新型GPS控制網(wǎng)布設(shè)及應(yīng)用＊

景 琦，程增杰，張?jiān)氯A

（中國(guó)地震局第一監(jiān)測(cè)中心，天津300180）

0 引 言

GPS技術(shù)在測(cè)量行業(yè)的應(yīng)用，將其分為兩大類:一類是用來(lái)做GPS控制網(wǎng)用（靜態(tài)相對(duì)定位），另一類則是測(cè)圖用（實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位）。測(cè)圖用的GPS大多是以動(dòng)態(tài)RTK的形式，或CORS網(wǎng)絡(luò)模式進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測(cè)量。精度能夠滿足大多數(shù)用戶的需要。但是，仍然有一定局限性，不如GPS控制測(cè)量那么成熟、穩(wěn)定。

1 新型GPS控制網(wǎng)研究

1．1 新型控制網(wǎng)簡(jiǎn)述

為了解決傳統(tǒng)控制網(wǎng)的一些弊端，充分發(fā)揮GPS控制網(wǎng)測(cè)量的優(yōu)勢(shì)。通過(guò)工程實(shí)例，研究總結(jié)出一種新型的GPS布網(wǎng)方式——同步層級(jí)網(wǎng)。所謂同步層級(jí)網(wǎng)就是利用多臺(tái)（一般不少于8臺(tái)）GPS接收機(jī)，布設(shè)為一個(gè)高層級(jí)同步控制網(wǎng)，然后利用高層級(jí)控制網(wǎng)中的部分控制點(diǎn)（一般不多于3個(gè)）向下發(fā)展為第二層控制網(wǎng)，在第二層控制網(wǎng)中可以有多個(gè)同級(jí)別的控制網(wǎng)。它們之間是獨(dú)立關(guān)系，控制網(wǎng)的精度互不影響，這樣形成的GPS控制網(wǎng)稱之為同步層級(jí)網(wǎng)，如圖1所示。

1．2 新型控制網(wǎng)特點(diǎn)

同步層級(jí)網(wǎng)可以進(jìn)行多層級(jí)布設(shè)，在第二層的基礎(chǔ)上繼續(xù)進(jìn)行加密網(wǎng)的布設(shè)，布設(shè)為第三層級(jí)，第四層級(jí)等，如果測(cè)區(qū)范圍較大時(shí)可以布設(shè)加密網(wǎng)為四層級(jí)、五層級(jí)等。

圖1 層級(jí)布設(shè)的GPS控制網(wǎng)示意圖

一般情況布設(shè)為三個(gè)層級(jí)就能夠滿足大多數(shù)工程項(xiàng)目的使用。多層級(jí)布設(shè)不僅可以使大范圍測(cè)區(qū)可以得到均勻分布的控制點(diǎn)，而且控制點(diǎn)之間精度可靠、穩(wěn)定。該新型控制網(wǎng)的主要特點(diǎn)是:

1）精度較好:同一層獨(dú)立控制網(wǎng)點(diǎn)，均為同步觀測(cè)點(diǎn)，多余觀測(cè)基線數(shù)較多，控制網(wǎng)點(diǎn)精度比較好；

2）擴(kuò)展速度快:由于接收機(jī)數(shù)量較多，這樣對(duì)于控制網(wǎng)點(diǎn)擴(kuò)展測(cè)量速度較快；

3）精度局部獨(dú)立:個(gè)別獨(dú)立控制網(wǎng)點(diǎn)測(cè)量誤差不會(huì)影響到整個(gè)控制網(wǎng)精度，同層級(jí)的控制網(wǎng)之間相互獨(dú)立，控制網(wǎng)點(diǎn)測(cè)量精度互不影響；

4）獨(dú)立觀測(cè)，互不干擾:只要有足夠多數(shù)量的接收機(jī)，同層之間可以同時(shí)進(jìn)行多組的觀測(cè)，外業(yè)數(shù)據(jù)采集互不干擾、互不牽制。

5）高層級(jí)控制低層級(jí):整個(gè)控制網(wǎng)中高層級(jí)控制網(wǎng)，對(duì)于低層級(jí)的同步控制網(wǎng)具有控制作用。

該網(wǎng)也有一定的缺點(diǎn)和局限性:在布設(shè)第二層級(jí)時(shí)，如果公共連接點(diǎn)只有一個(gè)，相互獨(dú)立的同層級(jí)控制網(wǎng)之間沒(méi)有形成異步環(huán)。因此，控制網(wǎng)的粗差很難被發(fā)現(xiàn)和檢查。為了避免此問(wèn)題，可以在布設(shè)該新型網(wǎng)完成之后，從低層獨(dú)立同步網(wǎng)中分別選擇1～2個(gè)連接點(diǎn)，使之構(gòu)成異步環(huán)，這樣增加一個(gè)同步觀測(cè)時(shí)段，進(jìn)而可提高該控制網(wǎng)觀測(cè)數(shù)據(jù)的可靠性。但使用足夠數(shù)量的接收機(jī)有其局限性。雖然接收機(jī)之間型號(hào)沒(méi)有特殊要求，但為了減少觀測(cè)時(shí)間，提高控制網(wǎng)精度，最好是選擇雙頻接收機(jī)。

新型GPS控制網(wǎng)與其他形式布設(shè)的控制網(wǎng)進(jìn)行比較，如表1所示。

表1 不同網(wǎng)型的GPS控制網(wǎng)間比較［1］

1．3 新控制網(wǎng)精度設(shè)計(jì)

GPS控制網(wǎng)的精度可由基線長(zhǎng)度精度來(lái)表示［2］

式中:a為接收機(jī)固定誤差；b為接收機(jī)比例誤差；d為控制網(wǎng)平均邊長(zhǎng)。

按照該公式可以計(jì)算控制網(wǎng)的精度指標(biāo)，該方法是一種比較通用的方法。

1．4 新型控制網(wǎng)精度評(píng)定方法

由于該網(wǎng)以同步觀測(cè)為主要觀測(cè)手段，因此，其精度評(píng)定是采用多邊形同步網(wǎng)進(jìn)行精度評(píng)定。多測(cè)站同步觀測(cè)精度與多邊形邊數(shù)有關(guān)，應(yīng)該檢驗(yàn)多邊形閉合差為［3］

2 工程項(xiàng)目算例

測(cè)區(qū)面積大約35km2的測(cè)量控制網(wǎng)，測(cè)區(qū)附近7個(gè)已知點(diǎn)國(guó)家三角點(diǎn)（經(jīng)勘察、檢測(cè)，其中可用的已知點(diǎn)有5個(gè)），共布設(shè)了75個(gè)D級(jí)GPS控制點(diǎn)待測(cè)，采用10臺(tái)雙頻接收機(jī)。整個(gè)控制布設(shè)為兩個(gè)層級(jí)，首層布設(shè)了十個(gè)點(diǎn)，其中有4個(gè)為國(guó)家三角點(diǎn)，其余為新埋設(shè)控制點(diǎn)；第二層級(jí)布設(shè)為10個(gè)同步觀測(cè)網(wǎng)；最后為了加強(qiáng)圖形強(qiáng)度，增加了一個(gè)觀測(cè)時(shí)段。共計(jì)外業(yè)觀測(cè)12個(gè)同步時(shí)段，每個(gè)時(shí)段70min．在數(shù)據(jù)處理時(shí)，采用了兩種方案，一是先進(jìn)行首層控制網(wǎng)的解算處理，再進(jìn)行第二層級(jí)的解算；二是將所有數(shù)據(jù)都導(dǎo)入到數(shù)據(jù)處理軟件進(jìn)行統(tǒng)一平差處理。這兩種處理方法中，前者在平差過(guò)程中沒(méi)有異步環(huán)，可靠性得不到保證；后者精度評(píng)定效果較好，但是基線數(shù)目較多，數(shù)據(jù)處理速度比較慢。

根據(jù)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)得:實(shí)測(cè)控制網(wǎng)平均邊長(zhǎng)5．33 km，由公式（1）得:σ＝24．2mm．

按照上述精度評(píng)定方法，其中多邊形的邊數(shù)為10條邊，由公式（2）得

按照新型控制網(wǎng)的布設(shè)方法，經(jīng)過(guò)平差后得到的結(jié)果為

通過(guò)本工程項(xiàng)目實(shí)際情況表明:該新型控制網(wǎng)的平面實(shí)測(cè)精度遠(yuǎn)高于理論計(jì)算精度，高程實(shí)測(cè)精度也高于理論計(jì)算精度。該新型GPS網(wǎng)實(shí)測(cè)精度完全可以滿足多數(shù)工程測(cè)量控制網(wǎng)精度要求。因此，該方法布設(shè)GPS控制網(wǎng)可以進(jìn)行推廣。

3 結(jié) 論

隨著GPS接收機(jī)價(jià)格的不斷降低，接收機(jī)使用的數(shù)量不斷增多，使得GPS控制網(wǎng)布設(shè)方法也在不斷的改進(jìn)。GPS測(cè)量的精度與控制網(wǎng)網(wǎng)型關(guān)系非常密切，在GPS布網(wǎng)的形式方面，應(yīng)該重點(diǎn)考慮控制網(wǎng)點(diǎn)的點(diǎn)位分布以及網(wǎng)型結(jié)構(gòu)。但是，控制網(wǎng)布網(wǎng)重要原則是:在能夠滿足控制測(cè)量的精度前提下，可以方便靈活的布網(wǎng)，網(wǎng)點(diǎn)便于使用與觀測(cè)。所論述的新型控制網(wǎng)是一種值得推廣的方法。

［1］ 李沛鴻，柳廣春．GPS測(cè)量技術(shù)的新控制網(wǎng)形設(shè)計(jì)研究［C］／／《測(cè)繪通報(bào)》測(cè)繪科學(xué)前沿技術(shù)論壇摘要集，南京，2008:499－504．

［2］ 張 勤．GPS測(cè)量原理與應(yīng)用［M］．北京:科學(xué)出版社，2010．

［3］ 徐茂林，楊鳳云，李冬梅，等 ．利用GPS技術(shù)布設(shè)C級(jí)控制網(wǎng)的應(yīng)用及精度分析［J］．鞍山:鞍山鋼鐵學(xué)院學(xué)報(bào)，2002，25（1）:47－49，52．