GPS控制網(wǎng)布設(shè)與點(diǎn)位精度探討

摘 要：GPS技術(shù)在工程測(cè)繪中有廣泛應(yīng)用，其中GPS控制網(wǎng)的布設(shè)以及點(diǎn)位精度控制，對(duì)測(cè)量結(jié)果有直接影響。文章首先對(duì)GPS控制網(wǎng)的布設(shè)方法進(jìn)行研究，包括控制網(wǎng)布設(shè)要求、GPS控制點(diǎn)的選擇、布設(shè)方案優(yōu)選、平面控制網(wǎng)施測(cè)等。在此基礎(chǔ)上，通過分析計(jì)算和對(duì)比，提出幾點(diǎn)GPS控制網(wǎng)點(diǎn)位精度控制方法，以期提升GPS測(cè)量結(jié)果的可靠性。

關(guān)鍵詞：GPS控制網(wǎng);布設(shè)方法;點(diǎn)位精度

GPS技術(shù)即全球衛(wèi)星定位技術(shù)，在衛(wèi)星和地面系統(tǒng)的配合下，可以對(duì)全球范圍內(nèi)的三維位置信息進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量精度較高，還具有實(shí)時(shí)導(dǎo)航等功能。在工程測(cè)繪技術(shù)的信息化發(fā)展過程中，GPS技術(shù)發(fā)揮著重要作用，與GIS技術(shù)、RS技術(shù)合稱為3S技術(shù)，可以為工程測(cè)繪活動(dòng)提供多方面的技術(shù)支持。

一、GPS控制網(wǎng)布設(shè)方法

（一）布設(shè)要求

根據(jù)《全球定位系統(tǒng)測(cè)量規(guī)范（2009）》中的GPS控制網(wǎng)布設(shè)要求，需要根據(jù)作業(yè)級(jí)別，控制好相鄰點(diǎn)基線分量的誤差，合理設(shè)計(jì)相鄰點(diǎn)間的平均距離。比如某測(cè)區(qū)中的北部主要為草地，其余部分為樓房、空地，東部有一大面積水域，可能會(huì)對(duì)GPS測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生一定影響。整個(gè)測(cè)區(qū)的控制面積為2km2，東西向最大長(zhǎng)度約為2km，南北向最大長(zhǎng)度約為1km，在測(cè)區(qū)大部分區(qū)域可以通行汽車，時(shí)速在15km/h到25km/h左右。對(duì)于該測(cè)區(qū)的GPS控制網(wǎng)布設(shè)要求是最弱邊的相對(duì)誤差小于等于1/45000，最弱點(diǎn)的誤差小于等于5cm[1]。

（二）GPS控制點(diǎn)選擇

在GPS控制點(diǎn)選取過程中，需要考慮的因素眾多。首先應(yīng)充分考察站點(diǎn)周圍地理環(huán)境，將控制點(diǎn)布設(shè)在相對(duì)開闊地帶，確保周圍仰角10°范圍內(nèi)沒有障礙物。其次應(yīng)考察控制點(diǎn)的地質(zhì)條件，在布點(diǎn)過程中，避開斷裂帶等地質(zhì)不穩(wěn)定區(qū)域，在地質(zhì)條件相對(duì)的基巖、巖石上布設(shè)GPS控制點(diǎn)。如果沒有符合條件的基巖，可以選擇在土層布點(diǎn)，但要確保土質(zhì)條件的穩(wěn)定性，盡量避開松軟土層。在GPS控制點(diǎn)的布設(shè)過程中，也需要考慮點(diǎn)位交通條件，盡量將控制點(diǎn)布置在交通方便區(qū)域，一來可以方便上點(diǎn)觀測(cè)，二來可以節(jié)省搬站時(shí)間和測(cè)量費(fèi)用，同時(shí)也有利于提高GPS控制點(diǎn)利用效率。所選擇的控制點(diǎn)應(yīng)有利于長(zhǎng)期保存，綜合考慮用地規(guī)劃、社會(huì)狀況等，合理選擇GPS控制點(diǎn)布設(shè)位置。此外，出于安全和測(cè)量可靠性的考慮，在布點(diǎn)過程中應(yīng)避開大型水域、大型金屬物及其他易反射電磁波的物體。如果布設(shè)在這些區(qū)域，容易產(chǎn)生多徑效應(yīng)，而且多徑效應(yīng)不易在觀測(cè)中發(fā)現(xiàn)，到數(shù)據(jù)處理時(shí)才能發(fā)現(xiàn)，往往還需要進(jìn)行補(bǔ)測(cè)。點(diǎn)位上方也不能存在高壓輸電線，在點(diǎn)位周圍100m范圍內(nèi)，不應(yīng)有大功率電臺(tái)、變電站和微波中繼站等，從而避免對(duì)測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生負(fù)面影響[2]。

（三）布設(shè)方案選擇

在GPS控制網(wǎng)的布設(shè)方案選擇過程中，需要充分考慮控制網(wǎng)對(duì)測(cè)量精度的影響，經(jīng)過點(diǎn)和邊的連接對(duì)比，合理布置控制網(wǎng)形式。一般情況下，測(cè)區(qū)起點(diǎn)部分控制點(diǎn)較小，在上述測(cè)區(qū)中，整體呈狹長(zhǎng)彎曲布置形式，測(cè)區(qū)最寬處不足0.5km，通視條件較差，容易增加全站儀導(dǎo)線控制測(cè)量難度。因此，自重采用GPS靜態(tài)平面網(wǎng)控制方式，根據(jù)測(cè)量任務(wù)要求，需要滿足城市II級(jí)控制網(wǎng)的精度要求。根據(jù)配置的以期數(shù)量，共包含3套GPS雙拼接收機(jī)，可以在設(shè)計(jì)過程中，對(duì)各種布網(wǎng)形式進(jìn)行評(píng)價(jià)，由于接收機(jī)數(shù)量較少，無法采取網(wǎng)連式布置方式，只能采取點(diǎn)連式或邊連式布置方式。在設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)過程中，可以將評(píng)價(jià)等級(jí)分為5等，分別對(duì)應(yīng)1～5分，其中點(diǎn)連式方案的觀測(cè)段數(shù)量評(píng)分為5分，作業(yè)操作性評(píng)分為4分，圖形強(qiáng)度為1分，精度評(píng)分為2分，綜合評(píng)分為12分。邊連式的觀測(cè)段數(shù)量為3分，作業(yè)操作性評(píng)分為3分，圖形強(qiáng)度為2分，精度評(píng)分為4分，綜合評(píng)分為14分。經(jīng)過分析評(píng)價(jià)，采用邊連式布網(wǎng)方式可以獲得更好的效果。最終確定的布設(shè)方案為同步三邊形方式，可以兼顧測(cè)量精度和作業(yè)效率方面的要求。此外，該測(cè)區(qū)的起算點(diǎn)數(shù)量為2個(gè)，在檢驗(yàn)起算點(diǎn)精度時(shí)，需要將直接基線觀測(cè)納入到GPS控制網(wǎng)中。

（四）平面控制網(wǎng)施測(cè)

上述測(cè)區(qū)的野外作業(yè)采用3臺(tái)S900型號(hào)GPS接收機(jī)，按照E級(jí)布置GPS平面控制網(wǎng)，根據(jù)相關(guān)測(cè)量技術(shù)要求進(jìn)行測(cè)量。在施測(cè)過程中規(guī)定，站點(diǎn)如不搬站則不關(guān)機(jī)，確保觀測(cè)時(shí)間段足夠長(zhǎng)，從而提升連接邊基線向量精度。施測(cè)過程中需要專人值守，檢查確定有效衛(wèi)星歷元數(shù)符合要求，及時(shí)通知其他測(cè)站，如不符合要求則延長(zhǎng)時(shí)間段，確保觀測(cè)精度。在觀測(cè)期間接收機(jī)不能重新開關(guān)機(jī)，也不能移動(dòng)天線。另外在GPS觀測(cè)時(shí)，要控制同步靜態(tài)觀測(cè)時(shí)間在40min以上，觀測(cè)衛(wèi)星大于等于4顆，高度角大于等于15°。觀測(cè)時(shí)的衛(wèi)星分布象限應(yīng)在2個(gè)或以上，點(diǎn)位幾何圖形強(qiáng)度應(yīng)<6。在整個(gè)施測(cè)過程中，應(yīng)確保接收機(jī)的天線嚴(yán)格對(duì)中，在觀測(cè)過程中注意檢查，并做好觀測(cè)時(shí)間和數(shù)據(jù)記錄，結(jié)束觀測(cè)后按照相關(guān)技術(shù)規(guī)程下載觀測(cè)數(shù)據(jù)。

二、GPS控制網(wǎng)的點(diǎn)位精度控制

（一）基線解算影響及控制

在GPS野外作業(yè)觀測(cè)中，需要對(duì)觀測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量及時(shí)進(jìn)行檢測(cè)，確保數(shù)據(jù)可靠性，從而提升野外作業(yè)效率和定位精度。在基線解算過程中，如果起點(diǎn)坐標(biāo)設(shè)定不準(zhǔn)確，會(huì)影響基線尺度及方向的準(zhǔn)確性。可通過在解算過程中采用高準(zhǔn)確度坐標(biāo)作為起點(diǎn)，并進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的測(cè)點(diǎn)定位，與準(zhǔn)確的點(diǎn)進(jìn)行聯(lián)測(cè)，保證基線結(jié)算的準(zhǔn)確性。在進(jìn)行整網(wǎng)基線解算時(shí)，起點(diǎn)坐標(biāo)是由一個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)衍生出來的，容易出現(xiàn)系統(tǒng)偏差，可通過引入系統(tǒng)參數(shù)方法解決。如果少數(shù)衛(wèi)星觀測(cè)時(shí)間較短，其整周未知數(shù)難以確定，也會(huì)影響解算精度，遇到這種情況應(yīng)刪除該衛(wèi)星觀測(cè)數(shù)據(jù)，不參與解算，從而降低誤差范圍。此外，在整個(gè)觀測(cè)過程中，會(huì)出現(xiàn)個(gè)別時(shí)段的周跳過多，導(dǎo)致其修復(fù)不完善。出現(xiàn)這種情況時(shí)，可以對(duì)觀測(cè)值殘差進(jìn)行分析，刪除殘差過大的觀測(cè)值。在多路徑等影響效應(yīng)的判別過程中，也可以采取觀測(cè)值殘差分析方法，通過提高截止高度角，將部分影響數(shù)據(jù)剔除。

（二）基線解算和網(wǎng)平差比較

在基線解算過程中，需要采用專用的GPS數(shù)據(jù)處理軟件，對(duì)觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，完成基線解算工作。首先打開GPS數(shù)據(jù)處理軟件，然后新建項(xiàng)目，設(shè)置控制網(wǎng)的等級(jí)和坐標(biāo)系統(tǒng)，添加觀測(cè)數(shù)據(jù)。進(jìn)而在靜態(tài)基線處理設(shè)置中輸入天線高，開始進(jìn)行基線解算。接下來進(jìn)行平差處理，設(shè)置網(wǎng)平差闡述，經(jīng)過自動(dòng)處理后得到三維平差，在錄入已知的點(diǎn)坐標(biāo)，進(jìn)行高程擬合，完成網(wǎng)平差計(jì)算。在上述測(cè)區(qū)的測(cè)量過程中，分別對(duì)兩組數(shù)據(jù)的基線相抵中誤差、平差后坐標(biāo)、點(diǎn)位精度等進(jìn)行了比較分析。從對(duì)比結(jié)果來看，第一組數(shù)據(jù)的整體精度高于第二組數(shù)據(jù)，分析其原因，主要是由于兩組數(shù)據(jù)的觀測(cè)時(shí)間不同。第一組數(shù)據(jù)是在早上進(jìn)行測(cè)量的，第二組數(shù)據(jù)則是在下午進(jìn)行測(cè)量的，為提高觀測(cè)精度，應(yīng)盡量在早上進(jìn)行測(cè)量。

（三）控制網(wǎng)的合理化控制

從上述測(cè)區(qū)的整個(gè)GPS控制網(wǎng)布設(shè)到測(cè)量數(shù)據(jù)分析過程來看，要實(shí)現(xiàn)對(duì)控制網(wǎng)的合理化控制，應(yīng)在布網(wǎng)過程中充分考慮測(cè)量影響因素，嚴(yán)格按照布網(wǎng)精度要求進(jìn)行布設(shè)。在設(shè)計(jì)階段就需要通過評(píng)估分析，選擇最佳的布網(wǎng)方式。在野外測(cè)量作業(yè)中，需要及時(shí)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行檢測(cè)和處理，剔除不合理的數(shù)據(jù)，避免對(duì)最終測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生影響。此外還要合理選擇測(cè)量時(shí)間，盡可能提高數(shù)據(jù)測(cè)量精度。通過采取綜合控制方法，可以為GPS控制網(wǎng)的測(cè)量可靠性提供保障，從而最大化的發(fā)揮GPS技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。

三、結(jié)語

綜上所述，通過對(duì)GPS控制網(wǎng)設(shè)計(jì)和布置，綜合考慮各方面影響因素，嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)范要求做好點(diǎn)位布置，可以最大化的為最終測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確性提供保障，從而為工程建設(shè)活動(dòng)提供科學(xué)依據(jù)。

參考文獻(xiàn)：

[1]高號(hào).工程控制網(wǎng)布置方式及精度分析[J].產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新研究，2018（07）：103-104.

[2]趙競(jìng)德，高強(qiáng)，劉軍.GPS控制網(wǎng)布設(shè)與點(diǎn)位精度分析[J].內(nèi)蒙古科技與經(jīng)濟(jì)，2017（14）：81-83+85.

作者簡(jiǎn)介：李攀（1986—），漢，湖北省老河口市，本科，工程師，從事工程測(cè)量。