建立城市GPS控制的幾個技術(shù)問題

摘 要：文章首先針對城市GPS控制網(wǎng)的布設(shè)提出了五個方面應(yīng)加以考慮的問題，進(jìn)而提出了踏勘選點(diǎn)的技術(shù)要點(diǎn)，從多個方面分析了GPS觀測和數(shù)據(jù)預(yù)處理的技術(shù)要求，為保證和提高控制網(wǎng)的精度，最后對數(shù)據(jù)檢驗和平差計算的程序步驟進(jìn)行了比較全面的探討。

關(guān)鍵詞：城市；GPS控制網(wǎng)建立技術(shù)；問題

前言

城市平面控制網(wǎng)是城市測繪工作的基礎(chǔ)，是城市建設(shè)與發(fā)展不可或缺的基礎(chǔ)設(shè)施。傳統(tǒng)的城市控制網(wǎng)多為三角網(wǎng)形式，少量為導(dǎo)線網(wǎng)或測邊網(wǎng)。隨著GPS技術(shù)的迅速發(fā)展，目前城市控制網(wǎng)多采用GPS技術(shù)來建立。城市GPS控制網(wǎng)的建立與傳統(tǒng)三角網(wǎng)的布設(shè)既有相類似的技術(shù)部分，也存在該技術(shù)自身的特點(diǎn)，同時GPS控制網(wǎng)還需要利用高等級三角點(diǎn)作為定位和定向的起算數(shù)據(jù)。隨著一些城市GPS控制網(wǎng)的建立，測繪界已經(jīng)積累了一定的經(jīng)驗，尚存在一些技術(shù)問題有待于進(jìn)一步探討。文章針對城市GPS控制網(wǎng)建立的技術(shù)問題談幾點(diǎn)看法。

1 GPS控制網(wǎng)的布設(shè)

利用GPS技術(shù)建立城市控制網(wǎng)在符合國家有關(guān)測繪行業(yè)管理行政法規(guī)的前提下，應(yīng)充分考慮到起算成果、歷史延續(xù)性、技術(shù)先進(jìn)性和發(fā)展的前瞻性。具體而言有以下幾方面內(nèi)容。

城市附近是否有國家A、B級GPS網(wǎng)點(diǎn)和省級C級網(wǎng)點(diǎn)，上述情況的點(diǎn)位符合GPS點(diǎn)點(diǎn)位要求的，應(yīng)盡量納入城市GPS網(wǎng)中以期建立與全國高精度的三維地心坐標(biāo)框架相一致的三維地心坐標(biāo)系統(tǒng)。

對原有城市控制網(wǎng)進(jìn)行全面的分析。包括原網(wǎng)的起算數(shù)據(jù)、施測方法、坐標(biāo)系的選取、計算方法、精度情況，同時對現(xiàn)存點(diǎn)位情況要進(jìn)行徹底地勘察和了解。以便使新建控制網(wǎng)具有較好的歷史延續(xù)性。

設(shè)計時應(yīng)對一定數(shù)量的控制點(diǎn)進(jìn)行水準(zhǔn)聯(lián)測，網(wǎng)外圍的控制點(diǎn)盡量進(jìn)行水準(zhǔn)聯(lián)測，以便進(jìn)行控制點(diǎn)的高程擬合。可以將一些水準(zhǔn)點(diǎn)納入CPS網(wǎng)中，顧及同時或今后一段時間進(jìn)行大地水準(zhǔn)面精化。

城市CPS控制網(wǎng)應(yīng)布設(shè)成連續(xù)的全面網(wǎng)。每點(diǎn)均不少于3條邊聯(lián)結(jié)，構(gòu)成每個環(huán)的邊數(shù)應(yīng)加以控制。

2 踏勘選點(diǎn)

GPS網(wǎng)點(diǎn)的選擇較傳統(tǒng)三角網(wǎng)要靈活得多，但必須遵守相應(yīng)技術(shù)要求并考慮到城市控制網(wǎng)的應(yīng)用特點(diǎn)。具體而言有以下三個方面。

2.1 GPS技術(shù)本身的要求

（1）點(diǎn)位的選擇應(yīng)盡量遠(yuǎn)離大功率無線電發(fā)射臺、電視臺、微波站等，其距離應(yīng)不小于200米；遠(yuǎn)離高壓輸電線路，其距離不小于50米。

（2）選擇的點(diǎn)位附近不應(yīng)有大面積水域和其他強(qiáng)烈干擾衛(wèi)星信號接收的物體。

（3）選擇的點(diǎn)位要有方便的交通道路，但避開在主要道路邊設(shè)置測量點(diǎn)。

（4）巳選定的點(diǎn)位地面基礎(chǔ)穩(wěn)定，易于點(diǎn)的長期保存。

2.2 已有各類控制點(diǎn)的利用

（1）GPS網(wǎng)中擬使用的舊的點(diǎn)位，一定要實地踏勘，查看點(diǎn)位，地面點(diǎn)必須開挖檢查標(biāo)石、標(biāo)志的完好情況。

（2）擬利用的原有點(diǎn)，點(diǎn)位符合GPS觀測條件要求的，均應(yīng)利用。如有高標(biāo)，應(yīng)檢查覘標(biāo)是否可以使用，其觀測臺能否安置接收機(jī)天線。

（3）布網(wǎng)設(shè)計擬利用的高等級水準(zhǔn)點(diǎn)，點(diǎn)位符合GPS觀測條件要求的，應(yīng)盡量納入網(wǎng)中。

2.3 新點(diǎn)的選擇

（1）新布設(shè)的GPS網(wǎng)點(diǎn)應(yīng)優(yōu)先選擇在各地的政府、學(xué)校和有關(guān)部門的樓頂或開闊的院內(nèi)。

（2）對于設(shè)計中已經(jīng)丟失破損或無法滿足GPS觀測要求的三角點(diǎn)，應(yīng)在舊的點(diǎn)位附近重新選埋新點(diǎn)。

（3）如網(wǎng)中擬利用的水準(zhǔn)點(diǎn)遭到破壞那么應(yīng)在舊的水準(zhǔn)點(diǎn)附近選埋地面新點(diǎn)，利用水準(zhǔn)測量的方法聯(lián)測該點(diǎn)高程。

3 GPS觀測和數(shù)據(jù)處理

城市GPS控制網(wǎng)是城市測繪工作的基礎(chǔ)，是供長期使用的基礎(chǔ)設(shè)施。因而數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理要計劃周密、組織得當(dāng)、方法先進(jìn)、檢核完善。GPS接收機(jī)使用前應(yīng)經(jīng)過檢定，狀況良好，城市GPS控制網(wǎng)觀測采用靜態(tài)測量模式。

（1）由于城市GIB控制網(wǎng)范圍較大、點(diǎn)數(shù)較多、為了控制網(wǎng)的整體精度，GPS觀測必須從網(wǎng)的一側(cè)有序推進(jìn)。應(yīng)根據(jù)城市區(qū)域的經(jīng)度、緯度編制GPS衛(wèi)星可見性預(yù)報表。預(yù)報表中應(yīng)包括可見衛(wèi)星號、衛(wèi)星高度角和方位角、最佳觀測量組的幾何圖形強(qiáng)度因子等。

（2）作業(yè)時，應(yīng)根據(jù)已制訂的技術(shù)方案做好衛(wèi)星高度角、有效觀測衛(wèi)星總數(shù)、時段中任一衛(wèi)星有效觀測時間、平均每點(diǎn)觀測站次數(shù)、時段長度、數(shù)據(jù)采樣間隔、GDOP值等技術(shù)指標(biāo)的控制。

觀測時應(yīng)認(rèn)真在測量手簿中作好記錄。記錄內(nèi)容要全面，主要包括：觀測員姓名、觀測日期、天氣和氣象元素、點(diǎn)名、點(diǎn)號、時段、天線高、開關(guān)機(jī)時間、同步觀測點(diǎn)號等。注意外業(yè)原始數(shù)據(jù)應(yīng)及時備份。

（3）外業(yè)數(shù)據(jù)檢核主要有以下幾項：a.外業(yè)GPS觀測基線的解算可采用隨機(jī)提供的商用軟件和廣播星歷進(jìn)行。b.重復(fù)基線較差以接收機(jī)標(biāo)稱精度進(jìn)行評定。c.三邊同步環(huán)各坐標(biāo)分量閉合差和坐標(biāo)閉合差應(yīng)滿足相關(guān)指標(biāo)要求。d.由若干個獨(dú)立觀測邊組成的異步環(huán)，對各坐標(biāo)分量閉合差應(yīng)及時進(jìn)行檢核。

4 GPS網(wǎng)的平差計算

控制網(wǎng)的平差計算技術(shù)含量較好，也是控制網(wǎng)建立非常關(guān)鍵的一個環(huán)節(jié)，應(yīng)在數(shù)據(jù)預(yù)處理的基礎(chǔ)上進(jìn)行。必要時可利用不同的軟件和起算數(shù)據(jù)分別平差，以選取最優(yōu)化成果。

4.1 同步基線精處理

（1）基線精處理應(yīng)按同步環(huán)逐個進(jìn)行。一般采用國外高精度GPS數(shù)據(jù)處理軟件進(jìn)行并采用IGS精密星歷。

（2）對于大型或特大型城市的高精度CPS控制網(wǎng)應(yīng)與國際永久跟蹤站的衛(wèi)星接收數(shù)據(jù)統(tǒng)一處理。

（3）在同步環(huán)基線網(wǎng)處理中，應(yīng)選擇一個測站作為基線處理基準(zhǔn)。

（4）重復(fù)基線較差、同步環(huán)閉合差、異步環(huán)閉合差應(yīng)滿足相應(yīng)的技術(shù)要求。

4.2 平差的計算

（1）三維無約束平差。為了評定GPS網(wǎng)的內(nèi)部符合精度，首先應(yīng)對控制網(wǎng)進(jìn)行無約束平差。平差時可以GPS網(wǎng)中間某一點(diǎn)作為相對位置基準(zhǔn)點(diǎn)，以經(jīng)環(huán)閉合差分析后的獨(dú)立基線向量及其協(xié)方差陣作為觀測量，進(jìn)行全網(wǎng)無約束平差。以期通過粗差分析和方差分量因子分析剔除可能存在的粗差，改善基線觀測量的質(zhì)量，以保證和提高全網(wǎng)平差精度。

（2）三維約束平差。如網(wǎng)中有國家A、B級GPS點(diǎn)，應(yīng)以其作為起算數(shù)據(jù)進(jìn)行三維約束平差。采用經(jīng)過無約束平差剔除了粗差基線和經(jīng)過方差協(xié)方差因子修正后的基線作為觀測量，進(jìn)行整個GPS網(wǎng)的約束平差。約束平差給出WGS-84坐標(biāo)系的大地坐標(biāo)。

（3）最后平差。在對各種起算點(diǎn)經(jīng)過兼容性分析后采用穩(wěn)定、可靠的已知點(diǎn)做為起算點(diǎn)，進(jìn)行整網(wǎng)約束平差，平差后分別給出所需要的坐標(biāo)系成果。為了保持控制網(wǎng)的連續(xù)性應(yīng)計算新舊控制網(wǎng)之間的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)。

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