GPS靜態(tài)相對定位技術(shù)在城市區(qū)域控制測量中的應(yīng)用＊

趙慶志，張書畢

（1．中國礦業(yè)大學(xué)環(huán)境與測繪學(xué)院，江蘇 徐州221008；2．江蘇省資源環(huán)境信息工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇 徐州221008）

0 引 言

城市控制網(wǎng)的建立是城市測量的基礎(chǔ)工作和重要內(nèi)容，過去一直采用傳統(tǒng)的大地測量技術(shù)方法和手段建立城市控制網(wǎng)。隨著空間技術(shù)的發(fā)展，以衛(wèi)星為基礎(chǔ)的無線電導(dǎo)航定位系統(tǒng)，即GPS技術(shù)成為最新的空間定位技術(shù)，該系統(tǒng)具有全球性、高效率、多功能、高精度的特點(diǎn)，用于大地定位時(shí)，測站間不要求互相通視，不受天氣條件影響，同時(shí)可獲得三維坐標(biāo)，因而導(dǎo)致傳統(tǒng)大地測量的布網(wǎng)方法、作業(yè)手段和內(nèi)外作業(yè)程序發(fā)生了根本性的變革，為城市測量提供了一種嶄新的技術(shù)手段和方法，它以高速度、高精度、低成本為城市建設(shè)控制網(wǎng)服務(wù)，快速及時(shí)、準(zhǔn)確地為城市規(guī)劃建設(shè)和管理提供測繪保障。

常規(guī)控制測量如三角測量、導(dǎo)線測量、要求點(diǎn)間通視，費(fèi)時(shí)費(fèi)工，而且精度不均勻［1］。GPS測量無需點(diǎn)間通視而且能夠高精度地進(jìn)行各種控制測量。區(qū)域GPS控制網(wǎng)的特點(diǎn)是控制區(qū)域有限（或一個(gè)市或一個(gè)地區(qū)），邊長短（一般從幾百米到20 km），觀測時(shí)間短（靜態(tài)定位的幾十分鐘至一、兩個(gè)小時(shí)）。就其作用而言分為［2］:1）建立新的地面控制網(wǎng)；2）檢核和改善已有地面網(wǎng)；3）對已有的地面網(wǎng)進(jìn)行加密；4）擬合區(qū)域大地水準(zhǔn)面。

1 GPS區(qū)域控制網(wǎng)建立及測量

1）測區(qū)概況

測區(qū)內(nèi)有兩個(gè)D級GPS控制點(diǎn)，在此基礎(chǔ)上重新布置E級GPS網(wǎng)。通過泰安市泰山區(qū)E級GPS網(wǎng)的布設(shè)和觀測、坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換、基線向量檢核、數(shù)據(jù)處理等，分析了其平面精度，為泰山區(qū)工程建設(shè)、城市規(guī)劃等提供了必要的起始數(shù)據(jù)。

2）技術(shù)依據(jù)［3］

① CJJ8－99《城市測量規(guī)范》；② GB／T18314－2001《全球定位系統(tǒng)GPS測量規(guī)范》；③CJJ73－97《全球定位系統(tǒng)城市測量技術(shù)規(guī)程》。

3）平面和高程系統(tǒng)

平面系統(tǒng):泰安市地方坐標(biāo)系，平差計(jì)算時(shí)同時(shí)提交1980年西安坐標(biāo)系，1954北京坐標(biāo)系和泰安地方坐標(biāo)系，使用時(shí)采用地方坐標(biāo)系成果。

高程系統(tǒng):1985年國家高程基準(zhǔn)。

4）GPS測量儀器設(shè)備

本測區(qū)GPS控制網(wǎng)的觀測均使用經(jīng)檢驗(yàn)合格的三臺南方9600GPS單頻接收機(jī)，其標(biāo)稱精度為靜態(tài)平面5mm＋1ppm，高程10mm＋2ppm，經(jīng)檢驗(yàn)，其精度優(yōu)于標(biāo)稱指標(biāo)。

內(nèi)業(yè)處理采用南方GPS數(shù)據(jù)處理軟件。

2 內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理及其質(zhì)量評定

2．1 基線解算和基線檢核

GPS接收機(jī)采集記錄是GPS接收機(jī)天線至衛(wèi)星偽距、載波相位和衛(wèi)星星歷等數(shù)據(jù)。GPS數(shù)據(jù)處理要從原始的觀測值出發(fā)直到最終的測量定位成果；基線數(shù)據(jù)處理過程分為數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)預(yù)處理、基線解算、基線檢核等過程［4－5］。

測區(qū)控制網(wǎng)共有12個(gè)閉合環(huán)，51個(gè)異步環(huán)，網(wǎng)平均邊長338m．采用對觀測成果中誤差、最小方差比、最弱邊相對誤差、最大中誤差進(jìn)行檢驗(yàn)。一般基線在10km以內(nèi)，基線方差比大于3．0，可以認(rèn)為是符合等級網(wǎng)的測量要求。隨著基線長度的增加，其中誤差也相對會(huì)有所增加。如果僅作為加密控制，或者要求較低的情況下亦可以相對放寬條件，例如方差比大于2．0．

由南方GPS數(shù)據(jù)處理軟件所處理的GPS靜態(tài)數(shù)據(jù)可得其中誤差最大為0．011，最小方差比為3．32，最弱邊相對誤差為1／16211，滿足規(guī)范1／10 000的要求，其最大中誤差為10mm，符合規(guī)范規(guī)定。

2．2 GPS控制網(wǎng)的平差計(jì)算

無約束平差能夠被用來評定網(wǎng)的內(nèi)部符合精度和探測處理粗差，而約束平差和聯(lián)合平差能夠確定點(diǎn)在指定參考坐標(biāo)系下的坐標(biāo)［6］。

三維無約束平差，平差后GPS點(diǎn)位精度如表1所示。

表1 平差后GPS點(diǎn)位精度統(tǒng)計(jì)

從表1平差結(jié)果可以看出:所選獨(dú)立基線構(gòu)成的GPS網(wǎng)具有較好的內(nèi)部符合精度，觀測值不含粗差，基線向量解所確定的協(xié)方差陣相互之間的比例關(guān)系合理。GPS三維無約束平差結(jié)果為控制區(qū)提供可靠的WGS－84坐標(biāo)基準(zhǔn)，為測區(qū)內(nèi)RTK參數(shù)的求定提供了保障。

二維約束平差精度如表2所示。

表2 二維約束平差精度統(tǒng)計(jì)

表2表明:約束平差后各平面點(diǎn)點(diǎn)位中誤差均在1cm以內(nèi)，局部相對中誤差遠(yuǎn)低于城市三等GPS網(wǎng)規(guī)定的1／80 000，本次實(shí)測的控制區(qū)三等GPS網(wǎng)的精度很高。

3 結(jié) 論

觀測前應(yīng)做好規(guī)劃，尤其是高等級控制網(wǎng)的布設(shè)，線路選擇以及直接影響觀測效率的事項(xiàng)。

GPS控制網(wǎng)中必須有足夠的同步觀測環(huán)以保證控制網(wǎng)的精度，避免較短邊的出現(xiàn)。

平差時(shí)，網(wǎng)中一致的高程點(diǎn)越多，高程擬合的精度就越高，網(wǎng)形布設(shè)越均勻，精度越高。因此，GPS控制網(wǎng)的網(wǎng)形對控制點(diǎn)點(diǎn)位及高程精度有直接影響。

采用GPS靜態(tài)相對定位技術(shù)進(jìn)行高等控制網(wǎng)的測量具有高精度、全天候、高效率、多功能、操作簡便等優(yōu)點(diǎn)。

GPS新技術(shù)用于大城區(qū)控制測量在時(shí)間和成本上有明顯的優(yōu)勢，能夠在較短的時(shí)間內(nèi)高效高精度的達(dá)到所需的結(jié)果，為保證按時(shí)完成其它測繪工程打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

［1］ 劉紹堂，肖海紅，趙站楊．GPS打樁定位系統(tǒng)在杭州灣跨海大橋施工中的應(yīng)用［J］．西南科技大學(xué)學(xué)報(bào)·自然科學(xué)版，2005，27（4）:42－45．

［2］ 施鳳翔．利用GPS技術(shù)建立控制測量新模式的探討［J］．測繪標(biāo)準(zhǔn)化，2005，21（1）:40－42．

［3］ 劉紹堂，趙站楊．全站儀在杭州灣跨海大橋箱梁樁基定位中的應(yīng)用［J］．水利與建筑工程學(xué)報(bào)，2006，4（1）:24－26．

［4］ 李曠建，李春紅．GPS在建立和改造城市控制網(wǎng)中應(yīng)用的若干問題［J］．城市勘測，2005（1）:25－27．

［5］ LIU Shaotang，HU Lixin．Application of beidou navigation satellite system in logistics and transportation［C］／／Proceedings of 2008International Conference of Chinese Logistics and Transportation Professionals（ICCLTP 2008），Chengdu:Southeast Jiaotong University，2008:137－139．

［6］ 李征航，黃勁松．GPS測量與數(shù)據(jù)處理［M］．武漢大學(xué)出版社．2005．