關于城市GPS控制網工程探究

張天明　劉峰

摘要：隨著全球定位系統GPS技術發展，城市控制網工程得以改進，文章結合工程實例，從布網原則、控制網布設、外業實測及基準選擇等方面，對城市GPS控制網工程進行探究分析。

關鍵詞：城市；GPS技術；控制網；工程；布網原則

GPS技術作為第2代衛星的導航定位系統，以其全球、連續與實時性等功能，已被廣泛應用在工程測量、地籍測量與航空攝影測量等方面，目前在城市控制網工程建設中，也基本選擇GPS技術，本文就城市GPS控制網工程進行了分析。

1 工程實例概述

為加強我國土地管理調控，實施城市控制網工程是必要的，本次測區地勢為從北向南進行傾斜，處于南低北高丘陵地形，在東北位置緊靠群山，是低丘與山嶺地貌，中部除了有部分山地之外，多數為地勢平坦區域，視覺良好，非城市區域主要是菜地、草地與林園地等植被，測區中，交通運輸比較困難。在該城市，布設了三等的GPS控制點是49個，一等的GPS控制點是380個，四等的GPS控制點為41個，地籍圖測量面積為69km3，并實施了城鎮的地籍數據庫構建。

2 城市GPS控制網工程構建

2.1 城市控制網資料

國家測繪局在1996年布設了C級地GPS控制網，精度較高，將其作為城市測區平面控制的起算點，并掌握了國土資源局的站點，將其作為城市測區的高程控制起算點測量，作業的技術依據為該城市第2次土地調查的技術設計書。

2.2 布網原則

在布設控制網時，應該符合有關《GPS規范》的技術要求，實施逐級控制網的構建布設，GPS相鄰點間的距離也應符合GPS規范要求，并兼顧DGPS，所有符合GPS控制網布點有關要求的，要把原來的常規控制網點、新建GPS網與規定站點等實施聯測，并精度判定，其互差比允許范圍小時，應采取原坐標成果的形式，高于允許范圍時，應檢核確定，采取新坐標，其控制點應盡量和水準點相重合。

2.3 布設GPS控制網

在本次城市測量中，一共布設2個三等的GPS控制網，49個三等的GPS控制點，其邊長是5.1km，四等的GPS控制網布設了1個，布設了41個四等的GPS控制點，邊長是2km，一等的GPS控制網布設了14個，而布設一等的GPS控制點是380個，邊長是1.1km，不同等級的控制網指標全滿足有關GPS規范要求。其中，三四等的GPS控制網起算點是C級控制點，而一等的GPS控制網算點是三四等的控制點，一個控制網最少聯測三個及以上的已知點。

2.4 外業施測及其方法

運用GPS控制網進行外業觀測過程中，作業人員應根據靜態觀測的技術要求執行，對中誤差要控制在3mm以內，基座的圓水準氣泡應該居中，在觀測前后，其天線角度應互為120°，對天線斜高進行量取，其互差應控制在5mm以內，開機之后，將測站有關信息輸入到GPS技術接收機當中，并實施外業觀測與記錄。在施測當中，常會遇到一些問題，如信息輸入錯誤，作業人員把數字0，錯誤輸成字母O，致使GPS控制網無法連接，不能實施GPS控制網構建，在文件當中，0與O是非常相似的，通常問題難以查出，當應用南方的NGS9600GPS接收機時，一定注意其測量，在操作當中，也會出現輸錯與天線高無法輸入的狀況，為防止此問題，相關作業人員應在現場對GPS觀測簿進行填寫，數據傳輸時，應對觀測簿進行核對，確保輸入的天線高值準確無誤。

2.5 控制網基準方法選擇

在城市GPS控制網中，原坐標系統所采取的方法原理均是運用原坐標重合點基準信息轉換的，但其方法是有所不同的，方法有約束平差法與自由網的平差法，其中，約束平差法為目前應用最普遍的方法，把重合點坐標信息當作約束條件，GPS觀測成果能強制轉變為原城市的坐標系統。在原來的城市控制網當中，大多采取三角測量法進行構建，其精度要比GPS網低出許多，運用約束平差法會造成GPS網的扭曲變形，平差參數在設置的時候，已知點和坐標系的匹配檢查是無法實施的，原來的城市控制網和GPS控制網間存在較大精度差異時，運用此方法會出現非觀測的誤差。與約束平差法相比，自由網的平差法引入了必要基準信息，確保了GPS控制網觀測精度的同時，還能轉入原坐標的系統當中，不過緊靠兩個重合點的基準信息，并不能實現原控制網與GPS網的較好符合性，實際工作中，應注意兩套坐標間的差值，多數狀況下，兩套坐標間的差值是在允許范圍中的，相差較大時，可運用測繪成果，實施坐標系轉換。

3 基線向量數據處理

3.1 基線向量處理

在GPS技術定位中，運用載波相位中的觀測值，對同步觀測站間的向量坐標差進行求解的過程就是基線向量的解算。實施數據預處理時，應對觀測值粗差進行剔除，實施周跳探測及修復，因待定測站近似坐標，與精度比較低的基站相比，對衛星地距與傳播時間計算的影響較大，需要不斷加強測站坐標的精度，修正信號發射時的星歷坐標，讓待定值接近整數，并取得良好向量成果，運用GPSADJ軟件解算基線向量，并采取廣播星歷，依據單基線與雙差固定的方法給予解算，結算指標滿足其列式要求，即：

其中，n表示獨立環邊數，W表示環閉合差，而σ表示標準差。在基線向量中，大部分能直接解算合格，或者衛星高度調整后，解算合格，通常基線不合格的，需要刪除衛星中的觀測數據，并重新給予解算，如本次城市測量中，采取GPS軟件對全部基線進行處理，但發現12條不合格的基線，經過衛星截止高度與采樣間隔調整，重新處理不合格的基線，仍然存在9條不合格的基線，因此GPS軟件解算不能看到基線的殘差圖，可運用觀測數據中的*.sth文件，實施標準格式數據輸出，運用全球軟件重新解算，可有效觀測數據的殘差，合格基線也就較容易得到，運用這兩款軟件對基線向量值進行解算，可找出粗差給予處理。

3.2 平差計算與已知點檢查

基線向量符合要求之后，可按照三維基線向量與方差進行信息觀測，以三維坐標當作起算依據，實施GPS控制網沒有約束的平差計算。當運用三維無約束的平差法獲得可靠觀測量之后，可依據實際要求實施二維約束平差方法，在約束平差的報表中，對計算之后的坐標、基線邊長、向量改正數與方位參數等精度信息進行輸出。在該次測量中，四等的GPS控制網中，有3個已知的C級控制點，可將其中任意兩個當作已知的控制點，并將剩下一個C級控制點當作未知點，實施網平差的計算，將計算之后的坐標及已知成果給予比較，點位誤差最小是0.7cm，最大4cm，中誤差是2.6cm，這表明該次已知點的精度比較好，能當作平面控制的測量起算點。

4 結束語

運用GPS技術，實施城市控制網工程構建，需要很高精度，測站間并不需要通視，并且能全天候、快速高效及實時觀測，還不受距離及環境限制，在控制網觀測中，應制定詳細周密計劃，選擇恰當觀測時間，保證觀測任務良好完成，以提高控制網工程的工作效率與準確性。

參考文獻

[1]喬麗華，馮軍.利用GPS技術建立城市GPS控制網的方法探討[J].測繪與空間地理信息，2012（3）.

[2]曹麗.建立城市GPS控制網若干問題的思考[J].科技創新導報，2010（5）.