基于虚拟技术的城市水资源勘测gps网布设与数据处理

'62工程勘察GeotechnicalInvestigation＆Surveying2012年第1期基于虚拟技术的城市水资源勘测GPS网布设与数据处理1，21，233朱丽强，陈中新，陆建伟，杨明(1.苏州工业园区测绘有限责任公司，江苏苏州215021;2.JSCORS中心苏州分中心，江苏苏州215021;3.江苏省水文水资源勘测局苏州分局，江苏苏州215006)摘要:结合利用CORS虚拟技术，阐述了城市水资源勘测GPS网的布设及数据处理方法，并对精度进行了分析，结果表明在确保成果精度和可靠性的前提下，CORS虚拟技术可以节省成本投入、提高生产效率，从而对丰富CORS服务具有重要意义。关键词:CORS;GPS控制网;虚拟基站;数据处理中图分类号:P228.4文献标识码:AEstablishmentanddataprocessingofGPSsurveyingnetworkforurbanwaterresourcesbasedonthevirtualtechnology1，21，233ZhuLiqiang，ChengZhongxin，LuJianwei，Yangming(1.SuzhouIndustrialParkSurveyCo．，Ltd，Suzhou215021，China;2.JSCORSSuzhouCenter，Suzhou215021，China;3.HydrologyandWaterResourcesSurveyBureau，JiangsuProvince，SuzhouBranch，Suzhou215006，China)Abstract:CombiningwithCORSVRStechnology，thispaperintroducestherelatedestablishmentanddataprocessingmethodofanurbanGPSnetworkforwaterresources．TheaccuracyoftheGPSnetworkisanalyzed．TheresultindicatesthatCORSVRStechnologycansavecostandimproveefficiencyonsurveyingprojects．ItissignificanttoexpandtheapplicationofCORSVRSservices．Keywords:CORS;GPScontrolnetwork;virtualreferencestation;dataanalysis资源勘测GPS网。0引言1GPS网设计与数据采集苏州地处长江和太湖下游，境内地势平坦，水网密布，河道纵横交错，有各级河道两万多条，湖1.1GPS网设计原则与特殊性泊星罗棋布，有大小湖泊320多个，水域面积GPS网设计的总体原则是利用GPS技术，按照23609km，防洪排涝标准偏低，人口密集，防汛抗整体设计、统一布网的原则，建立和维持一个动态洪的进退余地较小，防汛抗洪形势严峻。为及时掌的三维控制网，为苏州市的水文水资源勘测提供可握水情变化，提供准确及时的水文信息，在现有分靠的技术保障。布于大市范围的水文监测基准点基础上，有必要建目前水文水资源勘测部门在实际测量工作中普立一个全天候、连续、统一的水文监测基准框架控遍采用工程区域“点校正”的方式，每个测绘区域制网。随着苏州市连续运行卫星定位综合服务系统都是一个独立的参数系统。为保证数据成果资料的的投入稳定运行，利用虚拟技术可以快捷、高效地整体一致性和前后的延续性，新建立的城市水资源建立一个基于苏州城市动态测绘基准的控制网，以满足水文监测的动态需要，加强城市水文设施建收稿日期:2011-05-07设，提高城市水文的现代化水平，为苏州城市防汛基金项目:现代工程测量国家测绘局重点实验室经费资助项目(编号:TJES0907)．决策和工程运行调度提供准确及时的水文信息。因作者简介:朱丽强(1981－)，男(汉族)，江苏吴江人，此，江苏省水文水资源勘测局苏州分局委托硕士，工程师．JSCORS苏州分中心建立覆盖全市域的动态城市水 2012年第1期工程勘察GeotechnicalInvestigation＆Surveying63勘测GPS网必须将现有各区仍在使用的平面控制点纳入系统中，进行观测计算，检核其内符合性，而一般控制网仅需挑选部分点进行布测，这是一个最主要的区别。一般GPS控制网普遍是在WGS-84三维约束平差后，进行二维约束平差，以获得基于特定坐标系的平面成果，而高程通常是采用水准测量获得。在本网中，由于地域的特殊性，水文水资源勘测部门普遍使用吴淞高程系，鉴于其在测量技术力量方面的特殊性，吴淞高程系成果资料之间往往存在着不同期测绘的情况。因此，在高程计算处理方面必须对现行使用的吴淞高程资料进行检核，并通过高程拟合或似大地水准面精化等方法，对吴淞高程进行转换处理，以获得满足实际测量要求的成果。图1“单台”GPS外业观测展点图1.2GPS网设计控制网设计时，平面坐标系统启用了新苏州独结合项目特征为“单台”套GPS作业的控制立坐标系，该坐标系统建立时充分考虑了实现苏州网，引入苏州市连续运行卫星定位综合服务系统的市统一坐标基准的目标，选择的新的投影中央子午参考站点，所构的基线网图见图2。线和投影高程面，使整个苏州市的投影变形量达到［1］最小，满足城市测量规范规定的2.5cm/km范围。网形布设时利用苏州市连续运行卫星定位综合服务系统与现有的吴淞系高程控制点，采用CORS虚拟技术，使用单台套GPS进行观测，以扩展GPS网。构网采用“虚拟混合边连式”的方法进行，观测要求按照城市D级控制网进行。由于现有吴淞高程成果资料之间存在着不同期测绘等情况，因此通过本次GPS控制网布测拟使吴淞高程的内部拟合精度能达到±5cm。［2］CORS虚拟技术是利用CORS基准站的原始观测数据，计算任意历元GPS卫星的三维位置以及基准站间基线的轨道误差、对流层延迟及电离层延迟;然后根据网内任意点位置和其它设定计算该点图2引入参考网站点后基线网图和可视卫星之间的距离以及相关空间误差，从而获在数据处理时，根据引入参考站点后的网形结［3］取虚拟基站的仿真观测数据。在生产实践中可以构，利用CORS虚拟技术内插出9个虚拟观测点，应用虚拟观测数据，同时投入两台，甚至一台GPS虚拟点观测条件按照C级网要求。物理(架站)观设备，就能灵活构建出网形几何强度较高、具有非测点与虚拟观测点构成的基线网形图见图3。同步图形闭合条件、良好自检能力以及点位中误差均达到毫米级的边连式GPS控制网，确保实际观测2数据处理与精度分析［4］控制点的质量和可靠性。2.1基线检核1.3数据采集基线处理是利用多个测站的GPS同步观测数控制网外业观测严格按设计要求进行，所有野据，确定这些测站之间坐标差的过程。处理结果将外记录均在现场完成，观测记录装订成册后上交。实际观测过程中，前4天均只有一台仪器参与观测，最作为后续GPS基线向量网平差的观测值，同时也是后2天有2台仪器参与观测，2台仪器虽然有零星构进行基线质量控制的依据。GPS基线向量的处理采成同步基线，但均不采用。外业观测展点图见图1。用随机软件TGOV1.63版。 64工程勘察GeotechnicalInvestigation＆Surveying2012年第1期测量的协方差分量因子，使其与实际精度相匹配;③对网的整体内部精度进行检验和评估。根据规范要求，在无约束平差中，基线向量的改正数(V，V，V)绝对值应满足:ΔXΔYΔZVΔX≤3σ，VΔY≤3σ，VΔZ≤3σ(2)当超限时，可认为该基线或其附近存在粗差基线，应采用软件提供的方法或人工方法剔除粗差基线，直至符合式(2)为止。GPS三维无约束平差的结果，客观地反映了整个GPS网的内部符合精度。基线向量无约束平差改正数绝对值统计(单位:m)图3引入虚拟观测点后基线网图表2序号最大值限差最小值平均各时段向量的重复性反映了基线解的内部精X方向改正数0.0580.14200.003度，是衡量基线解质量的一个重要指标。本控制网Y方向改正数0.0850.14200.004中存在4对重复基线。根据GB/T18314-2001《全Z方向改正数0.0730.14200.003球定位系统(GPS)测量规范》规定，复测基线的从表2可知，基线分量的改正数都较小，说明长度较差，不应超过规定:ds≤2槡2σ。观测质量较好，基线解的精度较高。从表1可知，控制网中的4条重复基线均满足2.3WGS-84坐标系下的三维约束平差规范规定，说明控制网的外业观测数据质量较好。约束平差的目的是引入外部基准，将其所有独重复基线长度较差检验统计(单位:m)表1立基线向量及其经调整后的协方差阵作为观测量，序号重复基线位置差ds重复基线位置差限值2槡2σ平差消除因星历和网的传递误差引起的整网在尺度Ding→VRS100.00640.0913和方向上的系统性偏差。VRS1→Jint0.00530.0624在约束平差中，基线向量的改正数与剔除粗差VRS10→VRS10.02690.0684后的无约束平差结果的同名基线相应改正数的较差Zhjg→VRS60.06770.1610(dV，dV，dV)应满足:ΔXΔYΔZGPS闭合环闭合差的大小可反映GPS外业观测dVΔX≤2σ，dVΔY≤2σ，dVΔZ≤2σ(3)质量和基线解算质量的可靠性。当超限时，可认为作为约束的已知坐标、距根据GB/T18314-2001《全球定位系统(GPS)离，已知方位角与GPS网不兼容，应采用软件提供测量规范》规定独立闭合环的坐标闭合差应满足:的或人为的方法剔除某些误差较大的约束值，直至WX≤3槡nσ，WY≤3槡nσ，符合式(3)为止。三维约束平差以唯亭为三维控制点，其他参考WZ≤3槡nσ，WS≤3槡3nσ(1)站点的平面方向控制基准。其中:n为闭合环边数，σ为相应级别规定的精度。基线向量约束平差改正数较差绝对值统计(单位:m)独立基线组成的异步环共27个，最弱异步环表3精度为1.016ppm，其余闭合环ppm均低于1ppm，序号最大值限差最小值平均所有独立闭合环闭合差均满足规范规定。X方向改正数0.0240.12000.0002Y方向改正数0.0160.10300.0001由重复基线和独立闭合环的相对精度表明，基Z方向改正数0.0210.10700.0004线处理合理、结果可靠，没有含明显粗差的基线向量存在，所挑选基线可作为基线观测量参与网平差由表3可知，约束平差后的基线改正数与之前计算。无约束平差后的同名基线改正数较差优于规范规定2.2WGS-84坐标系下的三维无约束平差指标，完全满足技术设计要求。三维无约束平差的主要目的有:①进行粗差分2.4点位误差统计析，发现观测量中的粗差并消除其影响;②调整观在WGS-84基准下三维约束平差后点的点位精 2012年第1期工程勘察GeotechnicalInvestigation＆Surveying65度中误差，见表4，虚拟检核点位坐标比较见表5。由表6可知，外业实际测量中系统定位的精度与设计精度相符合，达到设计要求。点位精度中误差统计(单位:m)表4序号最大值最小值平均3结论纬度方向0.0170.0010.007经度方向0.0200.0010.008现在很多省市纷纷建立了高时空分辨率、高效大地高方向0.0750.0110.030率、高覆盖率的连续运行参考站综合服务系统和厘米级区域似大地水准面相结合的高精度、动态的三虚拟检核点位坐标比较表5［5］维大地测量基准框架的现代测绘基准体系。在城点名△B(″)△L(″)△H(m)市GPS控制网中利用连续运行参考站综合服务系VRS1－0.000200.000300.014VRS20.000020.00006－0.001统，引入CORS虚拟技术，建立虚拟基站是一种高VRS3－0.000030.000160效、快捷的方法，通过本次城市水资源勘测GPS网VRS4－0.00020－0.00005－0.014的建立，结果表明:VRS50.000320.00008－0.013(1)在确保解算成果质量、解算可靠性的基础VRS6－0.00001－0.00015－0.003上，基于CORS虚拟技术相比传统方式布网可以节VRS80.000090.00010－0.026VRS90.00004－0.00002－0.023省观测成本，解决了生产单位在投入观测仪器数量VRS10－0.00003－0.000010.006方面的限制，提高了投入产出的生产效益。(2)城市水资源勘测GPS网的建立，解决了由表4、表5可知，虚拟检核中VRS5在纬度全市范围内的不同投影中央子午线带来的投影变形方向上的偏差最大，投影到平面坐标上X方向的偏问题，达到了测绘“一张图”工程的目的，同时也差为0.010m，满足设计要求。为今后从吴淞高程系转换为黄海高程系的进一步优2.5坐标转换化创造了条件。利用苏州市2004年建立的苏州市GPS首级城(3)基于CORS虚拟技术布设控制网具有可靠市扩展控制网转换参数，使用布尔莎模型，确定统性高、布设网形灵活的技术特点，在今后的GPS定一的投影高程面，将基于WGS-84椭球的经纬度成位技术建网中可以广泛地加以推广和应用，以提高果转换至新苏州独立坐标系成果。同时对吴淞高程城市GPS应用的水平。系成果采用空点法，以求得基于连续运行参考站的v*v参考文献最优转换参数结果。利用公式计算得到高程槡n－1［1］唐文刚，奚长元．苏州市GPS城市控制网的建立与精度分点的内附合精度为4.5cm，满足设计要求的±5cm。析［J］．测绘信息与工程，2004，29(6):34～36.2.6外业检核［2］陈中新，朱丽强，吴栋．虚拟基站网形结构对GPS控制网利用求得的基于连续运行参考站的转换参数，精度的影响［J］．地理空间信息，2010，8(4):25～27.采用RTK实时动态测量作业模式，对现有的水文［3］韩保民，欧吉坤，曲国庆．GPS观测数据的模拟研究［J］．武汉大学学报(信息科学版)，2005，30(3):246～250.控制点进行测量，将转换值与已知值进行比较，即［4］陈中新，奚长元，朱丽强．基于CORS虚拟技术建立任意图v*v形结构GPS控制网的研究与实践［A］．华东六省一市测绘可求得各测量点的外符合分布情况，根据计槡n学会第十二次学术交流会论文集［C］，2010.算系统在X，Y，H方向的外符合精度。外业测量［5］史照良，沈飞．江苏省现代大地测量基准的建立方案探讨［J］．测绘通报，2007，(9):26～28.中挑选了均匀分布在各区的已知点12个，检核结果见表6。外符合精度统计表(单位:cm)表6X方向Y方向H方向最大值1.91.84.8最小值0.10.10.4外符合1.11.33.8'