程为

(1)

CORS站点的同步观测方程为

(2)

式(1)减去式(2)可得

图1 单点观测模式

(3)

式(3)可变为

(4)

在测站i和CORS参考站上，还对卫星q进行了同步观测，则可以继续组成双差观测值表示的观测方程为

(5)

利用上面的观测方程进行基线解算，基线解算成果可按照相同等级的GNSS网的基线检核公式进行检核，但不存在重复基线的问题。

基线解算后按照GNSS网平差的方法进行计算，通过网平差将消除已知点不符值及闭合环闭合差，同时评估点位的精度，并确定点位在参考系下的坐标。

对GNSS基线的起点到终点的坐标差列出误差方程为

(6)

网中的两条基线组成误差方程为

(7)

权阵通过基线解算获得的方差-协方差阵来确定，按照最小二乘原理进行平差计算获得平差结果

(8)

式中，G为基准方程系数矩阵。

要获得点位的参心坐标，还要根据已知的参心坐标，建立地心系到参心系的转换参数及参心系下坐标参数的统一函数模型，通过平差计算获得参心坐标系统下的参心坐标。

二、基于CORS的单点观测模式的实例

为检验基于CORS的单点测量模式的实际测量效果，选择了两块试验区，分别位于河南省郑州市的新郑市和平顶山市的新华区。新郑市周围的CORS参考站分别为郑州中心(ZZZX)、郑州中牟(ZZZM)、郑州新郑(ZZXZ)，参与试验的E级点有90个。平顶山市新华区周边的CORS站有宝丰(BAOF)和平顶山学院(PDXY)2个，参与试验的E级点有28个。在实际作业中，为比较两种方法的实际测量效果，分别采用了常规的网测量模式和基于CORS的单点测量两种模式。为保证观测的精度，在采用基于CORS的单点测量模式时，将观测时间延长至90 min，而网测量模式的时段长度为45 min。

按照前面的数据处理方法，基于CORS的单点测量模式和网测量模式分别进行计算，得到了坐标差值如图2—图5所示。其中X坐标最大差值为1.8 cm，Y最大差值为2.4 cm，H最大差值为8.4 cm。点位的平面中误差为1.2 cm，高程中误差为3.0 cm。

图2 两种模式的X差值

图3 两种模式的Y差值

图4 两种模式的平面坐标差值

图5 两种模式的H差值

三、点模式与网模式的一致性分析

四、结束语

目前，全国的CORS系统建设已经基本建设完毕，利用CORS系统进行动态测量非常便捷、快速，也是CORS系统应用的主要方面。而在某些情况下，需要进行静态控制测量，利用CORS系统进行静态控制测量可以不用额外寻找控制点，也无需在控制点上进行静态测量，而只需在未知点上安置接收机，通过下载同步的CORS参考站的数据，进行联合计算，就可以方便地进行静态控制测量。而利用基于CORS的点测量模式进行控制测量能更有效地快捷地进行静态测量，与传统的静态测量相比，它无须考虑多台设备的同步观测，而可以到达点位后直接开机观测，观测结束直接更换点位，非常便捷。根据以上分析可知，基于CORS的点测量模式具有下面的特点：

1) 对于需要少量的高精度控制点的地区，点测量模式具有便捷、快速的优点，可以节约因同步观测而带来的人员成本、时间成本和设备成本，在一定程度上提高了作业效率。

2) 点测量模式无论是平面精度还是高程精度都与传统的静态测量模式一致，在一定范围内可以代替传统的静态控制测量。

3) 点测量模式的缺点是在大范围内由于点位之间没有进行平差计算，点位的整体性较差，同时要求点位周围的CORS参考站点有一定的密度，若参考站点距离较远，对基线解算不利。

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