张国光
东莞市茶山镇测绘队 广东东莞 523000
摘要：本文主要针对GPS控制网的布设展开了探讨，通过结合具体的工程实例，对控制网布设的方案作了详细的阐述，系统分析了控制网的实施及精度，并给出了GPS控制网布设技术的指导性建议，以期能为有关方面的需要提供参考借鉴。
关键词：GPS控制网；布设；探讨
近年来，GPS技术被广泛应用到测量领域，已成为了现代测绘工程建设项目中一项非常重要的技术进步。而随着GPS测量技术的迅速发展及其在测绘领域的广泛应用，GPS控制网的布设也越来越受到了重视。因此，做好GPS控制网的布设，应用好相应的技术，将会促进GPS控制网的进一步发展。
1 控制网布设方案
建立一个覆盖全域的高精度基础控制网，并为“数字城市”的构建国土连续运行参考站系统及的建立提供技术支撑和保障是“某市国土C级GPS控制网”布设的主旨。
项目的平面坐标系统选择123°为中央子午线，采用高斯正形投影的国家统一3°和6°带的平面直角坐标系统，要求其边长投影变形值小于2.5cm/km（1∶4×104）。
根据需求确定提交国家坐标系两套成果；高程系统为：1985国家高程基准。网中相邻最弱点点位中误差应≤±5cm，最弱边相对中误差≤1/（12×104）。
根据测区控制要求，这一Ｃ级GPS控制网共布设69个GPS基础框架网点，采用边连接形式多边形布网。点位的选和埋严格执行《全球定位系统（GPS）测量规范》标准。点位分布见图1。该控制网的平均边长为17.276km，最长边为36.314km，最短边为7.755km；边长长度符合国家GPS规范要求。构成异步环的基线边不超过6条，估算的基线测量中误差允许值σ＝34.9mm。
依据国家《全球定位系统（GPS）测量规范》《全球导航卫星系统参考站网建设规范》《城市测量规范》和《卫星定位城市测量技术规范》，确定该网的主要技术指标及精度要求。
控制网的布设按国家规范关于C级GPS控制网的布设的有关要求，以及《全球定位系统城市测量技术规程》中的ＩＩ级网的相关技术参数指标要求进行。
相关技术参数具体要求为：
（1）相邻点基线分量中误差水平分量10mm，垂直分量20mm；
（2）相邻点间平均距离20km；
（3）a≤5mm；
（4）b≤2×10－6；
（5）最弱边相对中误差1/（12×104）；
（6）闭合环或符合线路的边数6条。
闭合环指的是GPS网最简单异步观测环。
图1 C级GPS平面控制网略图
GPS网相邻点间基线长度精度按下式计算
σ2＝a2＋（bD）2 （1）
式中：a为固定误差，mm；b为比例误差系数，mm/km；D为相邻点间距离，km。
GPS测量作业的基本技术要求：等级C，卫星截止高度角≥15°，同时观测有效卫星数≥4，有效观测卫星总数≥6，观测时段数≥2，时段长≥4h，采样间隔10～30ｓ，PDOP值＜6。
2 控制网实施及精度分析
2.1 GPS外业数据采集
（1）GPS控制网测量野外数据采集使用20台双频GPS接收机，布设6个同步环，按相对静态测量方式完成。观测严格按《全球定位系统（GPS）测量规范》及设计要求进行。
（2）每天外业观测完毕后，及时进行基线处理，计算同步环路闭合精度，评定GPS数据质量，以便制定第二天的工作计划。
（3）点位不符合GPS测量要求而造成一个测站多次重测仍不能满足各项限差的技术规定时（如测站靠近微波，高压线路等），可要求另增选新点重测。另外，对无论何种原因造成一个控制点不能与两条合格独立基线相连接，则在该点上补测或重测不得少于一条独立基线。
2.2 基线解算
控制网的基线向量解算采用南方公司随机GPS数据处理软件，解算时采用精密星历。为保证基线解算质量，基线解算时进行了规定：
（1）将所有的原始观测数据转换成标准格式后，再进行基线处理。基线解算采用双差固定解，同一时段观测值的数据剔除率不宜大于20％。
（2）求解所有同步基线，并进行同步环的数据检验工作，以验证外业数据的正确性和可靠性。采用同一数学模型解算的基线，网中任何一个三边构成的同步环环闭合差应满足
（5）在数据检验中，当重复基线、同步环、异步环或符合路线中的基线闭合差超限时，舍弃基线，重新构成异步环；所含异步环基线数要符合规范中闭合边数≤6条的规定，且闭合差符合规范的相关规定；否则进行重测。
2.3 基线精度分析
全网基线解算后，对经检查分析找出的闭合差超限的网中少部分异步环，采用改变基线解算方向办法进行重新解算和重测等处理。并对有些误差接近限差的基线重新进行解算：或对多条重复基线进行选择，或对个别基线进行剔除，再组成异步环计算其闭合差。取得比较好的异步环闭合差后，选择基线各项闭合差都在规范规定的限差之内且精度较高的基线参与平差计算。平差选用的基线各项闭合差精度分析统计见表1。由分析统计数据结果可知，控制网外业观测数据质量良好。
表1 基线各项闭合差精度情况分析统计表
3 GPS网平差处理
3.1 WGS－84坐标系统下三维无约束平差及精度分析
以通过各项质量检验符合要求的合格基线组成闭合图形，以三维基线向量及其相应的方差协方差阵作为观测信息，以一个点的WGS－84系三维坐标作为起算依据，进行GPS网的无约束平差。无约束平差中基线分量的改正数绝对值应满足
vΔx≤3σs vΔy≤3σs vΔz≤3σs （7）
无约束平差后可得到各点在WGS－84系下的三维坐标，以及各基线向量、改正数和精度信息。项目的基线向量改正数精度分析统计见表2。基线边长相对精度分析统计：最高精度为1∶584×104，对应基线C0042251～白音花2251；最低精度为1∶102×104，对应基线C005221～东梁221。
表2 基线向量改正数精度分析统计表
分析统计数据表明，GPS控制网内精度良好，满足规范及设计要求。
3.2 GPS控制网的二维约束平差及精度分析
对通过无约束平差后的观测值进行二维约束平差。通过多种方案的计算对比，选定既满足数量要求又互相兼容的国家控制点进行最后约束平差。
约束平差中，基线分量的改正数与剔除粗差后的无约束平差结果的同一基线相应的改正数较差的绝对值应满足
dvΔx≤2σs dvΔy≤2σs dvΔz≤2σs （8）
4 1980与2000坐标系统成果转化
二维约束平差后，得到各控制点在相应坐标系统中的二维坐标、基线向量改正数、基线边长、方位角、转换参数及精度等信息。项目精度分析统计见表3。
表3 高斯平面上的最弱点点位中误差及最弱边边长相对中误差分析统计表
表3数据表明，某市新建坐标系转换精度远高于规范中的精度指标要求。控制网建设的精度良好，满足国家规范要求。为了检验两套平差成果的转换精度，根据本项目约束平差所用的4个已知点，按以下公式求解坐标系的7参数
5 结论与建议
5.1 结论
（1）“C级GPS控制网”布设，从点位普查、选点、埋石、外业数据采集到数据处理，均符合规范及设计要求。二维约束平差后，其最弱点点位中误差及最弱边边长相对中误差精度均高于规范中的指标。项目建设符合设计要求，满足了国土资源管理的需要。
（2）成果已成功应用于地区CORS及“数字城市”建设工作中，并应用于区域河流治理的水利工程建设等，在测绘生产实践及国民经济建设中发挥了重要作用。
（3）与经典大地控制测量相比，控制网受外界客观环境及气候条件影响小，具有效率高、成本低、精度高等特点，在国土测绘及城市测量应用中具有广阔前景。
5.2 建议
（1）C级GPS控制网的内符合精度较高。由于某市的三角点精度较低，能够利用的已知成果较少，建议时机成熟时，可将控制网与国家Ｂ级GPS网联测，或待全省C级GPS网建设后，与全省C级GPS网联测并联合平差，以获取各点更准确的成果数据。
（2）设网区域没有进行似大地水准面精化工作，C级GPS网的布设，主要立足于满足地区国土资源管理的需求，未考虑高程的需求。建议在完成大地水准面精化工作后，对施测的GPS网进行水准联测，对观测数据进行三维约束平差，以获取各点在相应坐标系统中精确的三维坐标数据。
6 结语
综上所述，随着GPS技术的广泛应用，GPS控制网的布设也得到了越来越重要的重视。但是控制网的布设还是存在着有一定的难度，需要我们采取有效的布设技术以进行科学合理的布设施工，从而为GPS控制网的布设带来帮助。
参考文献：
[1]王玉洁.GPS控制网的布设原则及优化设计探讨[J].科学之友.2010（19）.
[2]景琦、程增杰、张月华.新型GPS控制网布设及应用[J].全球定位系统.2012（04）
论文作者:张国光
论文发表刊物:《基层建设》2015年23期供稿
论文发表时间:2016/3/30
标签：基线论文; 精度论文; 误差论文; 测量论文; 正数论文; 边长论文; 坐标论文; 《基层建设》2015年23期供稿论文;