數字吳川GPS首級控制網建立及精度分析

蘇曉斌　曾宇

【摘要】數字城市的建設方興未艾，控制網的布設作為數字城市建設中的一個普遍現象，歷來為建設者所重視。本文以數字吳川GPS首級控制網建設為例，詳細介紹了數字吳川GPS首級控制網技術設計、外業觀測、基線解算、網平差及精度分析和可靠性檢驗的整個過程，包括外業觀測和內業解算的技術要求及數據解算的過程，并對已知數據的合理性和GPS控制網成果的正確性進行了分析。

【關鍵詞】GPS首級控制網基線解算網平差可靠性分析

中圖分類號：P22 文獻標識碼：A文章編號：1672-3791（2016）05（a）-0000-00

1前言

吳川市位于廣東省西南部的鑒江平原上，北緯21°11′～21°39′、東經110°28′～111°05′之間，東接茂名市茂南區、電白區、北接化州，西接湛江市坡頭區，南瀕南海。境內有三江流過、水系發達、日照充足、資源豐富、氣候宜人，是中國南海之濱的具有江海文化特色的安康宜居城市。吳川市交通發達，國道325線橫貫東西全境，茂湛鐵路和廣湛高速公路分別從該市經過；境西10余公里可達南方大港湛江港，境北10余公里有水東港，境內有可直航港澳的黃坡港及將擴建成為萬噸級泊位的漁商兩用博茂港；航空運輸有正在籌建中的粵西國際機場。測區共計20.6平方公里，大部測區都屬城鎮范圍，人車流量大，通視條件較差，埋設控制點較困難，且施測期間氣候變化無常，暴雨及酷暑天氣交錯，外業觀測受到極大限制，給GPS首級控制網建立帶來極大困難。

2 GPS網的布設

測區及周邊已有GPS-C及GPS-D級網，可直接布設I級控制網作為首級控制網。首級GPS控制網的布設根據《衛星定位城市測量技術規范》、《城市測量規范》及數字吳川的技術設計書要求結合當地地形地貌等地理情況進行綜合布設。考慮整體可靠性、穩定性和經濟性基礎上，充分利用原有已知高級控制點（C級、D級），在測區均勻選取4個已知點；根據選點情況和觀測作業接收機臺數，首級控制網沿著鑒河及海岸線呈網狀布設，采用邊連接形式構網，由同步三邊形、四邊形、五邊形、六邊形及異步環四邊形、五邊形、六邊形閉合圖形組成。全網共104個點，其中已知點4個。高程測量利用測區內已有國家二等水準點作為起算點（Ⅱ化電18、Ⅱ化電19），施測一個四等水準結點網，共計84個高程控制點。數字吳川GPS首級控制網如圖1所示。

根據規范要求，每平方公里需布設5個I級點，點之間至少有一個方向通視，平均距離500米，選刻點位時應選在地質情況穩定，地基堅實，且地下水位較低、四周較開闊的地方，在地面高度角15度內沒有成片的障礙物，點位均選在交通方便、且利于安全作業的地方。

3 外業觀測

控制網外業觀測采用GPS靜態模式方法觀測平面位置，采用四等水準觀測高程。平面觀測中共使用6臺套中海達V30雙頻接收機，觀測前均對各接收機、天線和基座進行了全面檢驗，檢定合格并在有效期內使用，觀測基本參數滿足規范要求。

觀測方案采用網聯式（即6臺接收機同步觀測，每次至少保持2臺接收機與前一時段架設同一點位，其余向前滾動作業），聯測測區周邊的四個C級或D級點，共計觀測255個時段，設站104站，有效基線299條，重復設站數1.8，完全符合技術要求。

.四等水準測量采用索佳C30II水準儀施測，觀測前均對水準儀、腳架和水準尺進行了全面檢驗，檢定合格并在有效期內使用，并檢測I角誤差，觀測基本參數滿足規范要求。

4數據處理

4.1 GPS數據解算

每天GPS外業觀測完成后，均及時下載觀測數據，并檢查修改點名與加注標天線高。采用HGO數據處理軟件進行基線解算，解算重復基線、同步環、異步環，最后所有外業觀測完成后，進行網平差與高程擬合。具體解算流程和相關結果如下：

（1）建立項目設置好項目屬性、中央子午線、坐標系統及限差。

（2）基線解算經數據預處理，控制網共獲得有效基線299條，基線向量解類型均為固定解，符合技術規范要求。

（3）重復基線 GPS控制網共有重復基線43條，長度較差均符合限差要求，說明基線觀測質量可靠、數據處理合格、結果可靠、內部符合精度較高，如圖2所示。

（4）閉合環閉合環分為同步環與異步環，共計558個（同步環173個，異步環385個）。由GPS三維基線向量所構成的坐標分量相對閉合差和環線全長相對閉合差均小于規范要求。異步環解算結果如圖3所示。

（5）網平差與高程擬合 GPS網平差計算先按WGS-84坐標系進行無約束平差，利用了4個GPS-D級點作為平面起算點和二等水準點2個作為高程起算點，其中82個I級點過四等水準，計算通過Tau檢驗和x2檢驗，各點坐標均為整周固定解。在無約束平差確定的有效觀測基礎上，進行三維約束平差。約束平差中，基線向量的改正數與剔除粗差后無約束平差結果的同名基線相應改正數的較差（dVΔx，dVΔy，dVΔz）應滿足下式要求：dVΔx≤2σ、dVΔy≤2σ、dVΔz≤2σ，否則應調整起算點聯測方案，剔除不兼容的起算點。

I級GPS網平差后最弱點I008，點位中誤差為±0.0078m， 最弱邊I008-I017的相對精度為1：45881，精度滿足規范和技術設計書的要求。

4.2四等水準數據處理

四等水準數據處理采用南方平差易，高程系統采用1985國家高程基準。利用測區內已有國家二等水準點作為起算點（Ⅱ化電18、Ⅱ化電19），共施測四等水準結點網一個，共計84個控制點共計58.87公里。每公里高差中誤差5.35mm，其中高程中誤差最大的5.6mm；均符合規范要求的每公里高差中誤差10mm，最弱點高程中誤差2cm。

5 結束語

城鎮首級控制網建設中，選點和布設一般都在較為繁華地帶，人多車多，高大建筑物、高壓線、無線電發射裝置等較多，GPS觀測受到影響大。這種情況下，要盡量避開，同時要考慮整網網形，加強重要網點重復觀測次數，延長觀測時間或挑選最佳觀測時段。

數字吳川GPS首級控制網采用了邊連接形式構網，由同步三邊形、四邊形、五邊形、六邊形及異步環四邊形、五邊形、六邊形閉合圖形組成，聯測4個已知大地點并利用兩個二等水準點進行四等水準測量，對整網進行平差。GPS基線向量解算中嚴格利用同步環、異步環閉合差及重復基線較差三個指標來判定基線解算質量。在二維約束平差前對已知點進行可靠性檢驗，對參與的已知點進行分析并利用四等水準進行整網的高程擬合，保證I級控制點的平面與高程的精度，該GPS首級控制網平面中誤差達到7.76 mm，高程中誤差達到20 mm。為下一步II級控制網與圖根控制網提供準確可靠的平面和高程坐標。

參考文獻

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