深圳河独立坐标系扩展研究

【摘要】深圳河的治理是个长期工程，目前已经完成深圳河口及第一期、第二期、第三期工程。第四期工程拟治理深圳河上游与莲塘/香园围口岸相关河段。深圳河独立坐标系统原定义范围未能覆盖第...

摘要:本文首先对深圳河原有控制框架的构成、发展过程及精度进行了深入分析，然后提出了控制网建立的优化设计方案，最后通过数据精度分析完成控制网的数据处理方案，最终达到深圳河坐标系向第四期工程区域进行有效扩展的目标。

关键字：深圳河 第四期工程 控制网 数据处理 扩展研究

中图分类号：C37 文献标识码：A 文章编号：

1 概述

1.1 研究背景及意义

深圳河的治理是个长期工程，目前已经完成深圳河口及第一期、第二期、第三期工程。第四期工程拟治理深圳河上游与莲塘/香园围口岸相关河段。深圳河独立坐标系统原定义范围未能覆盖第四期工程的施工范围，且该坐标系经过多次扩展，内部精度不统一，对深圳河沿线的测量任务带来一定程度的不便。因此，需对深圳河独立坐标系首级控制网进行统一测量，要求达到GPS D 级点精度并布设不少于10个平面控制点。

GPS D 级控制网的数据处理，需对深圳河独立坐标系的扩展进行研究，将深圳河独立坐标系控制范围扩展至莲塘河，在保证深圳河河口及一、二、三期的坐标精度的前提下研究，在不改变现有深圳河独立坐标系与深圳独立坐标系、香港坐标系之间的转换关系的条件下，研究扩展后的深圳河独立坐标系的点位精度以及利用转换公式进行转换后所产生的误差分布情况。

1.3.1 研究思路

首先对深圳河区域三套独立坐标系统的控制框架进行分析，按照现存控制点的情况进行布点规划，建立控制网，通过不同的数据组合进行平差处理，对平差结果进行精度分析，选取符合要求的最优结果作为最终方案。

其中在进行数据平差处理和数据精度分析阶段，维持三套独立坐标系之间的原有转换关系，把不同独立坐标系下的控制点统一到同一独立坐标系，组成多套平差方案，在多种方案中选择达到目标并且效果最佳的方案做为成果。

2 控制网的建立

2.1深圳河原有控制框架分析

经过查阅深圳河治理前三期测量资料，深圳河独立坐标系基本控制框架主要有：1983年控制网、1993年控制网、1996年控制网和 2001年控制网。1996年深圳市勘察测绘院在布设1996年控制网时，对1983年控制网及1993年控制网进行了深入研究，把1983年仅存的5个控制点纳入网内，并联测了7个1993年控制网点，经过整体平差后与原有成果进行了比较和分析。比较结果见表2-1、表2-2。

表2-1：1983年控制网与1996年控制网比较

表2-2：1993年控制网与1996年控制网比较

表1结果表明两期成果基本处于同一精度水平，差值大多在1CM以下。

考虑观测误差、点位变形等因数，表2误差具有一定的系统性，结果表明两个控制网精度水平十分接近。

2001年，深圳河独立控制网进行了加密与扩展，是以1996年控制网成果为基础，等级及精度为GPS E级。

所以1996年控制网成果为本次研究的数据基础，2001年控制网可以作为本次研究的数据检核。

2.2网点设计

通过对已有数据的分析，我们有针对的选择了两个阶段的控制点进行联测，具体为老鼠岭、南坑、马草垅、SK-29、SK-30。其中老鼠岭、南坑、马草垅为1983年控制网和1996年控制网共有点，同时也是香港HK 1980 GRID 坐标系的三角观测站，对应点名为T422、T426、T427。

GPS D级控制网点除了应包含香港HK 1980 GRID 坐标系高等级起算点和原深圳河独立坐标系高等级控制点，还需包含深圳市独立坐标系高等级起算点。经过查勘分析选择了长宝大厦、深勘大厦、沙头角建工大厦三个Ⅱ等GPS点，以及Ⅳ176Ⅳ等GPS点。同时为了组网的需要，新增了一个GPS控制网点。

具体D级 GPS网组成见表2-3，分布情况见图2-1（GPS控制网图）。

表2-3： D级 GPS网点组成部分

图2-1：GPS控制网图

2.3观测执行

本工程GPS D级控制网为独立坐标系控制网，更强调点位内部符合精度，所以在编制观测计划时对很多指标要求严于《工程测量测量规范》(GB50026-2007)相关规定。特别是观测时间增加了100％以上。GPS D级网观测投入Leica SR530 双频接收机2台套、Leica 1200双频接收机6台套进行同步观测。观测前制定周密的观测计划，观测时各作业组执行统一的调度命令并且认真填写相关记录。

2.3数据处理与分析

2.3.1 基线解算与精度评定

采用LEICA Geo Office 7.0 数据处理软件进行基线解算，共解算54条有效基线。GPS网平均边长5.2km，按照规范要求基线长度中误差：

σ= =53.2mm。

通过对重复基线差值、同步环闭合差、异步环闭合差进行检验，来评定基线解算精度。

1)重复基线精度评定

共实测重复基线12条，按照规范要求其较差限差d≤2√2σ，所以较差应小于150mm，从表5 统计情况来看，重复基线较差最大为49mm,均满足规范要求。

2）同步环精度统计

软件自动组成三边同步环27个，环闭合差最大26.87 mm.根据规范要求计算(ws≤σ), ws应小于32mm,满足规范要求。

3) 异步环精度统计

人工组网构成三边异步环23个，环闭合差最大70 mm.根据规范要求计算(ws≤σ), ws应小于183mm,满足规范要求。

3） 三维无约束平差

在WGS84坐标系下进行三维无约束平差，基线向量平差后改正数最大值为 0.056 m，最小值为0.001 m；根据规范要求（v≤3σ），v应小于160mm，因此所有基线改正数均满足规范要求。三维无约束平差精度满足规范要求。

3 深圳河坐标系扩展误差分析及控制网约束平差

3.1 维持原有转换关系条件下的数据处理方案

由于本次 GPS网的二维约束平差是建立在对深圳河独立坐标系扩展误差分析的基础上，所以应先对其扩展后的误差和成因进行分析和评估。

3.1.1 二维约束平差初算

以T427、T426、T422三个点在深圳河独立坐标系下进行二维约束平差，对其精度进行检查，约束后的最弱边相对中误差为，满足规范要求。以此为数据基础进行扩展误差分析。

转换残差分析：二维约束平差后的成果通过原有转换关系转换后与深圳市独立坐标系或者HK1980独立坐标系下的原有成果进行比对，较差结果见表3-1和表3-2。

表3-1深圳市独立坐标系转换残差

表3-2HK1980独立坐标系转换残差

表6.1表明控制点离原转换关系中心越远，转换残差越大。

表6.2 表明深圳河独立坐标系与HK1980独立坐标系之间原有转换关系本身含有一定误差.

2)边长形变分析:

二维约束平差后的边长通与深圳市独立坐标系或者HK1980独立坐标系下的原有边长进行比对，较差结果见表3-3和表3-4。

表3-3深圳市独立坐标系下边长形变残差