GPS在城市控制網(wǎng)中的應(yīng)用研究

■白云婷 賈亞娜

（天津市測(cè)繪院天津300381）

GPS在城市控制網(wǎng)中的應(yīng)用研究

■白云婷 賈亞娜

（天津市測(cè)繪院天津300381）

在城市控制網(wǎng)中，GPS系統(tǒng)建設(shè)的不斷完善和其定位技術(shù)的廣泛推廣以及對(duì)GPS的進(jìn)一步深入的研究開(kāi)發(fā)，還有GPS在多種衛(wèi)星定位系統(tǒng)上的共用，這些條件給測(cè)繪行業(yè)帶來(lái)了革命性的變化，GPS定位技術(shù)已完全取代了以往用常規(guī)測(cè)距、測(cè)角的手段來(lái)建立城市的控制網(wǎng)。GPS技術(shù)與其他技術(shù)相比其定位技術(shù)具有速度快、精度高、省費(fèi)用、全天候作業(yè)、操作簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)，GPS建立的布網(wǎng)不受常規(guī)通視條件的限制，如今已成為在建立城市控制網(wǎng)中的最主要的技術(shù)手段。

GPS技術(shù) 城市控制網(wǎng)

近年來(lái)GPS接收機(jī)質(zhì)量和精度不斷提高，用GPS測(cè)量坐標(biāo)的絕對(duì)和相對(duì)精度提高到厘米級(jí)甚至亞毫米級(jí)，大大拓展了它的應(yīng)用范圍和在工程測(cè)量中的作用。多年來(lái)在控制測(cè)量中應(yīng)用GPS的經(jīng)驗(yàn)表明，利用GPS建立高精度工程測(cè)量平面控制網(wǎng)是可行的，但GPS建立的高程控制網(wǎng)在現(xiàn)階段達(dá)不到工程施工的要求。下面文章就GPS在城市控制網(wǎng)中的應(yīng)用進(jìn)行分析。

1　GPS測(cè)量的特點(diǎn)

1.1在大地控制測(cè)量中精度高

GPS控制測(cè)量的精度在大地控制測(cè)量中高于常規(guī)利用全站儀進(jìn)行的三角測(cè)量。

1.2測(cè)站之間不需通視

GPS測(cè)量可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況和測(cè)量的實(shí)際需要確定點(diǎn)位，選點(diǎn)和測(cè)量工作更加靈活方便。

1.3儀器操作簡(jiǎn)單、觀測(cè)方便

測(cè)量人員只需對(duì)中、整平、量取GPS天線高及開(kāi)機(jī)后設(shè)定參數(shù)，GPS接收機(jī)即可進(jìn)行自動(dòng)觀測(cè)和記錄，操作已達(dá)智能化。

2　全球定位系統(tǒng)的發(fā)展及其實(shí)踐應(yīng)用

如今，GPS衛(wèi)星定位早已廣泛地應(yīng)用在車(chē)輛調(diào)度與導(dǎo)航、海空導(dǎo)航、導(dǎo)彈精確制導(dǎo)、精密定位、電離層監(jiān)測(cè)、地殼運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)、變形監(jiān)測(cè)與工程測(cè)量與放樣以及設(shè)備安裝等眾多領(lǐng)域，GPS在我們的工作和生活方面發(fā)揮了越來(lái)越重要的作用。在測(cè)繪領(lǐng)域，GPS己成為建立大地控制網(wǎng)中的主要手段。我國(guó)在1992年運(yùn)用全球?qū)Ш蕉ㄎ患夹g(shù)并在全國(guó)成功建立起由28個(gè)測(cè)點(diǎn)組成的國(guó)家A級(jí)GPS控制網(wǎng)平臺(tái)，經(jīng)過(guò)精密測(cè)算，地心的坐標(biāo)精度優(yōu)于0.1m，其后又經(jīng)過(guò)兩次嚴(yán)密測(cè)算，精度在原有的基礎(chǔ)上提高了3倍；我國(guó)又于1996年完成了由730個(gè)測(cè)點(diǎn)組成的國(guó)家B級(jí)GPS網(wǎng)平臺(tái)，測(cè)算平差后其地心坐標(biāo)精度仍為0.1m，計(jì)算出的基線邊長(zhǎng)相對(duì)精度提高了1倍；在此之后，又建成了中國(guó)地殼運(yùn)動(dòng)觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)以及全國(guó)性的GPS連續(xù)運(yùn)行站網(wǎng)，逐步穩(wěn)健的完成了ITRF框架在建立高精度地心坐標(biāo)系應(yīng)中的運(yùn)用以及空間大地網(wǎng)的方法和理論的時(shí)間研究。這些新技術(shù)研究成果已在工程項(xiàng)目和城市控制網(wǎng)建設(shè)中得到具體應(yīng)用，且GPS全球定位技術(shù)已經(jīng)成為城市基礎(chǔ)地理信息設(shè)施建設(shè)的最重要最可靠的技術(shù)保障。

3　GPS點(diǎn)在城市控制網(wǎng)中的布設(shè)原則

充分利用當(dāng)?shù)爻鞘械貐^(qū)的國(guó)家級(jí)GPS網(wǎng)點(diǎn)和GPS連續(xù)運(yùn)行站的數(shù)據(jù)，用來(lái)構(gòu)成城市控制網(wǎng)的基礎(chǔ)框架結(jié)構(gòu)。要以框架網(wǎng)為布設(shè)依托，將城市控制網(wǎng)的點(diǎn)位原則上布設(shè)于交通相對(duì)便利的地方。GPS網(wǎng)和水準(zhǔn)網(wǎng)的相互結(jié)合運(yùn)用，在地區(qū)內(nèi)均勻的布設(shè)一定密度的GPS網(wǎng) (其點(diǎn)距離平地應(yīng)為 7km～10km，而山地標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)為10km～20km左右)，同時(shí)可以用二等水準(zhǔn)進(jìn)行聯(lián)測(cè)高程。城市控制網(wǎng)中GPS點(diǎn)位的布設(shè)與未來(lái)似大地水準(zhǔn)面精化目標(biāo)需要確保高度的一致性。在城市控制網(wǎng)的建設(shè)中應(yīng)當(dāng)顧及周邊各個(gè)區(qū)、縣的基礎(chǔ)控制以及其在未來(lái)的發(fā)展的需要。應(yīng)當(dāng)在政府所在地至少要布設(shè)3個(gè)GPS點(diǎn)，新的選點(diǎn)要選在城鎮(zhèn)附近并且交通方便的地方。在建設(shè)和更新中，為了確保新舊控制網(wǎng)可以以最佳的狀態(tài)相吻合，必須均勻的選擇觀測(cè)條件好同時(shí)相對(duì)穩(wěn)定的二、三、四等三角點(diǎn)進(jìn)行聯(lián)測(cè)。在城市控制網(wǎng)的布設(shè)中為了可以確保點(diǎn)位的穩(wěn)定性，點(diǎn)位應(yīng)盡量選擇在地基基礎(chǔ)堅(jiān)固的地方，盡量避開(kāi)當(dāng)?shù)爻鞘袚碛械拇蟮牡刭|(zhì)斷裂帶。

4　城市控制網(wǎng)在現(xiàn)代化建設(shè)中的目標(biāo)

目前我國(guó)絕大多數(shù)城市的坐標(biāo)框架僅僅是二維構(gòu)成的，呈現(xiàn)出的是平面圖像，能提供的成果僅僅是這些控制點(diǎn)在地方獨(dú)立坐標(biāo)系中表現(xiàn)出的高斯直角坐標(biāo)。即便是從20世紀(jì)90年代起，許多的城市采用了GPS技術(shù)對(duì)城市的控制網(wǎng)進(jìn)行了基礎(chǔ)改造，所反映出的情況還是如此。因?yàn)椋瑔尉酮?dú)立的坐標(biāo)系而論，所提供的是大地高近似高度和大地經(jīng)緯度與國(guó)家參考橢球面，并不是與平面坐標(biāo)能夠相對(duì)應(yīng)的區(qū)域性橢球面上，應(yīng)當(dāng)具有的大地高和大地經(jīng)緯度。其所給出的三維直角坐標(biāo)情況也與這個(gè)相類(lèi)似，這是一種屬于含義不清晰的參心坐標(biāo)系。我國(guó)在這方面長(zhǎng)期以來(lái)因?yàn)槭艿娇萍妓降木窒扌裕c(diǎn)位的表示和測(cè)定總是被分解為高程和平面位置這兩個(gè)方面。這種情況當(dāng)然不能稱(chēng)為是在一個(gè)統(tǒng)一的三維坐標(biāo)系中的實(shí)際三維坐標(biāo)，被迫無(wú)奈，城市建設(shè)者和技術(shù)人員也就只能滿足于二維的平面坐標(biāo)系。隨著虛擬技術(shù)和空間技術(shù)的不斷飛躍發(fā)展，如今現(xiàn)代城市的控制網(wǎng)最好也同時(shí)具有可以滿足客觀空間具體的標(biāo)準(zhǔn)三維地心坐標(biāo)。這將是城市進(jìn)行精密測(cè)量技術(shù)的一個(gè)發(fā)展前景和主流趨勢(shì)。在2003年，國(guó)家的測(cè)繪部門(mén)己面向全國(guó)提供了三維地心坐標(biāo)，他是以GPS2000網(wǎng)為坐標(biāo)框架，正因如此，在如今城市控制網(wǎng)改建和革新上，就需要將在城市建設(shè)精確的三維地心坐標(biāo)系進(jìn)行全面的考慮，確保其可以和國(guó)家的現(xiàn)代化建設(shè)統(tǒng)一戰(zhàn)線，并可以與國(guó)際技術(shù)接軌。在城市控制網(wǎng)的實(shí)際運(yùn)用上，精確的建立城市三維地心坐標(biāo)框架的又能有力地推動(dòng)GPS在實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位技術(shù)（RTK）上的快速發(fā)展和高效普及，并在其的實(shí)際運(yùn)作中有力地促進(jìn)城市地區(qū)的地理信息基礎(chǔ)建設(shè)。

5　結(jié)束語(yǔ)

由此可見(jiàn)，當(dāng)觀測(cè)現(xiàn)場(chǎng)的通視條件較差，控制網(wǎng)圖形條件達(dá)不到要求，利用全站儀測(cè)量難以達(dá)到精度要求時(shí)，利用GPS進(jìn)行測(cè)量，并在GPS平差中加入全站儀測(cè)量的高精度邊和方位角作為已知數(shù)據(jù)，在GPS的平差軟件中進(jìn)行二維約束平差，可以提高控制網(wǎng)測(cè)量精度。但需要有適當(dāng)高精度已知數(shù)據(jù)才能達(dá)到工程施工測(cè)量的要求，這就需要配合使用高精度的全站儀。同時(shí)，GPS測(cè)量精度受到作業(yè)的環(huán)境、儀器性能和軟件功能的影響，如何降低甚至消除這些影響，GPS測(cè)量如何進(jìn)行才能獨(dú)立地完成高精度工程測(cè)量控制網(wǎng)的建立，還需要較長(zhǎng)時(shí)間的探索和進(jìn)一步研究。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，GPS測(cè)量的精度會(huì)越來(lái)越高，其將在高精度工程測(cè)量中得到廣泛應(yīng)用。

[1]于立國(guó).GPS技術(shù)在平面控制網(wǎng)中的應(yīng)用與研究 [D].山東科技大學(xué),2005.

[2]萬(wàn)軍.GPS在水運(yùn)工程控制網(wǎng)中的應(yīng)用研究 [D].中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（北京）,2010.

[3]白玉生.GPS在城市測(cè)量控制網(wǎng)改造中的應(yīng)用與研究 [D].遼寧工程技術(shù)大學(xué), 2004.

P224.8[文獻(xiàn)碼]B

1000～405X（2016）～4～253～1