GPS技術(shù)在恢復(fù)安縣控制網(wǎng)中的應(yīng)用

許 可

遼寧省城鄉(xiāng)建設(shè)規(guī)劃設(shè)計(jì)院，遼寧沈陽 100015

0 引言

2008 年的5.12 特大地震使綿陽市安縣成為地震的重災(zāi)區(qū)，人民群眾的生產(chǎn)生活受到了極大影響，在黨中央國務(wù)院關(guān)于災(zāi)后對口援建的指示下，遼寧省負(fù)責(zé)安縣的災(zāi)后重建。由于地震使全縣的各個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)受到了極大的毀壞，而災(zāi)后重建需要大比例尺數(shù)字地形圖作為依托。安縣原有的數(shù)字地形圖因?yàn)榇蟮卣饘?dǎo)致地形地貌發(fā)生改變而不能使用，在這種情況下重新制作地形圖成為重建的第一項(xiàng)工作，而大面積測繪地形圖首先需要建立高精度的控制網(wǎng)。

1 安縣的概況及原有控制網(wǎng)的分析

安縣位于四川省綿陽市西部，地處北緯31°32′～31°47′，東經(jīng)104°05′～104°38′之間。東與江油相鄰，南與德陽接壤，西與茂縣交界，北靠北川。全縣東西長55km，南北寬43km，幅員面積為1404km2?，F(xiàn)轄14 個(gè)鎮(zhèn)4 個(gè)鄉(xiāng)。縣政府行政駐地花荄鎮(zhèn)。

安縣原有的控制網(wǎng)是四川省測繪局于2002 年布設(shè)的城市四等網(wǎng)，并在縣城內(nèi)加密了一級導(dǎo)線網(wǎng)，四等網(wǎng)的控制點(diǎn)全部是水泥澆筑完成，導(dǎo)線網(wǎng)的控制點(diǎn)采用在鋪裝路面上鑲嵌帶有十字花的鋼筋來布設(shè)，所有的四等點(diǎn)和導(dǎo)線點(diǎn)的高程都用四等水準(zhǔn)施測。安縣原有的控制網(wǎng)精度高且密度分布合理，在安縣新縣城花荄鎮(zhèn)的城市建設(shè)中發(fā)揮了很大作用。可地震之后縣城附近的控制點(diǎn)位也遭到了破壞，四等點(diǎn)僅剩二個(gè)，即三道拐和五路口。經(jīng)檢查點(diǎn)位未遭大的移動，精度可以滿足新網(wǎng)的起算要求。

2 安縣GPS 控制網(wǎng)的布設(shè)與觀測

5.12 地震災(zāi)后重建在地震后一個(gè)月便展開了，而各項(xiàng)重建工作都需要高精度的測繪保障。我們首先在安縣主城區(qū)花荄鎮(zhèn)和界牌鎮(zhèn)布設(shè)了GPS—D 級網(wǎng)，控制面積為30kM2。全網(wǎng)由16 個(gè)埋石點(diǎn)組成，控制網(wǎng)平均邊長為3km?？刂凭W(wǎng)的平面坐標(biāo)系采用1954 北京坐標(biāo)系，中央子午線：105°。高程系統(tǒng)為1956 年黃海高程系?？刂泣c(diǎn)周圍應(yīng)視野開闊、便于操作，且要遠(yuǎn)離高大的建筑物，并盡量選在交通便捷的地區(qū)，點(diǎn)位的選擇應(yīng)盡量避免多路徑效應(yīng)對GPS 衛(wèi)星信號的影響,控制點(diǎn)點(diǎn)位采用水泥澆筑?？刂泣c(diǎn)分布圖見圖1。

圖1 安縣控制網(wǎng)圖

GPS 控制網(wǎng)的外業(yè)觀測采用美國麥哲倫公司的ASHTECH靜態(tài)接收機(jī)進(jìn)行測量。觀測時(shí)滿足下列要求：1）衛(wèi)星截止高度角不小于15°；2）觀測有效衛(wèi)星數(shù)≥4；3）觀測時(shí)段長度不小于60min；4）歷元數(shù)為10S,PDOP ≤6。在觀測時(shí)使用7臺ASHTECH 單頻接收機(jī)同時(shí)觀測，以邊連接的方式觀測4 個(gè)同步環(huán)?？刂凭W(wǎng)中有6 個(gè)控制點(diǎn)的高程采用四等水準(zhǔn)聯(lián)測，其余點(diǎn)位高程采用高程擬合計(jì)算。其中，控制網(wǎng)還應(yīng)滿足以下精度指標(biāo)：相鄰點(diǎn)空間距離觀測精度用公式（1）表示。

3 安縣GPS 控制網(wǎng)的數(shù)據(jù)處理

GPS 網(wǎng)是由基線向量構(gòu)成的空間幾何圖形，構(gòu)網(wǎng)基線是具有長度、方位和大地高差的三維向量，它由至少兩臺GPS 接收機(jī)通過組成若干個(gè)同步圖形觀測后解算而得。由于網(wǎng)中多余基線的存在，使GPS 網(wǎng)內(nèi)部各閉合環(huán)路產(chǎn)生閉合差矛盾，經(jīng)最小約束平差（只提供位置基準(zhǔn)的自由網(wǎng)平差）處理后，使GPS 網(wǎng)的內(nèi)部成為具有幾何唯一性的形體，此時(shí)的網(wǎng)內(nèi)相對精度是GPS 網(wǎng)質(zhì)量的真實(shí)代表。無約束平差提供各控制點(diǎn)在WGS84 坐標(biāo)系下的三維坐標(biāo)，各基線向量三個(gè)坐標(biāo)觀測值的總改正數(shù)等信息。其中三維基線向量改正數(shù)最大值應(yīng)滿足如下公式：dV △X ≤2σ，dV △Y ≤2σ，dV △Z ≤2σ。精度統(tǒng)計(jì)見表一。

基線向量改正數(shù)統(tǒng)計(jì)表 ：

表1

為了將WGS84 坐標(biāo)轉(zhuǎn)換成地方坐標(biāo)，通常采取與已知的國家控制點(diǎn)聯(lián)測，用完全約束平差的方法在處理外部多余約束所產(chǎn)生的矛盾的同時(shí)，也完成了坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換。此時(shí)所提供的網(wǎng)精度為使用精度。由于此次地震將安縣周圍的多數(shù)國家控制點(diǎn)都已經(jīng)破壞。僅在花荄鎮(zhèn)西面的前進(jìn)村剩余四等點(diǎn)三道拐和縣城里的四等點(diǎn)五路口二個(gè)，所以，安縣的新控制網(wǎng)平差只能以三道拐和五路口的平面坐標(biāo)作為起算，經(jīng)過約束平差計(jì)算出各個(gè)控制點(diǎn)在 北京54 坐標(biāo)系下的三維坐標(biāo)。經(jīng)二維約束平差計(jì)算后，GPS 網(wǎng)最弱邊相對中誤差為: GP08-GP03： 1/83363。最弱點(diǎn)點(diǎn)位中誤差為：GP08： 0.28 厘米。

控制點(diǎn)的高程測量采用四等水準(zhǔn)聯(lián)測后，平差軟件是南方平差易2005，最大高程中誤差：GP11:4mm。每公里高差中誤差：3mm。計(jì)算結(jié)果表明，新的安縣GPS 控制網(wǎng)精度高、網(wǎng)形合理，完全能滿足災(zāi)后重建的需要。

4 結(jié)論

在測繪技術(shù)手段日新月異的今天，GPS 技術(shù)已經(jīng)成為了建立控制網(wǎng)的主要手段，尤其是在工程時(shí)間要求緊的情況下，GPS 技術(shù)的高效、快捷、準(zhǔn)確的特點(diǎn)再一次顯示出來。而且布設(shè)控制網(wǎng)也應(yīng)向布設(shè)精度高、使用方便、更新方便的方向發(fā)展。但考慮到測繪成果的繼承性，城市控制網(wǎng)的改造要盡量做到和原有成果互相兼容，而最理想的情況就是在不改變原有系統(tǒng)的前提下，采用新技術(shù)提高原來控制網(wǎng)的精度就是一種很不錯(cuò)的選擇。

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