基于重庆CORS的GPS高程测量方法研究

摘 要:本文基于笔者多年从事CORS系统应用的相关工作经验,以基于重庆CORS的GPS高程测量为研究对象,分析了静态观测法、实时动态观测方法、基于重庆CORS系统的静态测量方法与参数转换法四种高程测量方法的原理与适宜性,证明了基于重庆CORS系统的静态测量方法满足城市四等水准测量成果的精度要求,可以作为下级高程测量的起算依据,全文是笔者长期工作实践基础上的理论升华,相信对从事相关工作的同行有着重要的参考价值和借鉴意义。

关键词:CORS 水平位移监测 前方交会 精度

中图分类号:TP2 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2011)09(a)-0043-02

重庆连续运行卫星定位服务系统(Shen zhen Continuous Operational System,简称重庆CORS)系统是在计算机城域网上建立的现代化城市大地测量网络服务系统,由卫星跟踪基准站、系统控制中心、用户数据中心、用户应用、数据通信5个子系统组成,其中数据通信采用可实时传输数据的重庆市政府信息网。利用5个连续运行GPS基站覆盖重庆市,基准站间距离平均为25km左右,可全天候地向重庆地区用户提供厘米级实时和快速定位、毫米级事后精密定位等服务。重庆CORS采用网络RTK的虚拟基站技术(Virtual Reference Station,简称VRS),由美国的Trimble公司于1999年推出,现已形成实用化、商品化的技术和软件系统。

本文对应用重庆市连续运行卫星定位服务系统(重庆CORS)实施GPS高程测量的方法进行探讨。

1 测量方法对比研究

重庆市国民经济建设、国防建设和建立“数字重庆”、“数字社区”、“电子商务”等都亟须及时提供三维、实时、动态的空间地理信息。重庆市连续运行卫星定位服务系统(重庆CORS)的建成和投入运营,提供了高精度的、覆盖全市域,并部分辐射周边地区的全天候三维测绘基准。

GPS高程测量是利用GPS测量技术,测定地面控制点在地心坐标参考系中的三维坐标,按照区域似大地水准面精化技术将基于大地椭球面的大地高转换为基于似大地水准面的正常高的测量方法。应用GPS测量技术和重庆地区似大地水准面精化成果进行GPS高程测量,通过研究与分析,我们认为主要有以下几种测量方法。

1.1 实时动态观测方法

利用三脚架在观测点上进行实时动态(RTK)观测,在获得固定解以后进行记录,至少要记录4个历元,每历元时长不小于10s,并利用似大地水准面成果进行精化时,其高程精度可达到图根点水准的要求。并且接收机的初始化时间不能过长,一般为2min左右。测前、测后都进行了已知点检核,检核点的高程等级要高于待求点的等级或与其等级相同,检核点实测数据和原已知数据较差应满足《城市测量规范》中图根点高程检核的精度要求。如果是利用测杆人工手扶对中观测,由于人为误差的影响,其高程精度只能满足碎部点的要求。

GPS实时动态观测方法的精化高程与已知精密水准测量成果的比较结果统计见表1。

1.2 基于重庆CORS系统的静态测量方法

为了进一步推进GPS高程测量工作的实用性,提高采用GPS技术布设等级高程控制点的工作效率,利用已有的重庆CORS系统基准站和至少一个在测区附近(10km以内)已知的等级三维控制点,与新布设的GPS高程控制点进行GPS同步观测,观测时间不少于60min。通过基线解算,将测量GPS基线网长、短基线的联合数据进行处理,解算出待求点的三维坐标,通过精化计算所得到的GPS精化高程与已知的精密水准测量成果的比较互差统计如表2。

从统计结果来看,采用GPS静态作业观测时间在1h以上,精化高程与已知直接水准高程外符合精度接近±2cm。

1.3 参数转换法

应用全市域范围内均匀选取的一定数量的已知点,通过布尔沙模型求取WGS-84坐标系与城市坐标系之间的转换参数(七参数),利用求取的七参数对重庆市所有的C级网点三维成果进行转换,转换所得到的GPS高程测量结果与实测的精密水准测量成果的较差统计如表3。

由表3可知,利用七参数转换使所求取的高程,其精度大大降低。这也反映了GPS RTK测量所得到的三维成果利用七参数转换模型转换得到的高程结果,只能适用于碎部点的高程数据采集(如表3）。

2 几种GPS高程测量方法的适宜性分析

重庆市现代测绘基准体系,以GPS技术、网络通讯技术、计算机技术等先进技术为支撑,建立了三维一体的城市现代测绘工作的基准框架。在高程基准方面,通过GPS静态观测方法和RTK观测方法检测后证明,经过似大地水准面精化后GPS高程测量成果与精密水准测量成果比较的高程中误差分别达到±0.013m和±0.029m,因此可以认为:应用相应等级的GPS高程测量来代替四等水准测量在理论上是科学的、在实践上是可行的。

通过前面的几种GPS高程测量方法所取得高程结果的数据分析,可以得出几种GPS高程测量方法适宜性的基本结论。

(1)应用实时动态观测方法进行GPS高程测量,利用三脚架设置接收天线,所取得的RTK测量结果经似大地水准面精化计算后,其精化高程成果完全可以满足城市图根水准测量成果的精度要求,可以作为地形测量的高程起算依据;当利用测杆人工手扶对中观测,其精化高程的成果精度只能满足地形碎部点的精度要求。

(2)应用基于重庆CORS系统的静态测量方法进行GPS高程测量,当同步观测时间lh以上,通过似大地水准面精化计算所取得的GPS高程测量成果,完全可以满足城市四等水准测量成果的精度要求,可以作为下级高程测量的起算依据。考虑到方便超长基线的解算,同步观测时间最好不少于90min～120min。

(3)应用参数转换进行GPS高程测量,通过转换得到的GPS高程测量成果,仅能作为地形测量碎部点的高程数据采集。该方法作业前和测量结束后,均要求利用已知高程控制点进行高程检核,确保高程数据采集的精度和可靠性。

3 结语

随着城市测绘事业的不断发展,对高程测量技术和测量方法特别是应用GPS测量技术进行精密高程测量的技术和方法提出了更进一步的要求。如何利用全球卫星导航定位技术,利用重庆CORS系统所提供的大范围的、实时的、高精度的空间定位资源,充分发挥重庆地区区域似大地水准面精化的成果效能,真正在重庆市现代测绘基准体系框架内,实现高精度的三维、实时、动态的空间地理信息采集,建立起满足城市规划、城市建设和城市运营管理等各方面需要的城市信息化测绘保障服务体系,还需要做更进一步的努力、探索和研究。

参考文献

[1] 魏瑞娟,李学军,任维成,等.单基站CORS的建设与应用研究[J].测绘通报,2010(6).

[2] 唐力明,李成钢,张建国,等.GPS/CORS精密区域地表位移动态监测技术研究[J].测绘通报,2010(5).