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广州市南沙区明珠湾横沥岛尖GPS控制网构建

发表时间：2020/7/3 来源：《基层建设》2020年第6期作者：黄劲

[导读] 摘要：本文通过对明珠湾起步区横沥岛尖的静态GPS-D级控制网的外业操作到内业数据处理以及数据处理后的处理分析，提出静态GPS-D级控制网在具体操作中应注意的问题。

        广州市城市规划勘测设计研究院广东广州 510060
        摘要：本文通过对明珠湾起步区横沥岛尖的静态GPS-D级控制网的外业操作到内业数据处理以及数据处理后的处理分析，提出静态GPS-D级控制网在具体操作中应注意的问题。
        关键词：静态GPS；GPS-D级控制网；数据处理
        1 工程概况
        为顺利推进明珠湾起步区城市的建设，确保该区域测量基准的统一和测量成果延续，本次项目构建了明珠湾起步区横沥岛尖的GPS-D级控制网。本项目测区隶属广州市南沙区横沥镇，位于珠江出海口虎门水道的西岸，东与东莞隔海相望，西连中山市，面积54.13km2。辖区内河道众多，主要有东南环绕的珠江，北部沙湾水道与番禺分界，西南的洪奇沥与中山、顺德分界，内部有蕉门水道、凫洲水道、上横沥、下横沥和一涌至二十涌等水系，南沙区为低纬度地区，电离层较为活跃，且外业开始时间为2019年7月天气较为炎热，大气活动剧烈，给GPS观测和数据处理带来一定影响。
        2 GPS-D级控制网网构建
        本次项目GPS-D级控制网的构建前期先行搜集历史资料，将各种GPS测量控制点坐标展绘到南沙区2016年版1:2000地形图、2018年版影像图上。随后进行野外踏勘，摸查旧有控制点，并新增埋石。本次GPS-D级网共布设GPS-D级点16个，利用旧标石8个，控制点均匀分布于测区，相邻点间平均距离为4.7km。历时4天完成全网外业观测，观测仪器采用6台徕卡GS18观测，观测方法采用网连式，重复观测超1.6。
        GPS-D级网外业观测情况

        3 GPS-D级控制网数据处理
        3.1 基线解算
        基线解算采用软件Pinnacle（1.07）根据规范要求，D级网应加入对流层延迟修正，小于15km的基线采用双差固定解，考虑到南沙属于低纬度地区，电离层影响较大，因此在设置解算属性时，30km以内的基线解算模型采用L1&L2c的无电离层影响的线性组合，pinnacle软件操作手册也提出该模型为双频数据计算的首要方法，超过30km的基线，则引用Wide Lane解算模型，以获得残差较小的固定解。对流层改正采用软件提供的Neill(2005)对流层模型进行改正，设置好属性后可进行基线解算。
        基线解算和优化：相位残差图是对基线解算效果的直观反应，如图3.1所示，一般认为残差最好在正负0.25周以内，并且大致呈随机概率的分布模式，如果个别卫星组合观测值线性变化或者突变，则可进行删星操作。删星时需要查看图例数据，避免删除参考卫星。设置好解算参数后，Pinnacle软件会将解算结果显示在处理窗口中，反馈线向量点名及其基线分量值、残差值、基线长度和模糊度固定情况等结果，尽量获取固定解，并且基线残差要小。

        图3.1 基线解算相位残差图
        基线处理完毕后，选择要输出的基线，输出基线解算报告*.rep，报告中包括了每条基线的起始点名、观测时间和时长、基线结果标准差、ratio值和分量及其方差-协方差阵等信息。
        3.2 基线质量分析
        基线解算过程中和完成后，必须对基线解算进行质量控制和检查，检查的内容有：短基线(小于20km的基线)是否进行了模糊度固定、单位权中误差(RMS)、整周模糊度检验值(ratio)、相对定位精度因子(RDOP)等。对于网平差而言，则需要进行同步环闭合差、独立环闭合差和重复基线较差等检验。合格的基线才可使用，不合格的基线应对其结果进行残差分析，然后重新解算，在构网的确需要但是解算不合格的基线需重新测量。
        单位权中误差RMS表明了观测值的质量，它可看作表示内符合精度的一项指标，在本次计算中，基线长度小于20km时尽量控制RMS在1cm以内。raion值反映解算结果的可靠性，是RMS次小值和最小值的比值，ratio值越大越好。
        基线中误差也是基线精度的一个重要指标，根据国家规范(GB/T 18314-2009)的要求，D级网基线精度应满足表3.2要求：
        表3.2 D级网基线分量精度指标表

        (1)复测基线检核
        根据国家标准，复测基线的长度较差限差ds应满足公式3.2.1-1要求：
                 式3.2.1-1
        式中为基线测量中误差，其计算按照接收机的标称精度执行：
              式3.2.1-2
        式中a为接收机标称的固定误差(mm)，b为比例误差系数(ppm)，d为基线长度(km)
        (2)同步环检核
        同步环闭合差是检核观测基线内符合精度的重要指标，同步环闭合差就是由同步观测基线所构成的闭合环的闭合差，同步环闭合差在理论上应为零，由于观测等误差存在，实际上同步环闭合差不等于零，网中任意一个三边构成同步环闭合差不宜超过如下的要求：
                                 式3.2.2-1
        式中σ为基线中误差，按照公式计算
        (3)异步环检核
        PS的网平差必须在异步环检核的基础上，参考同步环图和复测基线，可挑选出基线精度较高的独立基线构成异步环，异步环闭合差应满足：
             式3.2.3-1
        式中：n—闭合环边数，W—闭合差，σ—基线测量中误差
        本项目构成的异步环网，共有34条基线，独立基线构成的异步环见图3.2.3-2

        图3.2.3-2 异步环连成的网图
        4 GPS-D级控制网网平差
        4.1 无约束平差
        基线的各项检核完成后即可进行无约束平差，无约束平差采用固定一个点的方式进行。本项目无约束平差固定网图中HLD5点，无约束平差中，基线分量的改正数绝对值（VΔx、VΔy、VΔz）应满足：
                                          式4.1.1
        式中：n—闭合环边数，W—闭合差，σ—基线测量中误差。
        使用TGPPS软件自动搜索最小异步环，本项目共有19个异步环，其中三边形占总数的73.7%，图形强度较好。

        图4.1.2 GPS网平差流程图

        图4.1.3 控制网基线网图
        4.2 约束平差
        根据坐标系参数及起算数据进行约束平差，约束平差结果输出点的空间直角和大地坐标及精度，误差椭球参数，在相应坐标系下的平面坐标和精度，平面距离及其精度、基线向量及其改正数和精度信息，同时约束平差后的基线向量的改正数与同名基线无约束平差相应改正数的较差应满足下列要求：
                       式4.2.1
        式中：n—闭合环边数，W—闭合差，σ—基线测量中误差。
        5 技术结论
        （1）经各项检查，本项目提交的资料真实可靠，GPS观测的时段长度、重复观测数、限差等各项指标符合规范和设计要求；
        （2）GPS基线处理和网平差方法正确，偶然中误差、全中误差以及最弱点中误差等各项指标符合规范和设计要求；
        （3）本项目所使用的测绘仪器满足精度要求，均在检定有效期内；
        （4）项目提交的资料齐全，过程文件清晰，符合设计要求；
        （5）本项目提供的成果资料来源清晰，观测和计算方法正确，成果数据可靠性好，坐标转换软件数序模型正确，转换坐标精准度高，项目的各项成果精度满足设计要求，可以交付使用。
        6 建议
        南沙区处于广州市南端，并且水系众多，夏季比较湿热，GPS测量时，为了达到较好的观测效果，应尽量避免电离层的影响，时段选择在上午进行较好。
        南沙地处珠江口，地质沉降对控制点会有影响，建议3-5年对GPS控制网和三等水准网项目的成果进行复测维护。