1、西部特大型湖泊容积测量 GPS 网数据处理方案摘要：本文针对西部某特大型湖泊的容积测量布设的大型控制网，采用精密星历和广播星历两种星历，运用不同的解算软件和不同的方案进行 GPS 控制网数据处理，结果进行分析和印证。 关键词：容积测量 广播星历 精密星历 基线解算网平差 Abstract: in this paper, large control network for volumetric measurement of a large lake in Western layout, using the precise ephemeris and the broadcast ephemeris
2、 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 中图分类号：K928.43 文献标识码：A 文章编号： 概述 容积是湖泊的重要
3、形态特征，属于重要的基本国情信息，青海湖为西部特大型湖泊，近年来由于青海湖地区降雨量偏少，径流量偏枯，导致湖泊、沼泽、湿地面积锐减，草场退化，沙漠化日趋严重，水资源及生态环境都发生了很大变化；中科院南京湖泊所 2009 年对青海湖进行了测量，随着青海湖流域生态环境保护与综合治理规划方案的实施，有必要对青海湖湖面面积、库容及水量进行准确的测量，全面了解掌握湖泊形态特征，因此开展青海湖水下地形测量，获取较为全面、系统和准确的容积资料，为青海湖流域生态环境保护与综合治理规划的实施，保护和恢复流域内林草植被，遏制土地退化的趋势，维护青海湖流域湿地、草原、森林、野生动物构成的高寒生态系统的稳定，特别是青
4、海湖生态系统的稳定，增强水土保持等生态功能，为青海湖生态保护、开发利用、科学研究等工作提供科学依据，具有十分重要意义。 笔者单位承担了本项目的测量勘测任务，按照技术要求在测区布设有 C 级 GPS 基本控制网。控制网网点平面基准采用CGCS2000（ITRF97，2000 历元）坐标系，高程基准采用 1985 国家高程基准。 2 GPS 控制网的建立 根据设计的要求，在测区范围内布设 8 个 GPS 点（如图 1） ，其中GODK、G175、IGL1 三个点为具有 CGCS2000 的控制点，TIAN、XIAO、GODK、IGL1 为具有水准高程点。于 2011 年 7 月 16 日-7 月1
5、6 日外业队员克服种种困难，共观测了 3 个时段。7 月 15 日外业队利用7 台 GPS 接收机观测了两个时段，同步时段长各为 2 个小时。7 月 16 日利用 3 台 GPS 接收机观测了一个时段，同步时段长为 1 小时 12 分钟。经TEQC 检查，观测质量基本满足设计要求。 图 1 控制网点位示意图 3 GPS 控制网数据处理 3.1 数据处理方案 GPS 网基线解算和网平差处理方案： 方案一：采用 GAMIT 软件，利用精密星历进行基线处理，输出基线解在 GLOBK 软件平差软件进行网平差计算。 方案二：采用 LGO 利用广播星历进行基线处理，输出基线解在COSAGPS 平差软件进行
6、网平差计算。 3.2 数据处理方案一（精密星历处理方案） 3.2.1 软件介绍 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 软件。该软件是世界上最优秀的 GPS 数据处理软件之一。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。我国 A、B 级 GPS 网的基线解算是采用该软件进行的。3.2.2 采用星历 卫星轨道的精度是影响 GPS 基线解算精度的重要因素之一，其对基线的影响可以较为精确地用下式给出： （5-1） 式中|r|为卫星轨道的误差，r 为卫星至测站的位置矢量，|b|为基线矢量的误差，b 为两站
7、之间基线矢量。设r=22000km，b=100km，如|r|=20m，则星历误差对基线解算在最不利的情况下影响为 2.2cm。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。在这种情况下，如控制网中的边长为 100km，星历对基线解算在最不利的情况下影响也不超过 0.1mm。 3.2.3 坐标框架与历元 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
8、中测站坐标已知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。本网采用是观测期间所对应的框架与瞬时历元。 3.2.4 起算坐标 基线解算中，起算点（基准站）的精度将影响基线的精度。单点定位所得坐标的精度很差，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。对于框架网，引入的全球跟踪站为：WUHN（武汉） 、BJFS（北京房山） 、LAHZ(拉萨)、KUNM(昆明)等，将这些IGS 站与 GODK 站点进行联测，得到 GODK 精准的 ITRF2005 框架坐标，并将此坐标作为控制网解算的起始坐标。 3.2.5
9、基线解算的主要模型和参数 基线的解算以同步时段为单位进行，每个时段求解时，主要考虑如下因素： 卫星钟差的模型改正（用广播星历中的钟差参数） ； 接收机钟差的模型改正（用根据伪距观测值计算出的钟差） ； 电离层折射影响用 LC 观测值消除； 对流层折射根据标准大气模型用萨斯坦莫宁（Saastamoinen）模型改正，采用分段线形的方法估算折射量偏差数； 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； 测站位置的潮汐改正； 截止高度角为 15 度，历元间隔为 15 秒； 不考虑卫星轨道误差，即固定 IGS 轨道。 3.2.6 GPS 基线检核 重
10、复基线 各时段向量的重复性反映了基线解的内部精度，是衡量基线解质量的一个重要指标。其定义为： （5-2） 式中：Ci 是各时段解基线的各分量，i2 是相应分量的协方差，C为相应基线分量的加权平均值，R 为相应的重复性。 重复精度也可用固定误差和比例误差两部分表示，即 =a+bl 式中： 为分量的中误差，a 为分量的固定误差，b 为相对误差，l为分量的长度。 该网有 16 条重复基线，整网的基线向量重复性如表 5-1 所示。从表中可知，基线分量重复性在南北方向上为 5.0m-2.0*10-8，在东西方向上为 0.9mm+14.6*10-8，垂直方向优于 14.5mm+10.6*10-8，基线长度方向为 1.2mm+10.8*10-8，基线处理的精度达到了项目技术设计的要求。
