GPS技術在恢復安縣控制網中的應用

許 可

遼寧省城鄉建設規劃設計院，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區，人民群眾的生產生活受到了極大影響，在黨中央國務院關于災后對口援建的指示下，遼寧省負責安縣的災后重建。由于地震使全縣的各個鄉鎮受到了極大的毀壞，而災后重建需要大比例尺數字地形圖作為依托。安縣原有的數字地形圖因為大地震導致地形地貌發生改變而不能使用，在這種情況下重新制作地形圖成為重建的第一項工作，而大面積測繪地形圖首先需要建立高精度的控制網。

1 安縣的概況及原有控制網的分析

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。現轄14 個鎮4 個鄉?？h政府行政駐地花荄鎮。

安縣原有的控制網是四川省測繪局于2002 年布設的城市四等網，并在縣城內加密了一級導線網，四等網的控制點全部是水泥澆筑完成，導線網的控制點采用在鋪裝路面上鑲嵌帶有十字花的鋼筋來布設，所有的四等點和導線點的高程都用四等水準施測。安縣原有的控制網精度高且密度分布合理，在安縣新縣城花荄鎮的城市建設中發揮了很大作用?？傻卣鹬罂h城附近的控制點位也遭到了破壞，四等點僅剩二個，即三道拐和五路口。經檢查點位未遭大的移動，精度可以滿足新網的起算要求。

2 安縣GPS 控制網的布設與觀測

5.12 地震災后重建在地震后一個月便展開了，而各項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花荄鎮和界牌鎮布設了GPS—D 級網，控制面積為30kM2。全網由16 個埋石點組成，控制網平均邊長為3km。控制網的平面坐標系采用1954 北京坐標系，中央子午線：105°。高程系統為1956 年黃海高程系?？刂泣c周圍應視野開闊、便于操作，且要遠離高大的建筑物，并盡量選在交通便捷的地區，點位的選擇應盡量避免多路徑效應對GPS 衛星信號的影響,控制點點位采用水泥澆筑?？刂泣c分布圖見圖1。

圖1 安縣控制網圖

GPS 控制網的外業觀測采用美國麥哲倫公司的ASHTECH靜態接收機進行測量。觀測時滿足下列要求：1）衛星截止高度角不小于15°；2）觀測有效衛星數≥4；3）觀測時段長度不小于60min；4）歷元數為10S,PDOP ≤6。在觀測時使用7臺ASHTECH 單頻接收機同時觀測，以邊連接的方式觀測4 個同步環?？刂凭W中有6 個控制點的高程采用四等水準聯測，其余點位高程采用高程擬合計算。其中，控制網還應滿足以下精度指標：相鄰點空間距離觀測精度用公式（1）表示。

3 安縣GPS 控制網的數據處理

GPS 網是由基線向量構成的空間幾何圖形，構網基線是具有長度、方位和大地高差的三維向量，它由至少兩臺GPS 接收機通過組成若干個同步圖形觀測后解算而得。由于網中多余基線的存在，使GPS 網內部各閉合環路產生閉合差矛盾，經最小約束平差（只提供位置基準的自由網平差）處理后，使GPS 網的內部成為具有幾何唯一性的形體，此時的網內相對精度是GPS 網質量的真實代表。無約束平差提供各控制點在WGS84 坐標系下的三維坐標，各基線向量三個坐標觀測值的總改正數等信息。其中三維基線向量改正數最大值應滿足如下公式：dV △X ≤2σ，dV △Y ≤2σ，dV △Z ≤2σ。精度統計見表一。

基線向量改正數統計表 ：

表1

為了將WGS84 坐標轉換成地方坐標，通常采取與已知的國家控制點聯測，用完全約束平差的方法在處理外部多余約束所產生的矛盾的同時，也完成了坐標的轉換。此時所提供的網精度為使用精度。由于此次地震將安縣周圍的多數國家控制點都已經破壞。僅在花荄鎮西面的前進村剩余四等點三道拐和縣城里的四等點五路口二個，所以，安縣的新控制網平差只能以三道拐和五路口的平面坐標作為起算，經過約束平差計算出各個控制點在 北京54 坐標系下的三維坐標。經二維約束平差計算后，GPS 網最弱邊相對中誤差為: GP08-GP03： 1/83363。最弱點點位中誤差為：GP08： 0.28 厘米。

控制點的高程測量采用四等水準聯測后，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。計算結果表明，新的安縣GPS 控制網精度高、網形合理，完全能滿足災后重建的需要。

4 結論

在測繪技術手段日新月異的今天，GPS 技術已經成為了建立控制網的主要手段，尤其是在工程時間要求緊的情況下，GPS 技術的高效、快捷、準確的特點再一次顯示出來。而且布設控制網也應向布設精度高、使用方便、更新方便的方向發展。但考慮到測繪成果的繼承性，城市控制網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的前提下，采用新技術提高原來控制網的精度就是一種很不錯的選擇。

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