GPS城市控制網(wǎng)的建立與應(yīng)用

摘要：論述了城市GPS控制網(wǎng)的建立過程，包括網(wǎng)的布設(shè)方案、作業(yè)設(shè)計以及數(shù)據(jù)處理，分析了網(wǎng)的精度，并對GPS控制網(wǎng)在現(xiàn)代城市測繪中的應(yīng)用進(jìn)行了研究。

關(guān)鍵詞：GPS城市控制網(wǎng)；數(shù)據(jù)處理；三維實(shí)時動態(tài)測繪

中圖分類號：F407.9文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

1 概述

GPS技術(shù)在測量領(lǐng)域已得到了廣泛的應(yīng)用，與傳統(tǒng)的測量作業(yè)模式相比，由于GPS技術(shù)具有定位精度高、全天候、操作簡便、布網(wǎng)自由度大以及自動化程度高等優(yōu)點(diǎn)，GPS已成為建立城市控制網(wǎng)的主要手段。GPS控制網(wǎng)的建立，不但為測繪工程(包括低級平面控制網(wǎng)和基礎(chǔ)地形圖測繪工程等)提供了基礎(chǔ)技術(shù)保障，也為城市規(guī)劃、土地、交通、公安、房產(chǎn)、市政等部門實(shí)現(xiàn)數(shù)字化、信息化管理打下了堅實(shí)的基礎(chǔ)。

2 GPS城市控制網(wǎng)的設(shè)計方向

對于城市GPS控制網(wǎng)，既要考慮近期建設(shè)和規(guī)劃的需要；又要考慮遠(yuǎn)期發(fā)展的需要；還應(yīng)具有根據(jù)具體情況擴(kuò)展GPS控制網(wǎng)的功能。GPS測量具有高精度和不要求通視的優(yōu)點(diǎn)，有的城市已經(jīng)考慮將城市GPS網(wǎng)建成為兼有監(jiān)測三維形變功能的控制網(wǎng)。這樣既可以為城市建設(shè)提供發(fā)現(xiàn)隱患、預(yù)防災(zāi)害的極有價值的信息；也有利于充分發(fā)揮GPS網(wǎng)和測繪工作在城市建設(shè)中的作用，為城市規(guī)劃、城市建設(shè)和管理部門提供所需的測量數(shù)據(jù)。

3 GPS城市控制網(wǎng)的設(shè)計與施測

3.1 網(wǎng)的圖形設(shè)計

網(wǎng)的圖形設(shè)計，雖然主要決定于用戶的要求，但是有關(guān)時間和人力的消耗以及所需接收設(shè)備的型號、數(shù)量和保障條件等也都與網(wǎng)的圖形設(shè)計有關(guān)。對此應(yīng)當(dāng)充分加以顧及，以期在滿足用戶要求的條件下，盡量減少消耗，設(shè)計的一般原則是：

（1）GPS網(wǎng)應(yīng)根據(jù)測區(qū)實(shí)際需要和交通狀況進(jìn)行設(shè)計。GPS網(wǎng)的點(diǎn)與點(diǎn)間不要求通視，但應(yīng)考慮常規(guī)測量方法加密時的應(yīng)用，每點(diǎn)應(yīng)有一個以上通視方向。

（2）在布網(wǎng)設(shè)計時應(yīng)顧及原有城市測繪成果資料，宜采用原有城市坐標(biāo)系統(tǒng)。對凡符合GPS網(wǎng)布點(diǎn)要求的舊有控制點(diǎn)，應(yīng)充分利用其標(biāo)石。

（3）GPS網(wǎng)應(yīng)由一個或者若干個獨(dú)立觀測環(huán)構(gòu)成，也可采用附和線路形式構(gòu)成。

（4）為求定GPS點(diǎn)在地面坐標(biāo)系的坐標(biāo)，應(yīng)在地面坐標(biāo)系中選定起算數(shù)據(jù)和聯(lián)測原有地方控制點(diǎn)若干個，大中城市GPS控制網(wǎng)應(yīng)與國家控制網(wǎng)相互連接和轉(zhuǎn)換，并應(yīng)于附近的國家控制點(diǎn)聯(lián)測，聯(lián)測點(diǎn)數(shù)不應(yīng)少于3個。小城市或工程控制網(wǎng)可聯(lián)測2～3個。

3.2 點(diǎn)位的基本要求

GPS點(diǎn)點(diǎn)位的選擇，對GPS觀測工作的順利進(jìn)行并得到可靠的效果有重要影響，所以在選點(diǎn)工作開始之前，應(yīng)充分收集和了解有觀測區(qū)的的地理情況，以及原有測量標(biāo)志點(diǎn)的分布和保存情況，以便確立適宜的觀測站位置。

3.3 施測

根據(jù)衛(wèi)星星歷數(shù)據(jù)得出的衛(wèi)星可見性預(yù)報，預(yù)計觀測時可捕捉到衛(wèi)星的狀況，根據(jù)規(guī)范對GPS控制網(wǎng)的要求（表1），可全天作業(yè)。依照衛(wèi)星可見性預(yù)報結(jié)果，結(jié)合測區(qū)的交通條件、GPS網(wǎng)設(shè)計網(wǎng)形及測站的位置，制定觀測計劃。需要注意的問題包括：

(1)觀測組按照調(diào)度表規(guī)定時間作業(yè)，保證同步觀測。

(2)開機(jī)前后各量取天線高一測回，每測回從不同部位量取三次，兩測回天線高之差不大于3mm。

(3)在作業(yè)過程中，要認(rèn)真輸入測站名，觀測日期，時段號，開關(guān)機(jī)時間以及天線高等信息。

(4)一個時段觀測中，不得關(guān)機(jī)又重新啟動、自測試、改變衛(wèi)星高度角及數(shù)據(jù)采樣間隔、改變天線位置，關(guān)閉或刪除文件等。

4 GPS城市控制網(wǎng)的數(shù)據(jù)處理

GPS測量數(shù)據(jù)的測后處理，一般均可借助相應(yīng)的后處理軟件自動完成。隨著定位技術(shù)的迅速發(fā)展，GPS測量數(shù)據(jù)后處理的功能和自動化成俗將不斷增強(qiáng)和提高，所采用的模型也將不斷改進(jìn)。

觀測成果的外業(yè)檢核，是確保外業(yè)觀測質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)預(yù)期定位精度的重要環(huán)節(jié)。外業(yè)觀測成果的質(zhì)量檢核項目，主要有同步邊觀測數(shù)據(jù)的檢核、重復(fù)觀測邊的檢核、同步環(huán)閉合差的檢核和異步環(huán)閉合差的檢核四項。

各等級GPS控制網(wǎng)同時執(zhí)行下列公式要求：

（1）相鄰點(diǎn)間弦長精度：

式中 σ-標(biāo)準(zhǔn)差（基線向量弦長中誤差mm）；a-固定誤差（mm）；b-比例誤差系數(shù)；d-相鄰點(diǎn)間距離（km）

（2）各獨(dú)立環(huán)的坐標(biāo)分量閉合差和全長閉合差符合下式的規(guī)定：

wx≤2■σ；wy≤2■σ；wz≤2■σ

w≤2■σ

式中w-環(huán)閉合差， ；

n-獨(dú)立環(huán)中的邊數(shù)

（3）復(fù)測基線的長度較差 ds≤2■σ

（4）三維無約束平差基線向量改正數(shù)絕對值

V△y≤3σV△y≤3σV△z≤3σ

（5）約束平差基線向量改正數(shù)絕對值

dV△x≤ 2σ

dV△y≤ 2σ

dV△z≤ 2σ

5 城市GPS的主要工作

由于GPS控制網(wǎng)高精度，全天候，控制點(diǎn)之間無需通視和數(shù)據(jù)處理簡便的優(yōu)點(diǎn)，布設(shè)高精度大型控制網(wǎng)十分方便和高效。市區(qū)只要四、五個GPS長年跟蹤站，應(yīng)用GPS（RTK）定位技術(shù)就可以對GPS靜態(tài)控制網(wǎng)進(jìn)行恢復(fù)和修補(bǔ)工作。因此，全國各大城市逐漸布設(shè)城市GPS控制網(wǎng)。北京、上海、天津、鄭州、成都、廣東等大城市以及中小城市都布設(shè)了城市GPS控制網(wǎng)。以北京市為例，在市區(qū)布設(shè)了59個主要控制點(diǎn)構(gòu)成的GPS主控網(wǎng)（二等），在每個控制點(diǎn)附近又布設(shè)了一個方向點(diǎn)，構(gòu)成的GPS方向網(wǎng)以滿足城市測繪的需要。在工程測量控制方面，城市輕軌GPS控制網(wǎng)，高速公路GPS控制網(wǎng)還有一些工程的施工放樣、放線、撥地、釘樁等工程的控制都是GPS控制點(diǎn)。

總結(jié)

當(dāng)前測繪技術(shù)正從模擬、解析測量階段發(fā)展到數(shù)字化、自動化階段，從后處理階段到實(shí)時處理階段。現(xiàn)代多個用戶要求測繪行業(yè)建立實(shí)現(xiàn)全自動、全天候、全時域、全空域的連續(xù)測量體系，這樣，任何靜態(tài)的、模擬的、人工的，以光電技術(shù)為主實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集的測繪模式都遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足這一要求。社會的發(fā)展和進(jìn)步，迫使測繪工程現(xiàn)代化、信息化、實(shí)時化。因此，GPS衛(wèi)星定位技術(shù)的三維實(shí)時動態(tài)測繪參考基準(zhǔn)就是城市測繪技術(shù)發(fā)展的必然趨勢。

參考文獻(xiàn)

[1]周忠謨，易杰軍，周琪.GPS衛(wèi)星測量原理與應(yīng)用[M].北京：測繪出版社，1992.

[2]全球定位系統(tǒng)城市測量技術(shù)規(guī)程CJJ73-97[S].

[3]GPS數(shù)據(jù)處理[M].武漢：武漢大學(xué)出版社.