基于GPS技術的校園測量控制網(wǎng)構(gòu)建研究

敖德春　吳坤　冉秀芬

摘 要：隨著現(xiàn)代測量技術的不斷發(fā)展，催生了新型校園測量控制網(wǎng)的誕生?；贕PS技術的校園測量控制網(wǎng)建立可以提高校園的測量控制能力，解決了測量專業(yè)學生在實訓上的難題，從而提高學生的專業(yè)業(yè)務能力。該研究主要基于GPS技術的靜態(tài)測量原理進行校園控制網(wǎng)的構(gòu)建。

關鍵詞：校園控制;GPS控制網(wǎng);GPS技術;靜態(tài)測量

Research on Construction

of Campus Measurement Control Network Based on GPS Technology

——Taking Guiyang Vocational and Technical College as an example

Ao Dechun Wu Kun Ran Xiufen

Guiyang Vocational and Technical College GuizhouGuiyang 550081

Abstract：With the continuous development of modern measurement technology，the birth of a new campus measurement control network has been born.The establishment of campus measurement control network based on GPS technology can improve the measurement control ability of the campus，Solved the problem of measuring professional students in training，Thereby improving the professional business ability of students.This paper is based on the static measurement principle of GPS technology to build the campus control network.

Key words：Campus control;GPS control network;GPS technology;Static measurement

GPS（Global Positioning System）是全球定位系統(tǒng)的簡稱，系統(tǒng)由GPS衛(wèi)星星座、地面監(jiān)控系統(tǒng)和用戶設備部分組成。近年來，控制測量由以前常用的測角網(wǎng)、測邊網(wǎng)、導線網(wǎng)等傳統(tǒng)技術向GPS定位技術的轉(zhuǎn)變，使得控制測量變得簡便快捷。當前，布設首級控制網(wǎng)一般采用GPS靜態(tài)相對定位的方式實現(xiàn)。[1]

貴陽職業(yè)技術學院將原來的地質(zhì)學校合并后，學院將工程測量學打造為院系的一個特色專業(yè)。目前大部分開設測繪學科的高校都建立了自己的校園控制網(wǎng)，在工程測量學專業(yè)學科建設方面，貴陽職業(yè)技術學院內(nèi)還沒有建立GPS測量控制網(wǎng)，學生在校園內(nèi)進行測量學習時大多是模擬情況下開展。貴陽職業(yè)技術學院建設控制網(wǎng)正是為工程測量專業(yè)的建設提供測繪基礎。為此，學院對于校園測量控制網(wǎng)的構(gòu)建迫不及待。GPS校園控制網(wǎng)的建立是提高教學質(zhì)量的重要手段，研究成果將會促進工程測量學專業(yè)建設，提高教學質(zhì)量，完成優(yōu)質(zhì)學校建設任務。

1 研究區(qū)及控制點分布介紹

該研究區(qū)域隸屬于貴州省貴陽市觀山湖區(qū)，地處觀山湖區(qū)東南部，東鄰奧體中心，南接護理學院;校區(qū)屬于山地、丘陵為主的丘原盆地地區(qū)，地勢起伏不大，平均海拔1298米。學院占地面積71.3萬m2，建筑面積28.7萬m2，學生宿舍10.9萬m2。由于該研究區(qū)是新建的校區(qū)，教學基礎設施建設暫時不健全，校內(nèi)的植被還比較矮小，因此不管是從教學需要還是從控制網(wǎng)的實施條件來講，都比較適合進行GPS靜態(tài)控制網(wǎng)的觀測。

根據(jù)《全球定位系統(tǒng)（GPS）測量規(guī)范》的規(guī)定與校園占地面積綜合分析，在研究區(qū)域內(nèi)布設的控制網(wǎng)由4個控制點組成，控制點間最短距離為134.5m，最長距離為485.3m。4個控制點能夠很好滿足測量教學的基本要求，并能對整個校園起著控制作用，為其他的基礎設施建設提供控制。布設的控制網(wǎng)選擇了兩個起算點，且它們屬于C級點，分別位于百花湖與恒陽大廈。

2 GPS控制網(wǎng)構(gòu)建原則

2.1 坐標系統(tǒng)的選擇

該校園構(gòu)建的GPS控制網(wǎng)選擇了三套坐標系，分別為CGCS2000、1954年北京坐標系和1980年西安坐標系。為滿足國家自然資源局提出的要求，2018年7月1日，所有測繪成果的坐標都應選擇CGCS2000坐標系統(tǒng)，因此GPS控制網(wǎng)的其中一套坐標系統(tǒng)為CGCS2000，該坐標系統(tǒng)為地心坐標系。1954年北京坐標系和1980年西安坐標系是我國早期基礎數(shù)據(jù)所采用的參心坐標系統(tǒng)，[2]將1954年北京坐標系和1980年西安坐標系與CGCS2000坐標系進行轉(zhuǎn)換時需要相應的參數(shù)，因此該校園控制網(wǎng)選擇了這三套坐標系。

2.2 GPS控制網(wǎng)技術規(guī)范

A級GPS網(wǎng)用于建立國家一等大地控制網(wǎng)，B級GPS控制網(wǎng)用于建立地方或城市坐標基準，C級GPS網(wǎng)用于建立三等大地控制網(wǎng)，以及區(qū)域、城市及工程測量的基本控制網(wǎng)，D、E級主要用于測圖、施工等控制測量。[3]表1為B、D、C、E級GPS網(wǎng)的精度指標;表2為各等級GPS測量基本技術要求;表3為位置精度強弱度。

3 外業(yè)數(shù)據(jù)觀測及數(shù)據(jù)處理

3.1 外業(yè)數(shù)據(jù)觀測

在進行數(shù)據(jù)觀測前，使用相應的儀器預報星歷，當PDOP達到要求時才進行數(shù)據(jù)觀測。進行外業(yè)數(shù)據(jù)觀測時，采用南方測繪公司生產(chǎn)的型號為銀河6的GPS接收機6臺，其中2臺安置在C級點上，4臺安置在校園內(nèi)布設的四個控制點上，進行外業(yè)數(shù)據(jù)觀測時選擇觀測1.6個時段，并進行同步觀測。

3.2 外業(yè)數(shù)據(jù)處理

外業(yè)數(shù)據(jù)采集結(jié)束后，在南方測繪Gnss數(shù)據(jù)處理軟件新建三個項目，每個項目選擇一種坐標系，將采集后的數(shù)據(jù)進行整理并導入南方測繪Gnss數(shù)據(jù)處理軟件，最后由觀測數(shù)據(jù)生成得到的GPS網(wǎng)型如圖1與圖2所示：

將觀測數(shù)據(jù)分別導入三個不同坐標系的工程中進行基線解算，基線解算是選擇全部解算。當基線解算完成之后，發(fā)現(xiàn)該網(wǎng)型中存在不合格基線，通過調(diào)整高度截止角與歷元間隔使其達到合格狀態(tài)。[4]待基線解算合格后，在“閉合環(huán)”窗口中進行閉合差計算。首先，對同步時段任一三邊同步環(huán)的坐標分量閉合差和全長相對閉合差按獨立環(huán)閉合差要求進行同步環(huán)檢核，然后計算異步環(huán)。程序?qū)⒆詣铀阉魉械耐?、異步閉合環(huán)。[5]當閉合環(huán)與重復基線檢查無誤之后就進行網(wǎng)平差與高程擬合。首先將起算點H066、H101的已知坐標輸入到測站數(shù)據(jù)中，再將每個測站點的測片高輸入到觀測數(shù)據(jù)文件中，最后進行自動處理、三維平差、二維平差和高程擬合，最后得到各個控制點的三維坐標。如下表所示：

3.3 外業(yè)數(shù)據(jù)質(zhì)量檢核

對外業(yè)數(shù)據(jù)質(zhì)量進行檢核主要包括數(shù)據(jù)剔除率、復測基線長度差及同步觀測環(huán)閉合差這三個部分，它們應該滿足以下條件：

（1）數(shù)據(jù)剔除率：同一時段內(nèi)觀測值得數(shù)據(jù)剔除率不應超過10%。

（2）復測基線長度差：C、D級網(wǎng)基線處理和B級網(wǎng)外業(yè)預處理后，任意兩個重復觀測基線長度之差ds應該滿足下式：

dsSymbolcB@22δ

式中，δ為相應級別規(guī)定的基線中誤差，計算時邊長按實際平均邊長計算。

（3）同步觀測環(huán)閉合差：對三邊同步環(huán)閉合差值檢驗，閉合差應該滿足下式：

ωΧSymbolcB@35δ，ωYSymbolcB@35δ，ωΖSymbolcB@35δ

式中，δ為相應級別規(guī)定的基線中誤差，計算時邊長按實際平均邊長計算。

根據(jù)外業(yè)數(shù)據(jù)質(zhì)量的要求對此次靜態(tài)觀測數(shù)據(jù)進行檢核結(jié)果表明，此次外業(yè)觀測數(shù)據(jù)符合相關技術要求，并且滿足基線處理要求。

4 結(jié)語

通過對外業(yè)觀測數(shù)據(jù)的解算、網(wǎng)平差處理及高程擬合結(jié)果表明，建立的GPS控制網(wǎng)滿足D級GPS網(wǎng)的精度要求，并且能夠很好的控制整個校區(qū)，該網(wǎng)是合格的。GPS控制網(wǎng)的建立雖然在現(xiàn)在已經(jīng)很普遍，但是作為校園這樣特殊的環(huán)境，GPS控制網(wǎng)的構(gòu)建具有一定的研究意義。解決了測量專業(yè)學生在實訓上的難題與學校后期的基礎建設提供了堅實控制保證，同時，其研究成果將會促進工程測量學專業(yè)建設，提高教學質(zhì)量，完成優(yōu)質(zhì)學校建設任務。

參考文獻：

[1]張皖秋，趙柱國，張加龍.GPS靜態(tài)相對定位應用及精度研究[J].安徽農(nóng)業(yè)科學，2010，38（18）：9917-9921.

[2]孫延波.2000國家大地坐標系在線路選線中的應用研究[J].科技創(chuàng)新與應用，2012（31）：10.

[3]董永剛.GPS控制網(wǎng)及坐標轉(zhuǎn)換方法在水庫流域控制中的應用[J].東北水利水電，2016，34（12）：48-50.

[4]朱勁松，余穎媛.南方GPS數(shù)據(jù)處理軟件基線解算分析[J].現(xiàn)代商貿(mào)工業(yè)，2009，21（20）：272-273.

[5]詹家民.GPS定位技術在連云港海堤路控制測量中的應用[J].全球定位系統(tǒng)，2008（02）：37-41.

作者簡介：敖德春（1990-），男，貴州甕安縣人，碩士研究生，專業(yè)：地圖學與地理信息系統(tǒng)。