摘 要：文章通過(guò)應用中海達V8雙頻接收機進(jìn)行本溪市石橋子新城航測GPS網(wǎng)的建立，敘述了GPS網(wǎng)測量的布設方案和實(shí)測情況，討論了GPS網(wǎng)測量的精度和體會(huì )。

　　關(guān)鍵詞：GPS網(wǎng)；精度分析；體會(huì )

　　引言

　　隨著(zhù)國家振興東北老工業(yè)基地戰略的實(shí)施，建設本溪生物醫藥產(chǎn)業(yè)基地，打造中國北方藥谷，以生物醫藥產(chǎn)業(yè)為支撐，在沈陽(yáng)市和本溪母城中間地帶，建設一座與沈陽(yáng)行政區劃接壤、占地面積60平方公里、容納人口50萬(wàn)的生態(tài)新城。這是推進(jìn)沈本一體化進(jìn)程，實(shí)現沈陽(yáng)經(jīng)濟區發(fā)展戰略的重要組成部分，是遼寧省政府舉全省之力重點(diǎn)推進(jìn)的特色產(chǎn)業(yè)之一。為了滿(mǎn)足新城規劃建設需要，市政府決定更新基礎地理數據庫，采用航測的方法完成新區81.6平方公里航測數字化成圖、DEM及正射影像圖基礎資料。

　　1.工程概況及原有資料

　　本溪市新城地理位置在41°24′22″-42°24′58″，123°37′11″-123°47′36″。有304國道、沈丹鐵路、沈丹高速公路從測區穿過(guò)，交通方便，主要居民地為石橋子、張其寨、歪頭山。測區內共搜集到1980西安坐標系Ⅱ等三角點(diǎn)4個(gè)，分別為大崴子、大旺山（即GPS16，下同）、狼洞溝和馬圈子。85高程基準國家水準點(diǎn)2個(gè)，分別為Ⅰ沈丹10和Ⅱ高程寨。經(jīng)實(shí)地勘察，上述成果標石保存完好，可作為三等GPS控制網(wǎng)的平面和高程起算點(diǎn)。采用1980西安坐標系、高斯—克呂格正形投影，統一30帶的平面直角坐標，中央子午線(xiàn)為123000'；高程采用1985年國家高程基準。

　　2.GPS網(wǎng)建立

　　2.1選點(diǎn)與埋石

　　三等GPS網(wǎng)點(diǎn)充分考慮本溪市（沈溪）新城整體發(fā)展和建設需要，點(diǎn)位分布密度科學(xué)、合理覆蓋面廣，便于保存和使用方便，進(jìn)行GPS網(wǎng)的選點(diǎn)和埋石；GPS網(wǎng)點(diǎn)和水準點(diǎn)點(diǎn)位分布、網(wǎng)點(diǎn)間距離等均滿(mǎn)足規范與設計要求。其中利用原有三角點(diǎn)11個(gè)，新埋設網(wǎng)點(diǎn)4個(gè)；新布設三等水準點(diǎn)3個(gè)。三等GPS網(wǎng)點(diǎn)編號從GPS11開(kāi)始，依次遞增至GPS22（GPS22為過(guò)渡點(diǎn)），詳見(jiàn)GPS網(wǎng)圖；新布設三等水準點(diǎn)編號從SZ01開(kāi)始，依次遞增至SZ03.

　　盡管GPS點(diǎn)的點(diǎn)位不受通視和圖形條件的限制，但是考慮到以后使用的方便，點(diǎn)與點(diǎn)之間均有兩個(gè)以上的通視方向。點(diǎn)位的基礎堅實(shí)穩定，易于長(cháng)期保存，便于觀(guān)測，交通方便，視野開(kāi)闊，視場(chǎng)內的障礙物高度角小于15°，并且遠離高壓輸電線(xiàn)及電信、電視轉播臺、微波站等大功率無(wú)線(xiàn)電發(fā)射源等強電磁場(chǎng)和微波通道處。三等GPS點(diǎn)和三等水準點(diǎn)標石相同，采用不銹鋼標芯，標石規格按照規范要求埋設。

　　2.2三等GPS網(wǎng)觀(guān)測網(wǎng)圖

　　本溪石橋子（沈溪）新城航測GPS網(wǎng)圖

　　2.3GPS數據處理及成果質(zhì)量

　　GPS接收機所接收的信息（觀(guān)測量）為偽距、載波相位差及星歷數據。要得到兩測站間的基線(xiàn)向量（相當于兩站天線(xiàn)間的直線(xiàn)距離），必須對GPS接收機信息進(jìn)行計算處理，最終求出雙差固定解或三差解作為基線(xiàn)解算的最終結果。根據技術(shù)設計要求，對外業(yè)數據資料進(jìn)行全面檢查，基線(xiàn)解算使用儀器自帶軟件“HDS2003數據軟件處理包”對數據進(jìn)行處理。全部基線(xiàn)均通過(guò)了軟件所設置的各種先驗誤差限值�；�線(xiàn)解算之后，對基線(xiàn)向量進(jìn)行了復測邊相對精度檢驗和獨立閉合環(huán)閉合差檢驗。獨立閉合環(huán)分為同步環(huán)和異步環(huán)；同步環(huán)檢驗能夠反映出基線(xiàn)本身的質(zhì)量；異步環(huán)檢驗則反映GPS網(wǎng)的整體質(zhì)量狀況。

　　測區三等GPS網(wǎng)共有基線(xiàn)58條，其中復測基線(xiàn)27條�；�線(xiàn)平均長(cháng)度為5.85km，根據技術(shù)設計規定，固定誤差a≤10mm，比例誤差系數b≤10（1×10-6），計算相鄰點(diǎn)間基線(xiàn)長(cháng)度精度（即標準差）σ為0.031m.復測基線(xiàn)長(cháng)度較差限差為0.087m.復測基線(xiàn)較差最大為0.028m（對應基線(xiàn)為GPS12-GPS13），滿(mǎn)足規范要求。同步環(huán)各分量閉合差限差為0.0107m（限差為0.0185m）；異步環(huán)各分量閉合差限差為0.1607m（限差為0.2784m）。全網(wǎng)共構成12個(gè)同步環(huán)和44個(gè)異步環(huán)。其中，同步環(huán)最大全長(cháng)閉合差為0.0151m（對應閉合環(huán)為：大崴子-GPS14-GPS19）；異步環(huán)最大全長(cháng)閉合差為0.0793m（對應閉合環(huán)為：大崴子-GPS12-GPS14）�？芍�全長(cháng)閉合差、各分量閉合差滿(mǎn)足技術(shù)設計規范。

　　3.GPS網(wǎng)的平差計算

　　3.1三維無(wú)約束平差

　　三維無(wú)約束平差是在WGS84坐標系下進(jìn)行。三維無(wú)約束平差就是以GPS基線(xiàn)向量為觀(guān)測值，以其方差陣之逆陣為權進(jìn)行平差檢查網(wǎng)內有無(wú)粗差基線(xiàn)，考察網(wǎng)本身的內符合精度以及基線(xiàn)向量之間有無(wú)明顯的系統誤差，方差因子是否符合客觀(guān)實(shí)際精度。無(wú)約束平差反映了GPS網(wǎng)的真實(shí)精度。網(wǎng)內58條基線(xiàn)均參與平差計算，平均點(diǎn)位中誤差為0.0043m；平均邊長(cháng)相對中誤差為1：532920；最弱點(diǎn)點(diǎn)位誤差為0.0191m（對應點(diǎn)為GPS18）；最弱邊長(cháng)相對中誤差為1：203416（對應邊為：GPS15—GPS22）；各項精度指標符合規范�；�線(xiàn)向量改正數最大為0.0596m（對應基線(xiàn)為大崴子—GPS12），小于限差0.0928m，均滿(mǎn)足規范要求。

　　3.2二維約束平差

　　二維約束平差前，對測區已知4個(gè)1980西安坐標系Ⅱ等三角點(diǎn)進(jìn)行了起算點(diǎn)Ⅳ個(gè)組合約束平差比較。組合Ⅰ各項指標最好滿(mǎn)足技術(shù)設計要求；而其它三種組合最弱邊相對中誤差過(guò)大，未能滿(mǎn)足三等GPS的要求（1：80000），且馬圈子遠離測區成圖范圍，不利于布網(wǎng)和后續測量。綜上所述，采用組合Ⅰ，即大崴子、大旺山和狼洞溝作為三等GPS測量的起算點(diǎn)。二維約束平差在1980西安坐標系、123度中央子午線(xiàn)的高斯投影下進(jìn)行。二維約束平差是對預處理和三維無(wú)約束平差各項檢核后的GPS向量網(wǎng)，在多個(gè)固定點(diǎn)約束下進(jìn)行平差計算。

　　3.3約束平差精度

　　約束平差后，平均點(diǎn)位中誤差為0.0011m；平均邊長(cháng)相對中誤差為1：427370；最弱點(diǎn)點(diǎn)位誤差為0.0278m（對應點(diǎn)為馬圈子）；最弱邊長(cháng)相對中誤差為1：175167（對應邊為：GPS15—GPS22）。均滿(mǎn)足規范要求�；�線(xiàn)向量約束平差前后分量改正數最大為0.0061m（對應基線(xiàn)為GPS17—狼洞溝），小于限差0.0619m.

　　4.GPS網(wǎng)高程測量

　　4.1三、四等水準測量

　　根據技術(shù)設計要求，測區共布設三等GPS點(diǎn)11個(gè)。其中沿川道三等GPS點(diǎn)進(jìn)行三等水準聯(lián)測，其余的進(jìn)行四等水準（和四等光電高程導線(xiàn)測量）聯(lián)測。采用分別測量共同布網(wǎng)形式施測。使用兩臺Leica NA2水準儀；使用PC E500電子手簿進(jìn)行記錄。數據處理采用“科傻地面控制測量數據處理系統”軟件。外業(yè)共施測三等水準路線(xiàn)116.6km，四等水準路線(xiàn)51.7km.見(jiàn)水準聯(lián)測略圖。

　　三等水準以Ⅰ沈丹10（即GPS13）和Ⅱ高程寨作為起算點(diǎn)。經(jīng)過(guò)檢驗，兩對標尺尺長(cháng)改正分別為：9429/9430—-0.55mm和7065/7088—-0.6mm.根據聯(lián)測實(shí)際，對各測段進(jìn)行尺長(cháng)改正。三等水準聯(lián)測網(wǎng)共由1條附和線(xiàn)路和2個(gè)閉合環(huán)構成。把往返測數據取平均值，作為測段觀(guān)測值參與平差解算。

　　平差計算采用距離定權的方式進(jìn)行平差。算得每公里水準測量偶然中誤差為2.710mm；每公里水準測量全中誤差為5.425mm；點(diǎn)最大高程中誤差為15.11mm（對應點(diǎn)為SZ03）；測段最大高差中誤差為9.70mm（對應測段為GD10—SZ03）。由平差結果分析可知，各統計項均技術(shù)設計要求。

　　四等水準（和四等光電高程導線(xiàn)測量）共聯(lián)測點(diǎn)11個(gè)，以FM02、FM03、FM08和GD11為起算點(diǎn)。經(jīng)過(guò)檢驗，兩對標尺尺長(cháng)改正分別為：9429/9430—-0.55mm和7065/7088—-0.6mm.四等（和四等光電高程導線(xiàn)測量）水準聯(lián)測網(wǎng)共由5個(gè)閉合環(huán)構成。經(jīng)計算每公里水準測量偶然中誤差為3.299mm；每公里水準測量全中誤差為5.976mm；點(diǎn)最大高程中誤差為14.02mm（對應點(diǎn)為GPS18）；測段最大高差中誤差為9.82mm（對應測段為GD11—GD19）。由平差結果分析可知，各統計項符合規范和技術(shù)設計要求。

　　水準聯(lián)策略圖

　　4.2高程擬合

　　根據測區實(shí)際情況，GPS14、GPS16采用高程擬合的方式來(lái)擬合上述兩點(diǎn)的高程。GPS高程擬合使用水準聯(lián)測成果作為高程擬合的起算點(diǎn)，共9個(gè)水準成果點(diǎn)。即GPS13、GPS15和GPS17等3個(gè)三等水準點(diǎn)；GPS11、GPS12、GPS18、GPS19、GPS20和GPS21等6個(gè)四等水準點(diǎn)。采用曲面擬合的形式進(jìn)行高程擬合。擬合高程均滿(mǎn)足規范和設計要求。

　　5體會(huì )

　　1）應用GPS技術(shù)施測高等級城市控制網(wǎng)，實(shí)踐證明有著(zhù)極高的精度，它不受人為因素的影響。不要求測站間相互通視，速度快，不受環(huán)境和距離限制，可全天候觀(guān)測，成本低，效率高。

　　2）野外數據采集是GPS測量的核心工作。制定周密的觀(guān)測計劃，作好衛星狀況預報，選擇好觀(guān)測時(shí)間，編寫(xiě)作業(yè)調度表，對于順利的完成觀(guān)測任務(wù)，保障成果的精度，提高效益起到事半功倍的效果。

　　3）GPS網(wǎng)平差應對起算點(diǎn)進(jìn)行內部復核性檢核，選用精度高的起算點(diǎn)，舍去精度低的已知點(diǎn)，利用外部已知點(diǎn)進(jìn)行檢核，提高二維約束平差的整體精度。

　　4）GPS網(wǎng)的基線(xiàn)邊長(cháng)盡量保持均勻，不宜長(cháng)短差距過(guò)大保證網(wǎng)的精度均勻。施測長(cháng)邊GPS控制網(wǎng)，應盡量選用雙頻GPS接收機，可以有效削弱電離層折射影響，同時(shí)能有效探測和修復整周跳變。

　　5）高精度高程測量同高精度的平面測量一樣，是GPS測量應用的重要領(lǐng)域。高程起算點(diǎn)應均勻分布于GPS網(wǎng)中，特別是網(wǎng)的邊緣要有足夠的高程起算點(diǎn)控制，從本次航測GPS控制網(wǎng)的高程精度看，采用三、四等水準測量高程精度是適宜的。

　　以上是本溪市新城航測GPS控制網(wǎng)建立的一點(diǎn)膚淺體會(huì )，供同行們共同探討。

　　參考文獻：

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