南京市国土资源局建成高精度C级GPS基础控制网报告

南京市国土资源局建成高精度C级GPS基础控制网报告简介： 南京市国土资源信息中心采用GPS定位技术建立C级控制网，满足RTK测量基站的需求，通过水准联测，建立统一高程基准，进行精化大地水准面计算，实现RTK直接测量高程。本文主要介绍了布网过程和布网精度等情况。关键字：高精度 C级 GPS 控制网 1 引言 南京市是江苏省的省会城市，地处经济发达的长三角地区， 93年为开展镇地籍调查，在城区900平方公里范围内布设了220个D级GPS 点作为首级控制，1998年为开展村庄地籍调查又在市区和市郊加密了167个D级GPS 点控制点，为南京市地籍测绘提供了可靠的基础控制。2003年我们对全市GPS点进行了全面普查，发现有30%点被破坏，20%点因周围建筑物的遮挡不能再使用。我们还对93、98年布设的GPS成果进行了分析，认为原成果分批施测，精度不一，尤其高程精度不能满足日常地形测量和一般工程测量的要求；原成果也没有保留GPS在WGS-84坐标系中的坐标，已不能满足当前RTK快速定位的需求；还有水准网也需要定期复测。通过普查、分析，原有控制点不能直接作为RTK测量时的基准站、原水准点在精度上和数量上已经难以适应城市高精度工程建设的需要 为此，南京市国土资源信息中心决定在全市布设高精度的C级GPS基础控制网，一是满足现在RTK 测量时作基站，二是建立了南京市统一的地心坐标框架为将来建立差分站作必要的准备，三是通过水准复测，建立统一高程基准，进行精化大地水准面计算，达到用RTK测定地形高程点，满足精密工程测量的需要。 由于南京市地籍坐标系与南京地方坐标系是不同的坐标系统，土地部门在进行建设用地拨地勘测定界测量时经常需要根据规划部门提供的图件和设计要点进行用地定界，为此需要建立两个不同坐标系之间的转换模型，进行坐标换算。为了将来信息共享，为其他行业提供控制基准，必须建立南京地籍坐标与北京54坐标系、国家80坐标标系、WGS-84坐标系、南京地方坐标之间的转换关系，通过建立C级GPS网，求得它们之间的转换参数 2 布网 2.1作业依据 （1）全球定位系统（GPS）测量规范GB/T 18314-2001； （2）全球定位系统城市测量技术规程CJJ 73-97； （3）测绘产品检查验收规定CH1002-95； （4）国家一、二等水准测量规范 (GB12897-91)； （5）南京市国土资源C级GPS基础控制网技术设计书 2.2布点情况 南京市城市GPS基础控制网范围为南京市城区、经济开发区及下属部分区县，位置为东经1183411905；北纬31503213，面积约1200平方公里。包括：GPS框架网7个点，C级GPS网53个点及水准网路线长度为357.6公里，点数88点, 电磁波测距高程联测14个点组成。 2.3 GPS观测 GPS框架网采用7台Ashtech 双频GPS接收机，其中，扼径圈天线3台，大地型双频天线4台，于2004年3月15日16日观测，有效观测时间23小时，观测时段数为1个，卫星高度角15度，采样间隔为30秒。 C级GPS网采用10台Ashtech 双频GPS接收机，按常规静态作业方式，6台或7台以上仪器组成同步图形进行作业。同步环和同步环之间采用边连接。于2004年2月28日至3月19日进行观测。有效观测时间6小时，观测时段数为1个，卫星高度角为15度，采样间隔为15秒。 2.4水准观测 水准路线总长度为357.6公里，总点数88个, 电磁波测距高程联测14点。其中，二等水准路线长度为284.9公里，点数66个；三等水准路线长度为72.7公里，三等水准直接联测至GPS点有9个。 水准观测使用蔡司Ni002和Ni002A自平水准仪5台，线条式因瓦标尺5套。电磁波高程导线使用全站仪、温度计、气压计各两套,所用全站仪测距精度达到II级测距仪精度标准，测角精度达到J2经纬仪精度标准。 3 数据处理 3.1参考基准 （1）高斯平面坐标：1980西安坐标系、1954年北京坐标系、南京市地方坐标系及南京市地籍坐标系； （2）地心坐标系：ITRF97参考框架、参考历元为2000.0； （3）高程系统：1985国家高程基准； （4）重力系统：2000国家重力基本网。 3.2解算软件 （1）GPS基线解算：美国麻省理工学院（MIT）的GAMIT软件； （2）GPS网平差：美国麻省理工学院（MIT）的GLOBK软件； （3）水准网平差：国家测绘局大地测量数据处理中心研制的“国家水准网平差软件”； （4）坐标转换：国家测绘局大地测量数据处理中心研制的“坐标系统转换软件”。 3.3起算数据 （1）GPS框架网：以2000国家GPS大地控制网点为起算； （2）GPS C级网：以GPS框架网点为起算； （3）水准网：国家第二期一等水准网复测平差成果； （4）坐标转换：以全国天文大地网点成果（国家测绘资料档案馆大地测量分馆）和南京地方坐标。 3.4基线解算基线解算采用基准站技术，即GPS连续运行站+测区观测数据。同时，采用Auto Clean周跳自动修复技术，进行周跳剔除与修复，以获取精确的基线解算结果。最后，使用干净的双差相位数据进行定位，从而可以获得高精度的基线处理结果。即： 主要误差改正有：卫星钟差改正、接收机钟差改正、电离层改正、对流层延迟改正、测站固体潮汐改正、卫星天线相位中心偏差改正、接收机天线相位中心偏差改正、接收机天线相位中心变化改正及卫星偏航姿态改正。3.5基线精度统计框架网相邻GPS点基线水平分量测量的精度小于4mm；相邻点间基线垂直分量测量的精度小于5mm。 注：N为南北方向，E为东西方向，U为高程方向。3.6 GPS网平差南京市城市GPS基础控制网在ITRF框架下、WGS-84椭球上进行平差，参考框架为ITRF97，参考历元为2000.0。首先在GPS跟踪站的控制下，进行框架网的平差；然后在框架网和2000国家GPS大地网的控制下，进行C级GPS网的平差。对参加整体平差的17个同步环数据进行了2检验，最小值为0.563，最大值为9.193，平均值为3.224，2检验小于10占100%，全部数据参与整体平差。3.7三维平差在ITRF97框架下，参考历元为2000.0，先固定所选取的GPS跟踪站，做三维约束平差，求出框架网点坐标；再把GPS跟踪站和框架网点固定，做三维约束平差，求出C级GPS网点坐标。其平差结果精度统计见下表： 由上述表格可知，GPS框架网点坐标水平方向精度优于3mm，高程方向精度优于4mm，基线相对中误差平均值为6.2410-8，最大值为1.2610-7；GPS C级网水平方向精度优于1.5cm，高程方向精度优于2cm，基线相对中误差平均值为1.2410-7，最大值为2.0310-6，最弱点为C015（西滩排灌站）。 4 坐标转换 通过GLOBK平差后即可得到WGS-84系的高精度三维地心坐标，而实际工作中使用的1980西安坐标系坐标、1954年北京坐标及地方坐标，南京地籍坐标必须通过坐标转换，或者在1980西安坐标系和1954年北京坐标系下平差后才能得到。南京市城市GPS基础控制网的1980西安坐标、1954年北京坐标及南京地方坐标成果采用重合点参数转换的方法获取。 坐标转换采用二维转换模型。 （1）WGS-84转换为1980西安坐标； （2）WGS-84转换为1954年北京坐标； （3）WGS-84转换为南京地方坐标。 （4）WGS-84转换为南京地籍坐标 5 结论 GPS框架网点坐标水平方向精度优于3mm，高程方向精度优于4mm， GPS C级网水平方向精度优于1.5cm，高程方向精度优于2cm， 水准网平差后每测站中误差为0.23mm，平差后每公里中误差为0.84mm。达到布网设计要求，并建立了南京市统一的地心坐标框架和统一高程基准，为精化南京市区域大地水准面打下了良好的基础。2004年6月2日，南京市国土资源信息中心邀请专家组成验收组对“南京市国土资源局C级GPS基础控制网”成果进行检查验收，认定该成果技术设计方案科学，手段先进，外业选点、埋石、观测符合规范