基于gps數(shù)據(jù)的高精度工程控制網(wǎng)平差計(jì)算

基于gps數(shù)據(jù)的高精度工程控制網(wǎng)平差計(jì)算

一、游平原地帶南京長(zhǎng)江三橋位于南京市雨花臺(tái)區(qū)洪勝關(guān)，東行11838，西行3157。測(cè)區(qū)地處長(zhǎng)江下游平原地帶,平均高程約11m。該特大橋首級(jí)平面控制網(wǎng)作為跨江斜拉橋的專用控制網(wǎng),既要為勘察設(shè)計(jì)階段服務(wù),又要為工程施工期的放樣和運(yùn)營(yíng)期的變形監(jiān)測(cè)服務(wù),橋位跨江寬度約1.8km,共計(jì)布設(shè)12點(diǎn),江南、江北各6點(diǎn)(見圖1),主要采用GPS接收機(jī)、DI2002測(cè)距儀觀測(cè)。二、android雙頻雙頻農(nóng)業(yè)同步南京長(zhǎng)江三橋首級(jí)GPS平面控制網(wǎng)采用5臺(tái)JAVAD雙頻雙星接收機(jī)觀測(cè),共9個(gè)有效同步時(shí)段,每個(gè)同步時(shí)段的同步時(shí)間在120min以上。1.雙差測(cè)距解算基線處理軟件采用美國(guó)麻省理工學(xué)院和Scripps研究所共同研制的GAMIT(Ver10.05)軟件。該軟件是采用雙差觀測(cè)值解算,可以解算地面站的3維坐標(biāo)和對(duì)空中飛行物定軌。在利用精密星歷的情況下,基線解的相對(duì)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。2.gps相對(duì)定位精度衛(wèi)星軌道的精度也是影響GPS基線解算精度的重要因素之一,其對(duì)基線的影響可以定為式中,|Δr|為衛(wèi)星軌道的誤差,r為衛(wèi)星至測(cè)站的位置矢量,|Δb|為基線矢量的誤差,b為兩站之間基線矢量。由上式可知,要達(dá)到10-8的相對(duì)定位精度,要求衛(wèi)星軌道精度優(yōu)于±2m。由此可見,提高衛(wèi)星軌道的精度是保證GPS相對(duì)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。若控基線邊長(zhǎng)為100km,根據(jù)式(1)計(jì)算可得星歷對(duì)基線解算在最不利的情況下影響也不超過(guò)±0.2mm。3.控制網(wǎng)基線處理在GPS精密相對(duì)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(shí)加上在ITRF參考框架中已知測(cè)站坐標(biāo)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(shí)的,相應(yīng)地面基準(zhǔn)站坐標(biāo)也應(yīng)是瞬時(shí)的。該控制網(wǎng)基線處理采用的框架與歷元為觀測(cè)期間IGS事后精密星歷所對(duì)應(yīng)的框架、瞬時(shí)歷元。選取的IGS全球站為WUHN(武漢)、BJFS(北京)、SHAO(上海)。4.基線長(zhǎng)度基準(zhǔn)基線解算中,起算點(diǎn)(基準(zhǔn)站)的精度將影響基線的精度。起算點(diǎn)對(duì)基線解算的最大影響可以用式(2)表示δS=0.60×10-4×D×δΧ1(2)式中,δS為對(duì)基線的影響,D為基線的長(zhǎng)度,δX1為起算坐標(biāo)的誤差。令起算坐標(biāo)的誤差為±20cm,如基線的長(zhǎng)度為100km,則起算坐標(biāo)對(duì)其影響為±1.2mm。而單點(diǎn)定位所得坐標(biāo)的精度很差,大約在20m左右,不能作為起算點(diǎn)。由此可見,很有必要引進(jìn)高精度的GPS基準(zhǔn)點(diǎn)。為了獲得高精度的GPS坐標(biāo),引入全球永久跟蹤站作為GPS控制網(wǎng)的基準(zhǔn),選取的跟蹤站為:WUHN(武漢)、BJFS(北京)、SHAO(上海)。該控制網(wǎng)采用的框架與歷元為觀測(cè)期間IGS事后精密星歷所對(duì)應(yīng)的框架、瞬時(shí)歷元,即框架為ITRF97、歷元為2001.795。5.模型調(diào)整和模型修正每個(gè)時(shí)段求解時(shí),主要考慮如下因素:1.衛(wèi)星鐘差的模型改正(用廣播星歷中的鐘差參數(shù));2.接收機(jī)鐘差的模型改正(用根據(jù)偽距觀測(cè)值計(jì)算出的鐘差);3.電離層折射影響用LC觀測(cè)值消除;4.對(duì)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,采用分段線性的方法估算折射量偏差參數(shù),每?jī)蓚€(gè)小時(shí)估計(jì)一個(gè)參數(shù);5.衛(wèi)星和接收機(jī)天線相位中心改正,接收機(jī)天線L1,L2相位中心偏差采用GAMIT軟件的設(shè)定值;6.此后，高度角為15，歷元間隔為15s三、3gps分析軟件對(duì)GPS基線的重復(fù)基線、同步環(huán)、異步環(huán)進(jìn)行檢核,均滿足相應(yīng)技術(shù)規(guī)范要求后,進(jìn)行平差計(jì)算。3維平差所用軟件為武漢大學(xué)GPS工程研究中心開發(fā)的PowerNET3.0高精度GPS網(wǎng)分析軟件。該軟件已通過(guò)鑒定,并已用于包括國(guó)家GPSA,B級(jí)網(wǎng)等多個(gè)高精度GPS網(wǎng)的整體平差與變形分析。3維約束平差時(shí),固定WUHN(武漢)、SHAO(上海)在ITRF97框架、2001.795歷元下的坐標(biāo)進(jìn)行平差,得到各點(diǎn)坐標(biāo)。平差結(jié)果顯示,該控制網(wǎng)平面精度大約在±7mm,高程精度大約在±10mm。由此可見,南京長(zhǎng)江三橋整網(wǎng)的平差精度,各點(diǎn)的地心坐標(biāo)精度均較高。四、2年號(hào)型的雙維約束南京三橋首級(jí)網(wǎng)的3套平面成果平差軟件均為PowerADJ軟件,不過(guò)在與地面數(shù)據(jù)進(jìn)行聯(lián)合平差中,對(duì)原版本中的缺陷進(jìn)行了改進(jìn),使該工程網(wǎng)平差能順利進(jìn)行。DI2002測(cè)距邊在參與平差前,進(jìn)行了投影面的改化,使之能與相應(yīng)平差坐標(biāo)系相匹配。橋軸線上的NT01,NT02已同3個(gè)國(guó)家二等三角點(diǎn)聯(lián)測(cè),利用NT01,NT02兩點(diǎn)的1954年北京坐標(biāo)系成果,對(duì)首級(jí)施工控制網(wǎng)進(jìn)行2維約束平差,以提供第一套BJ1954坐標(biāo)系成果。另外將NT01,NT02的BJ54成果換帶計(jì)算到南京三橋抵償坐標(biāo)系中(中央子午118°38′),然后進(jìn)行2維約束平差,以提供第2套南京三橋抵償坐標(biāo)系成果。南京長(zhǎng)江三橋橋軸坐標(biāo)系是以NT01(1000,1000),NT01-NT02方位角為180°,固定NT01點(diǎn),同時(shí)加入NT07-NT01-NT02-NT084點(diǎn)共線條件,同時(shí)將所測(cè)的13條DI2002測(cè)距邊納入全網(wǎng)進(jìn)行平差求得,邊長(zhǎng)投影到黃海高程47m平面上,以提供第3套成果,即南京長(zhǎng)江三橋橋軸坐標(biāo)系成果。五、成功統(tǒng)計(jì)南京長(zhǎng)江三橋首級(jí)平面控制網(wǎng)精度統(tǒng)計(jì)情況見表1。六、數(shù)據(jù)處理功能南京長(zhǎng)江三橋首級(jí)GPS平面控制測(cè)量,首次在高精度工程控制網(wǎng)中將多種常規(guī)測(cè)量數(shù)據(jù)與GPS數(shù)據(jù)聯(lián)合平差計(jì)算,