西部特大型湖泊容積測量GPS網(wǎng)數(shù)據(jù)處理方案

1、西部特大型湖泊容積測量GPS網(wǎng)數(shù)據(jù)處理方案    摘要：本文針對西部某特大型湖泊的容積測量布設(shè)的大型控制網(wǎng)，采用精密星歷和廣播星歷兩種星歷，運用不同的解算軟件和不同的方案進(jìn)行GPS控制網(wǎng)數(shù)據(jù)處理，結(jié)果進(jìn)行分析和印證。 關(guān)鍵詞：容積測量 廣播星歷 精密星歷 基線解算網(wǎng)平差 Abstract: in this paper, large control network for volumetric measurement of a large lake in Western layout, using the precise ephemeris and the

2、 broadcast ephemeris two ephemeris, using computer software and different schemes of GPS control network data processing solutions of different, results were analyzed and verified. Keywords: volumetric measurementbroadcast ephemerisprecise ephemerisbaseline solutionnet adjustment 中圖分類號：O374 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

3、文章編號： 概述 容積是湖泊的重要形態(tài)特征，屬于重要的基本國情信息，近年來由于青海湖地區(qū)降雨量偏少，徑流量偏枯，導(dǎo)致湖泊、沼澤、濕地面積銳減，草場退化，沙漠化日趨嚴(yán)重，水資源及生態(tài)環(huán)境都發(fā)生了很大變化；中科院南京湖泊所2009年對青海湖進(jìn)行了測量，隨著青海湖流域生態(tài)環(huán)境保護(hù)與綜合治理規(guī)劃方案的實施，有必要對青海湖湖面面積、庫容及水量進(jìn)行準(zhǔn)確的測量，全面了解掌握湖泊形態(tài)特征，因此開展青海湖水下地形測量，獲取較為全面、系統(tǒng)和準(zhǔn)確的容積資料，為青海湖流域生態(tài)環(huán)境保護(hù)與綜合治理規(guī)劃的實施，保護(hù)和恢復(fù)流域內(nèi)林草植被，遏制土地退化的趨勢，維護(hù)青海湖流域濕地、草原、森林、野生動物構(gòu)成的高寒生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定，特

4、別是青海湖生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定，增強水土保持等生態(tài)功能，為青海湖生態(tài)保護(hù)、開發(fā)利用、科學(xué)研究等工作提供科學(xué)依據(jù)，具有十分重要意義。 筆者單位承擔(dān)了本項目的測量勘測任務(wù)，按照技術(shù)要求在測區(qū)布設(shè)有C級GPS基本控制網(wǎng)?？刂凭W(wǎng)網(wǎng)點平面基準(zhǔn)采用CGCS2000（ITRF97，2000歷元）坐標(biāo)系，高程基準(zhǔn)采用1985國家高程基準(zhǔn)。 2 GPS控制網(wǎng)的建立 根據(jù)設(shè)計的要求，在測區(qū)范圍內(nèi)布設(shè)8個GPS點（如圖1），其中GODK、G175、IGL1三個點為具有CGCS2000的控制點，TIAN、XIAO、GODK、IGL1為具有水準(zhǔn)高程點。于2011年7月16日-7月16日外業(yè)隊員克服種種困難，共觀測了3個時段。

5、7月15日外業(yè)隊利用7臺GPS接收機觀測了兩個時段，同步時段長各為2個小時。7月16日利用3臺GPS接收機觀測了一個時段，同步時段長為1小時12分鐘。經(jīng)TEQC檢查，觀測質(zhì)量基本滿足設(shè)計要求。 圖1控制網(wǎng)點位示意圖 3 GPS控制網(wǎng)數(shù)據(jù)處理 3.1 數(shù)據(jù)處理方案 GPS網(wǎng)基線解算和網(wǎng)平差處理方案： 方案一：采用GAMIT軟件，利用精密星歷進(jìn)行基線處理，輸出基線解在GLOBK軟件平差軟件進(jìn)行網(wǎng)平差計算。 方案二：采用LGO利用廣播星歷進(jìn)行基線處理，輸出基線解在COSAGPS平差軟件進(jìn)行網(wǎng)平差計算。 3.2 數(shù)據(jù)處理方案一（精密星歷處理方案） 3.2.1軟件介紹 基線處理軟件采用美國麻省理工學(xué)院和

6、Scripps研究所共同研制的GAMIT軟件。該軟件是世界上最優(yōu)秀的GPS數(shù)據(jù)處理軟件之一。在利用精密星歷的情況下，基線解的相對精度能夠達(dá)到10-9左右，是世界上最優(yōu)秀的GPS軟件之一。我國A、B級GPS網(wǎng)的基線解算是采用該軟件進(jìn)行的。 3.2.2采用星歷 衛(wèi)星軌道的精度是影響GPS基線解算精度的重要因素之一，其對基線的影響可以較為精確地用下式給出： （5-1） 式中|Dr|為衛(wèi)星軌道的誤差，r為衛(wèi)星至測站的位置矢量，|Db|為基線矢量的誤差，b為兩站之間基線矢量。設(shè)r=22000km，b=100km，如|Dr|=20m，則星歷誤差對基線解算在最不利的情況下影響為2.2cm。由此可見，提高衛(wèi)星

7、軌道的精度是保證GPS相對定位精度的關(guān)鍵之一。 該控制網(wǎng)的處理，采用IGS精密星歷，其軌道精度達(dá)到0.05m。在這種情況下，如控制網(wǎng)中的邊長為100km，星歷對基線解算在最不利的情況下影響也不超過0.1mm。 3.2.3坐標(biāo)框架與歷元 在GPS精密相對定位數(shù)據(jù)處理中，定位的基準(zhǔn)是由衛(wèi)星星歷和基準(zhǔn)站坐標(biāo)共同給出的。為了確定在嚴(yán)格基準(zhǔn)下的控制網(wǎng)地心坐標(biāo)，必須將控制網(wǎng)納入到ITRF參考框架中。因此有必要在處理時加上在ITRF參考框架中測站坐標(biāo)已知的全球站數(shù)據(jù)一起處理。另外，由于精密星歷提供的衛(wèi)星坐標(biāo)是瞬時的，相應(yīng)地面基準(zhǔn)站坐標(biāo)也應(yīng)是瞬時的。本網(wǎng)采用是觀測期間所對應(yīng)的框架與瞬時歷元。 3.2.4起算坐

8、標(biāo) 基線解算中，起算點（基準(zhǔn)站）的精度將影響基線的精度。單點定位所得坐標(biāo)的精度很差，約在20m左右，不能作為起算點。由此可見，很有必要引進(jìn)高精度的GPS基準(zhǔn)點。對于框架網(wǎng)，引入的全球跟蹤站為：WUHN（武漢）、BJFS（北京房山）、LAHZ(拉薩)、KUNM(昆明)等，將這些IGS站與GODK站點進(jìn)行聯(lián)測，得到GODK精準(zhǔn)的ITRF2005框架坐標(biāo)，并將此坐標(biāo)作為控制網(wǎng)解算的起始坐標(biāo)。 3.2.5基線解算的主要模型和參數(shù) 基線的解算以同步時段為單位進(jìn)行，每個時段求解時，主要考慮如下因素： 衛(wèi)星鐘差的模型改正（用廣播星歷中的鐘差參數(shù)）； 接收機鐘差的模型改正（用根據(jù)偽距觀測值計算出的鐘差）； 電

9、離層折射影響用LC觀測值消除； 對流層折射根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)大氣模型用薩斯坦莫寧（Saastamoinen）模型改正，采用分段線形的方法估算折射量偏差數(shù)； 衛(wèi)星和接收機天線相位中心改正，接收機天線L1、L2相位中心偏差采用GAMIT軟件的設(shè)定值； 測站位置的潮汐改正； 截止高度角為15度，歷元間隔為15秒； 不考慮衛(wèi)星軌道誤差，即固定IGS軌道。 3.2.6 GPS基線檢核 重復(fù)基線 各時段向量的重復(fù)性反映了基線解的內(nèi)部精度，是衡量基線解質(zhì)量的一個重要指標(biāo)。其定義為： （5-2） 式中：Ci是各時段解基線的各分量，i2是相應(yīng)分量的協(xié)方差，C為相應(yīng)基線分量的加權(quán)平均值，R為相應(yīng)的重復(fù)性。 重復(fù)精度也可用固定誤差和比例誤差兩部分表示，即 =a+bl 式中：為分量的中誤差，a為分量的固定誤差，b為相對誤差，l為分量的長度。 該網(wǎng)有16條重