淺談GPS控制網(wǎng)測設(shè)的組織與實施

汪輝 張桂蓉 蔡元平

【摘 要】本文主要簡要論述了GPS控制網(wǎng)的外業(yè)組織與實施，包括控制網(wǎng)技術(shù)設(shè)計、外業(yè)準(zhǔn)備、外業(yè)實施、外業(yè)成果的計算和檢查及質(zhì)量保證措施等內(nèi)容。對相關(guān)工作進(jìn)行了分析和總結(jié)。

【關(guān)鍵字】GPS控制網(wǎng) 觀測成果 測量基線 精度

與常規(guī)測量方法相比，GPS控制網(wǎng)具有控制點間無需通視、定位精度高、觀測速度快、自動化程度高全天候作業(yè)等特點。目前在很大程度上取代了常規(guī)測量方法。GPS測量的實施一般按以下過程進(jìn)行。

一、GPS控制網(wǎng)技術(shù)設(shè)計

1、GPS網(wǎng)型設(shè)計

對于常規(guī)控制網(wǎng)來說，網(wǎng)型設(shè)計十分重要。GPS網(wǎng)的精度主要取決于觀測時衛(wèi)星與測站間的幾何網(wǎng)型、觀測數(shù)據(jù)的質(zhì)量及相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理方法，與GPS網(wǎng)型關(guān)系不大，這樣給GPS網(wǎng)的布設(shè)帶來很大的方便與靈活性。因此GPS網(wǎng)的設(shè)計主要取決于用戶的要求與用途。

在GPS網(wǎng)型設(shè)計中，為了確保GPS成果的精度與可靠性，有效發(fā)現(xiàn)粗差，GPS網(wǎng)中的獨立基線必須構(gòu)成一些幾何圖形，構(gòu)成一些獨立環(huán)或附合線路，從而形成一些幾何檢核條件。根據(jù)《全球定位系統(tǒng)（GPS）測量規(guī)范》（GB/T18314-2009）規(guī)定，各級GPS網(wǎng)獨立環(huán)或附合線路的邊數(shù)不大于表1的規(guī)定。

2、基準(zhǔn)設(shè)計

通過GPS測量，我們可以獲得WGS-84坐標(biāo)系下的地面點間的基線向量。通常我們需要的是國家坐標(biāo)系（1954北京坐標(biāo)系或1980西安坐標(biāo)系）。因此，對于一個GPS網(wǎng)，在技術(shù)設(shè)計階段就應(yīng)首先明確GPS成果所采用的坐標(biāo)系統(tǒng)和起算數(shù)據(jù)，即GPS網(wǎng)的基準(zhǔn)設(shè)計。GPS網(wǎng)基準(zhǔn)設(shè)計時，應(yīng)注意以下幾個問題：

1）GPS測量成果轉(zhuǎn)換到我們需要的地面坐標(biāo)系，應(yīng)選擇足夠的地面坐標(biāo)系的起算數(shù)據(jù)與GPS測量數(shù)據(jù)相重合，或者聯(lián)測足夠多的地方控制點，以求得坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)。一般控制網(wǎng)聯(lián)測控制點的個數(shù)不少于3個。

2）GPS網(wǎng)經(jīng)三維平差后，得到的是相對于參考橢球面的大地高，為求得GPS網(wǎng)點的正常高，應(yīng)根據(jù)需要適當(dāng)進(jìn)行高程聯(lián)測。B級網(wǎng)應(yīng)按三等水準(zhǔn)每隔2-3點聯(lián)測一點高程，C級網(wǎng)應(yīng)按三等水準(zhǔn)每隔3-6點聯(lián)測一點高程，D、E級網(wǎng)應(yīng)按四等根據(jù)具體情況確定聯(lián)測高程點的個數(shù)，聯(lián)測點一般應(yīng)均勻分布在整個測區(qū)。

3）GPS網(wǎng)的坐標(biāo)系統(tǒng)應(yīng)盡量與測區(qū)原有坐標(biāo)系統(tǒng)一致。若采用獨立坐標(biāo)系，應(yīng)掌握以下參數(shù)：參考橢球、中央子午線、縱橫坐標(biāo)的加常數(shù)、坐標(biāo)系的投影面、測區(qū)平均高程異常、起算點的坐標(biāo)。

二、GPS控制網(wǎng)的外業(yè)準(zhǔn)備

1、測區(qū)踏勘

接到GPS控制網(wǎng)的測量任務(wù)后，首先應(yīng)到實地踏勘，主要了解以下情況：1）測區(qū)的地理位置及其范圍、控制網(wǎng)的控制面積。2）用途和精度等級。3）點位分布及點的數(shù)量。4）實地交通情況。5）水系分布情況。6）已知控制點分布情況。7）居民點分布情況。

2、資料收集

1）各類圖件，如測區(qū)地形圖、交通圖等。測區(qū)總體建設(shè)規(guī)劃和近期發(fā)展方面的資料。2）測區(qū)及周邊地區(qū)課利用的已知點的成果資料，如點之記、坐標(biāo)、高程及相應(yīng)的系統(tǒng)。3）測區(qū)的地質(zhì)、氣象、交通、通信等資料。4）有關(guān)的規(guī)范、規(guī)程等。

3、技術(shù)設(shè)計書的編寫

技術(shù)設(shè)計書包括以下內(nèi)容：概述、作業(yè)依據(jù)、技術(shù)要求、測區(qū)已有資料、布網(wǎng)方案、選點與埋設(shè)、GPS網(wǎng)的觀測、觀測數(shù)據(jù)處理、驗收與上交資料、成果提交。

4、其他準(zhǔn)備工作

根據(jù)技術(shù)設(shè)計書，進(jìn)行其他準(zhǔn)備工作，如：GPS儀器的選擇與檢驗、輔助設(shè)備準(zhǔn)備、人員組織、觀測計劃的擬定等。

三、GPS控制網(wǎng)的外業(yè)實施

1、GPS網(wǎng)選點

由于GPS觀測站之間不要求相互通視，所以選點工作較常規(guī)測量要簡單得多。在選定GPS點點位時，應(yīng)遵循以下原則：

1）點位應(yīng)選在基礎(chǔ)穩(wěn)定，并易于長期保存的地點。

2）點位應(yīng)便于安置接收設(shè)備和操作，視場內(nèi)不應(yīng)有高度角大于15°的成片障礙物，否則應(yīng)繪制點位環(huán)視圖。

3）點位應(yīng)盡量在視野開闊的地帶，以利于常規(guī)儀器的加密。

4）GPS網(wǎng)點應(yīng)盡量選在交通方便的地方，當(dāng)邊長較時，還應(yīng)顧及周邊的通訊設(shè)施如電報、電話等。

5）點位附近不應(yīng)有強烈干擾衛(wèi)星信號接收的物體。點位距大功率無線電發(fā)射源的距離不小于400m，距220kv以上電力線路的距離不小于50m，以防止其對衛(wèi)星信號產(chǎn)生干擾。

6）GPS網(wǎng)應(yīng)避開強反射地面如水域、平滑地面及強反射環(huán)境如山谷、山坡等，以減少多路徑效應(yīng)的影響。

2、GPS標(biāo)石規(guī)格與埋設(shè)

不同等級的GPS點有不同的標(biāo)石規(guī)格。具體可參見《全球定位系統(tǒng)（GPS）測量規(guī)范》（GB/T18314-2009）規(guī)定。標(biāo)石埋設(shè)完畢應(yīng)繪制GPS點之記，在其上應(yīng)標(biāo)明點名、所在地、交通情況、點位略圖、埋石類型等內(nèi)容。

3、編制GPS衛(wèi)星可見性預(yù)報表及觀測計劃表

預(yù)報表應(yīng)包括可見衛(wèi)星號，衛(wèi)星高度角和方位角，最佳觀測星組，點位幾何圖形強度因子等內(nèi)容。編制預(yù)報表所用概略位置坐標(biāo)，采用適用于該表的各點的平均值。預(yù)報歷元盡可能接近作業(yè)期的中間。編制預(yù)報表所用的概略星歷齡期，最長不超過30天，當(dāng)超過30天或在此期間衛(wèi)星數(shù)及位置有變動，應(yīng)重新采集一組新的概略星歷使用。

作業(yè)隊根據(jù)衛(wèi)星可見性預(yù)報資料，在進(jìn)入測區(qū)前，需編制觀測計劃表，按該表對作業(yè)組下達(dá)相應(yīng)階段的作業(yè)調(diào)度命令。同時依據(jù)實際作業(yè)的進(jìn)展情況，及時作出必要的調(diào)整。

4、外業(yè)觀測工作

外業(yè)觀測工作主要包括天線安置、觀測作業(yè)、外業(yè)成果記錄，在此不再贅述。

四、GPS外業(yè)觀測成果的計算與檢查

1、基線解算及其檢核

觀測完畢后，首先應(yīng)解算GPS基線向量，通常采用商用軟件自動處理。

2、同步閉合環(huán)檢核

異步環(huán)閉合差的大小，是評價觀測數(shù)據(jù)成果質(zhì)量的重要標(biāo)準(zhǔn)。如果 （或 ， ）超過限值規(guī)定時，應(yīng)分析原因并對其中部分或全部成果重測。

5、GPS測量的外部檢查

為了檢查GPS測量成果的正確性，有時還可以用精密測距儀測定兩點空間距離或平面距離，與GPS基線向量計算得到的相應(yīng)邊長比較，作為外部檢查。

GPS基線測量的誤差源劃分為固定誤差和比例誤差兩部分。固定誤差主要來源于天線相位中心的不穩(wěn)定性、多路徑效應(yīng)、觀測噪聲及測站位置誤差。比例誤差主要為星歷誤差、時鐘誤差、電離層及對流層影響的殘留誤差。因此為了保證觀測質(zhì)量還應(yīng)采取以下措施：減小天線相位中心變化和多路徑的影響；防止接收信號受到電干擾；對大氣層折射影響的改正；盡量選用雙頻接收機；保證衛(wèi)星星座質(zhì)量（PDOP值）和不丟失衛(wèi)星信號。

【參考文獻(xiàn)】

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