基于gps数据的高精度工程控制网平差计算

基于gps数据的高精度工程控制网平差计算

一、游平原地带南京长江三桥位于南京市雨花台区洪胜关，东行11838，西行3157。测区地处长江下游平原地带,平均高程约11m。该特大桥首级平面控制网作为跨江斜拉桥的专用控制网,既要为勘察设计阶段服务,又要为工程施工期的放样和运营期的变形监测服务,桥位跨江宽度约1.8km,共计布设12点,江南、江北各6点(见图1),主要采用GPS接收机、DI2002测距仪观测。二、android双频双频农业同步南京长江三桥首级GPS平面控制网采用5台JAVAD双频双星接收机观测,共9个有效同步时段,每个同步时段的同步时间在120min以上。1.双差测距解算基线处理软件采用美国麻省理工学院和Scripps研究所共同研制的GAMIT(Ver10.05)软件。该软件是采用双差观测值解算,可以解算地面站的3维坐标和对空中飞行物定轨。在利用精密星历的情况下,基线解的相对精度能够达到10-9左右,是世界上最优秀的GPS软件之一。2.gps相对定位精度卫星轨道的精度也是影响GPS基线解算精度的重要因素之一,其对基线的影响可以定为式中,|Δr|为卫星轨道的误差,r为卫星至测站的位置矢量,|Δb|为基线矢量的误差,b为两站之间基线矢量。由上式可知,要达到10-8的相对定位精度,要求卫星轨道精度优于±2m。由此可见,提高卫星轨道的精度是保证GPS相对定位精度的关键之一。该控制网的处理,采用IGS精密星历,其轨道精度达到±0.05m。若控基线边长为100km,根据式(1)计算可得星历对基线解算在最不利的情况下影响也不超过±0.2mm。3.控制网基线处理在GPS精密相对定位数据处理中,定位的基准是由卫星星历和基准站坐标共同给出的。为了确定在严格基准下的控制网地心坐标,必须将控制网纳入到ITRF参考框架中。因此有必要在处理时加上在ITRF参考框架中已知测站坐标的全球站数据一起处理。另外,由于精密星历提供的卫星坐标是瞬时的,相应地面基准站坐标也应是瞬时的。该控制网基线处理采用的框架与历元为观测期间IGS事后精密星历所对应的框架、瞬时历元。选取的IGS全球站为WUHN(武汉)、BJFS(北京)、SHAO(上海)。4.基线长度基准基线解算中,起算点(基准站)的精度将影响基线的精度。起算点对基线解算的最大影响可以用式(2)表示δS=0.60×10-4×D×δΧ1(2)式中,δS为对基线的影响,D为基线的长度,δX1为起算坐标的误差。令起算坐标的误差为±20cm,如基线的长度为100km,则起算坐标对其影响为±1.2mm。而单点定位所得坐标的精度很差,大约在20m左右,不能作为起算点。由此可见,很有必要引进高精度的GPS基准点。为了获得高精度的GPS坐标,引入全球永久跟踪站作为GPS控制网的基准,选取的跟踪站为:WUHN(武汉)、BJFS(北京)、SHAO(上海)。该控制网采用的框架与历元为观测期间IGS事后精密星历所对应的框架、瞬时历元,即框架为ITRF97、历元为2001.795。5.模型调整和模型修正每个时段求解时,主要考虑如下因素:1.卫星钟差的模型改正(用广播星历中的钟差参数);2.接收机钟差的模型改正(用根据伪距观测值计算出的钟差);3.电离层折射影响用LC观测值消除;4.对流层折射根据标准大气模型用萨斯坦莫宁(Saastamoinen)模型改正,采用分段线性的方法估算折射量偏差参数,每两个小时估计一个参数;5.卫星和接收机天线相位中心改正,接收机天线L1,L2相位中心偏差采用GAMIT软件的设定值;6.此后，高度角为15，历元间隔为15s三、3gps分析软件对GPS基线的重复基线、同步环、异步环进行检核,均满足相应技术规范要求后,进行平差计算。3维平差所用软件为武汉大学GPS工程研究中心开发的PowerNET3.0高精度GPS网分析软件。该软件已通过鉴定,并已用于包括国家GPSA,B级网等多个高精度GPS网的整体平差与变形分析。3维约束平差时,固定WUHN(武汉)、SHAO(上海)在ITRF97框架、2001.795历元下的坐标进行平差,得到各点坐标。平差结果显示,该控制网平面精度大约在±7mm,高程精度大约在±10mm。由此可见,南京长江三桥整网的平差精度,各点的地心坐标精度均较高。四、2年号型的双维约束南京三桥首级网的3套平面成果平差软件均为PowerADJ软件,不过在与地面数据进行联合平差中,对原版本中的缺陷进行了改进,使该工程网平差能顺利进行。DI2002测距边在参与平差前,进行了投影面的改化,使之能与相应平差坐标系相匹配。桥轴线上的NT01,NT02已同3个国家二等三角点联测,利用NT01,NT02两点的1954年北京坐标系成果,对首级施工控制网进行2维约束平差,以提供第一套BJ1954坐标系成果。另外将NT01,NT02的BJ54成果换带计算到南京三桥抵偿坐标系中(中央子午118°38′),然后进行2维约束平差,以提供第2套南京三桥抵偿坐标系成果。南京长江三桥桥轴坐标系是以NT01(1000,1000),NT01-NT02方位角为180°,固定NT01点,同时加入NT07-NT01-NT02-NT084点共线条件,同时将所测的13条DI2002测距边纳入全网进行平差求得,边长投影到黄海高程47m平面上,以提供第3套成果,即南京长江三桥桥轴坐标系成果。五、成功统计南京长江三桥首级平面控制网精度统计情况见表1。六、数据处理功能南京长江三桥首级GPS平面控制测量,首次在高精度工程控制网中将多种常规测量数据与GPS数据联合平差计算,