如何应用GPS技术施测城市GPS控制网

【摘　要】　本文介绍了百色市E级GPS网的布设，重点介绍了GPS网等级精度指标的确定、野外选点埋石方案、外业观测、内业数据处理以及精度分析。

【关键词】　GPS E级网 三维无约束平差 二维约束平差

　　百色市首级控制网由广西第一测绘院布设，并采用GPS技术按照E级网精度进行施测。该市E级GPS控制网由13个新点和3个已知控制点组成，整个工期只用了五个工作日就全面完成，实测精度为优，取得了很好的经济效益和社会效益。 　

　1 精度等级布设 　　

《全球定位系统城市测量技术规程》规定，各级GPS控制网相邻点间平均距离应符合表（1）要求，相邻点最小距离为平均距离的1/3～1/2；最大距离可为平均距离的2～3倍。表（1） GPS控制网等级精度划分 单位：km 

　　按照表（1）的等级划分，百色市首级控制网的等级精度设计按照E级GPS网来布测。根据百色市区的规划需要，百色市E级GPS控制网由16个GPS控制点组成，点位分布如图（1）所示。控制点点间距离在2～4公里，控制面积约160平房公里。 

图（1） 　

　2 GPS网观测 

　　2.1 作业依据
　　◆ 《全球定位系统城市测量技术规程》CJJ73-7；
　　◆ 《百色市E级GPS控制网测量技术设计书》；
　　◆ 由广西测绘局档案馆提供的起算点成果资料。
　　2.2 参与人员及仪器设备
　　◆ 参与人员：工程师5人，技术员3人；
　　◆ 仪器设备：美国生产Trimble-4000SSE双频GPS接收机4台（标称精度：5mm＋1ppm），便携式计算机1台，越野汽车2辆；
　　◆ 数据处理软件：美国Trimble公司研制的《GPSurvey2.35v》基线解软件，武测天任公司研制的《宝威ADJ3.0v》网平差软件。
　　2.3 技术参数
　　根据《全球定位系统城市测量技术规程》规定的各等级的作业基本技术要求，百色市E级GPS控制网按照以下技术要求进行数据采集：
　　◆ 卫星高度角≥15°；
　　◆ 数据采样率15″；
　　◆ 同步观测卫星≥4个；
　　◆ 同步观测时间45～60分钟；
　　◆ 点位几何图形强度因子PDOP≤6；
　　◆ 每点平均重复设站≥1.6次；
　　◆ 最简异步环边数≤8。


　　2.4 外业观测


　　外业构网观测时充分考虑到测区的点位分布以及交通情况，用4台GPS接收机进行同步观测，以边连结和点连结联合推进方式，用网环路和子环路构成闭合式的GPS网，以便及时计算同步环和异步环的坐标分量闭合差，发现数据采集过程中出现的数据质量问题并及时处理。 　

　3 数据处理　　

    3.1 GPS基线向量解算及质量检核
　　每天晚上把当天采集回来的GPS数据通过通讯电缆输入计算机，用《GPSurvey2.35v》软件解基线向量，在软件自动解算难以解好基线向量的情况下采用人工干预解算的方法进行手工解算，直到所有同步环闭合差、重复基线闭合差、异步环闭合差达到E级精度要求。百色市E级GPS控制网基线解算精度统计如下：


　　◆ 同步环38个，最小相对闭合差为0ppm，最大相对闭合差为1.308ppm（约为1/76.4万）；
　　◆ 重复基线3条，最小相对闭合差为-1.152ppm（约为1/86.9万），最大相对闭合差为-5.401ppm（约为1/18.5万）；
　　◆ 异步环10个，最小相对闭合差为1.843ppm（约为1/54.2万），最大相对闭合差为5.759ppm（约为1/18.4万）。


　　3.2 GPS控制网平差计算


　　◆ 坐标系统
　　根据设计书要求，GPS控制网二维约束平差选择在1954年北京坐标系下进行高斯投影计算，中央子午线选择106°30′。

　　◆ 三维无约束平差
　　在基线解算合格后，在武测天任公司研制的《PowerADJ3.0v》网平差软件上进行三维无约束平差。由软件自动选择一个点在WGS－84系统下的三维坐标作为起算依据，在WGS-84系统下进行三维无约束平差，通过三维无约束平差成果来客观评价GPS网的内部精度。三维无约束平差成果提供各控制点在WGS－84系统下的三维坐标，各基线向量三个坐标差观测值的改正数，以及点位和边长的精度信息。

　　◆ 二维约束平差
　　在三维无约束平差后，以1号点、2号点、3号点作为平面起算点，在1954年北京坐标系、中央子午线为106°30′下进行二维约束平差，作为百色市E级GPS控制网的最终成果。平差结果提供1954年北京坐标系下的二维坐标、基线边长、方位角、基线向量改正数、转换参数及其精度信息，以及坐标、方位角、基线边长的精度信息。 　
　4 网精度评定

　　对百色市E级GPS控制网1954年北京坐标系下的二维约束平差成果进行精度分析。二维约束平差计算所得到的基线边长相对中误差精度优于1/45000，其中最优边21号点至6号点的边长相对中误差精度为1/2612878，最弱边13号点至6号点的边长相对中误差为1/211503，平均精度约为1/72.6万，基线边长相对中误差统计如下表（2）所示。全网点位中误差均小于1cm，最小点位中误差为15号点0.42cm，最大点位中误差为11号点0.85cm。点位中误差分布如下表（3）。 

表（2） 基线边长相对中误差统计

表（3） 点位中误差分布　　

由《全球定位系统城市测量技术规程》可知E级GPS网最弱边相对中误差限差为1/45000，本网最弱边长相对中误差为1/211503，平均边长相对中误差为1/72.6万。点位中误差统计中，点位中误差最大值为11号点0.85cm，全网100%点的点位中误差在1.0cm内。由以上分析，百色市E级GPS控制网1954年北京坐标系下的二维约束平差成果远远优于E级GPS控制网的精度要求。

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