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    GPS技术改造城市控制网的方案探讨

    2013-07-08 18:27:43 来源: 测绘论坛 作者:
    聊聊

    摘要: 本文通过对GPS技术改造城市控制网的两种方案进行比较和分析,得出了城市控制网改造采用的最佳方案,并给出了具体城市采用此方案的意义。  
    一、前 言

      近几年来,许多城市已利用gps平面控制网对原有的城市控制网进行了改造,其目的是将旧网改造成符合或高于现行规定的新网,以适应城市建设的发展。但有的单位没有考虑城市的具体情况,未采用合适的gps技术改造方案,结果精度指标不但没有提高,反而浪费了人力和物力。因此有必要对城市控制网改造采用的适宜方案进行探讨。
      
    二、两种gps布网方案的比较

      1. 两种方案的提出
      方案1  局部加密:
      保留城市的首级控制网不动,在若干首级网点的控制下,分期分区采用gps测量加密控制点,以取代次级网的一些控制点。

      方案2  全面改造:
      先在全城市范围内按城市独立坐标系布设并归算gps首级城市控制网,再分期分区建立gps加密控制网。
      用gps技术改造城市控制网基本采用以上两种不同技术方案,或者是把这两者结合起来使用。

      2. 两种技术方案的比较
      以下比较是以城市首级网为二等网进行的。局部加密技术方案比较简单,由于省去了首级gps控制网的测设,工作量相对要小些。在此,维持城市坐标系是通过保持现有城市首级网坐标来实现的,数据处理工作较为简便。由此方法加密得出的gps点与原有的三、四等点坐标差异可能小些,这样便于成果图的继续使用,也便于技术资料的管理。这种方案实质上就是将若干地面网控制点进行gps网的平差归算,曾为不少城市建立gps控制网时所采用,但其效果不太明显。

      假定现有二等点的固定误差(相邻二等点间约10 cm)且经过几十年的点位变动并未得到消除和改正,以它们作固定点进行附合平差将会造成gps网的扭曲变形,而且因起算数据误差而影响gps加密点的准确性,于是当整个城市的gps网布设完毕后,遇到高精度的大型精密工程,仍须另行建立控制网,不能利用周围的已有gps控制网点直接进行施工放样或将它们作为附合网的已知点。

      采用局部加密方案测设的gps控制网,其精度不会高于原有的三等网,而且在分期加密gps点的过程中,在相邻gps加密网之间的公共点上的两组坐标会出现10 cm左右误差,在数据处理和管理上会带来一定的麻烦;由于要将坐标进行改算,改算工作量也会很大。
      利用方案2,能极大地提高城市控制网的测定精度,在网平差之前若利用广播星历,基线向量的解算精度约为2×10-6d。在一个城市中布设gps首级网,由于首级网点平差后坐标的点位中误差及点间相对点位中误差均很小,若每期利用若干首级点对加密的gps网作附合平差,加密网不会受到扭曲,仍能达到很高精度。分期布设的各区gps加密网能密切吻合,对于大型精密工程,只需在已有的gps点的基础上,按需要增设并联测少数点,就能建成高精度的施工控制网,并能以远离施工区域的gps控制点进行施工变形监测。

      按方案2全面分级布设gps网,能大大地提高城市控制网的精度。但从技术的角度看,采用方案2也存在某些不便之处。由于以gps首级网取代原来的首级网(二等网),虽然gps网点坐标归算到当地城市坐标系,使起算点坐标、起算方位角、中央子午线经度、边长归算的高程基准面均与现有二等网取得一致,然而在同一个点上,gps首级网点的坐标与现有坐标值可能存在较大的差异,而且离原点越远,差异也越大。假设地方原点到最边缘点为30 km,若取边长的相对精度为1∶20万(长边的精度要高于相邻点间相对精度),实际点位精度约为20 cm,由此加密的gps网点也与旧网三、四等点出现坐标差异,因此新旧坐标必须进行改算。通过gps网作适当平移、旋转和尺度伸缩等,并采用加权赫尔默特变换方法减小坐标差异,其工作量较大。
      
    三、城市控制网改造采用的适宜方案

      对于小城市进行改造,采用方案2是比较好的选择方案。因为小城市面积小,即使布设首级网,其工作量也很小,而且能够更好地提高精度。

      对于较大的城市而言,采用方案2较好。尽管采用方案1能满足城市测量规范的精度要求,而且能节省一定的工作量,但是应当看到,城市测量规范是依据常规测量技术条件的可行性及大比例尺测图和一般市政工程施工放样的需要而制定的,它所规定的指标并不能满足诸如高精度施工放样控制点及解析法数字化地籍所需的精度。随着技术的发展,进一步提高控制网精度是必要的,而精度的提高可扩大城市控制网的功能,为获取更准确的地理数据创造必要的条件。而且大城市周围有一系列小城市,可在大城市和周围城市进行gps联测。因而采用方案2比方案1好。

      对于中等城市的控制网改造,则要具体情况具体分析。在控制点丢失较少的情况下,尽量维持旧网的稳定状态:一方面应及时恢复已丢失的控制点,这样由于所恢复的控制点控制面积小能尽量减少新旧坐标的差异;另一方面,在扩大控制网时最好在原控制网的边缘向外扩展,因此采用这两种方案相结合的方法较好。如果控制点丢失较多,而旧网改造的目的是为了提高精度,若采用方案1精度显然难以提高,不能满足精度要求较高的工程的需要,因此最好采用方案2。

      总之,各城市控制网都已建立了几十年,其控制点已发生了较大的移动,精度一般不能达到工程的需要,因此进行城市控制网的改造采用方案2利多弊少。
      
    四、对城市控制网进行全面改造的意义

      苏州市、宁波市的控制网改造都采用了方案2,其gps首级网的等级为二等,然后用gps加密全面取代现有的三角网,将控制网的精度提高到一个崭新水平,使其成为多方面获取城市地理信息的多功能控制网。即将进行的上海市城市控制网的改造也采用方案2。采用方案2进行改造有着重大的意义:
      1. 保证了控制点位的准确性和时效性
      由此得到的点位正是gps施测期间的点位,不仅完全排除以往点位的影响,而且今后一旦发生点位移,可进行局部或有重点的定期复测来查明和改正,从而使控制网点和坐标具有更高的可靠性和时效性。
      2. 使以往传统意义上的测量控制网兼有三维形变监测的功能
      在gps首级和次级网中适当地选取若干网点,使其构成监测这些城市地面动态变化的监测网。利用gps高精度的资料定期进行复测,并采用合理的数据处理方法,便可获取地面三维形变的丰富信息。
      3. 有利于今后的gps静态及动态的差分测量。
      4. 可以得出wgs-84坐标系与这些城市坐标系之间的精确转换参数。

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