淺談GPS控制網(wǎng)測(cè)設(shè)的組織與實(shí)施

汪輝 張桂蓉 蔡元平

【摘 要】本文主要簡(jiǎn)要論述了GPS控制網(wǎng)的外業(yè)組織與實(shí)施，包括控制網(wǎng)技術(shù)設(shè)計(jì)、外業(yè)準(zhǔn)備、外業(yè)實(shí)施、外業(yè)成果的計(jì)算和檢查及質(zhì)量保證措施等內(nèi)容。對(duì)相關(guān)工作進(jìn)行了分析和總結(jié)。

【關(guān)鍵字】GPS控制網(wǎng) 觀測(cè)成果 測(cè)量基線 精度

與常規(guī)測(cè)量方法相比，GPS控制網(wǎng)具有控制點(diǎn)間無需通視、定位精度高、觀測(cè)速度快、自動(dòng)化程度高全天候作業(yè)等特點(diǎn)。目前在很大程度上取代了常規(guī)測(cè)量方法。GPS測(cè)量的實(shí)施一般按以下過程進(jìn)行。

一、GPS控制網(wǎng)技術(shù)設(shè)計(jì)

1、GPS網(wǎng)型設(shè)計(jì)

對(duì)于常規(guī)控制網(wǎng)來說，網(wǎng)型設(shè)計(jì)十分重要。GPS網(wǎng)的精度主要取決于觀測(cè)時(shí)衛(wèi)星與測(cè)站間的幾何網(wǎng)型、觀測(cè)數(shù)據(jù)的質(zhì)量及相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理方法，與GPS網(wǎng)型關(guān)系不大，這樣給GPS網(wǎng)的布設(shè)帶來很大的方便與靈活性。因此GPS網(wǎng)的設(shè)計(jì)主要取決于用戶的要求與用途。

在GPS網(wǎng)型設(shè)計(jì)中，為了確保GPS成果的精度與可靠性，有效發(fā)現(xiàn)粗差，GPS網(wǎng)中的獨(dú)立基線必須構(gòu)成一些幾何圖形，構(gòu)成一些獨(dú)立環(huán)或附合線路，從而形成一些幾何檢核條件。根據(jù)《全球定位系統(tǒng)（GPS）測(cè)量規(guī)范》（GB/T18314-2009）規(guī)定，各級(jí)GPS網(wǎng)獨(dú)立環(huán)或附合線路的邊數(shù)不大于表1的規(guī)定。

2、基準(zhǔn)設(shè)計(jì)

通過GPS測(cè)量，我們可以獲得WGS-84坐標(biāo)系下的地面點(diǎn)間的基線向量。通常我們需要的是國(guó)家坐標(biāo)系（1954北京坐標(biāo)系或1980西安坐標(biāo)系）。因此，對(duì)于一個(gè)GPS網(wǎng)，在技術(shù)設(shè)計(jì)階段就應(yīng)首先明確GPS成果所采用的坐標(biāo)系統(tǒng)和起算數(shù)據(jù)，即GPS網(wǎng)的基準(zhǔn)設(shè)計(jì)。GPS網(wǎng)基準(zhǔn)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)注意以下幾個(gè)問題：

1）GPS測(cè)量成果轉(zhuǎn)換到我們需要的地面坐標(biāo)系，應(yīng)選擇足夠的地面坐標(biāo)系的起算數(shù)據(jù)與GPS測(cè)量數(shù)據(jù)相重合，或者聯(lián)測(cè)足夠多的地方控制點(diǎn)，以求得坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)。一般控制網(wǎng)聯(lián)測(cè)控制點(diǎn)的個(gè)數(shù)不少于3個(gè)。

2）GPS網(wǎng)經(jīng)三維平差后，得到的是相對(duì)于參考橢球面的大地高，為求得GPS網(wǎng)點(diǎn)的正常高，應(yīng)根據(jù)需要適當(dāng)進(jìn)行高程聯(lián)測(cè)。B級(jí)網(wǎng)應(yīng)按三等水準(zhǔn)每隔2-3點(diǎn)聯(lián)測(cè)一點(diǎn)高程，C級(jí)網(wǎng)應(yīng)按三等水準(zhǔn)每隔3-6點(diǎn)聯(lián)測(cè)一點(diǎn)高程，D、E級(jí)網(wǎng)應(yīng)按四等根據(jù)具體情況確定聯(lián)測(cè)高程點(diǎn)的個(gè)數(shù)，聯(lián)測(cè)點(diǎn)一般應(yīng)均勻分布在整個(gè)測(cè)區(qū)。

3）GPS網(wǎng)的坐標(biāo)系統(tǒng)應(yīng)盡量與測(cè)區(qū)原有坐標(biāo)系統(tǒng)一致。若采用獨(dú)立坐標(biāo)系，應(yīng)掌握以下參數(shù)：參考橢球、中央子午線、縱橫坐標(biāo)的加常數(shù)、坐標(biāo)系的投影面、測(cè)區(qū)平均高程異常、起算點(diǎn)的坐標(biāo)。

二、GPS控制網(wǎng)的外業(yè)準(zhǔn)備

1、測(cè)區(qū)踏勘

接到GPS控制網(wǎng)的測(cè)量任務(wù)后，首先應(yīng)到實(shí)地踏勘，主要了解以下情況：1）測(cè)區(qū)的地理位置及其范圍、控制網(wǎng)的控制面積。2）用途和精度等級(jí)。3）點(diǎn)位分布及點(diǎn)的數(shù)量。4）實(shí)地交通情況。5）水系分布情況。6）已知控制點(diǎn)分布情況。7）居民點(diǎn)分布情況。

2、資料收集

1）各類圖件，如測(cè)區(qū)地形圖、交通圖等。測(cè)區(qū)總體建設(shè)規(guī)劃和近期發(fā)展方面的資料。2）測(cè)區(qū)及周邊地區(qū)課利用的已知點(diǎn)的成果資料，如點(diǎn)之記、坐標(biāo)、高程及相應(yīng)的系統(tǒng)。3）測(cè)區(qū)的地質(zhì)、氣象、交通、通信等資料。4）有關(guān)的規(guī)范、規(guī)程等。

3、技術(shù)設(shè)計(jì)書的編寫

技術(shù)設(shè)計(jì)書包括以下內(nèi)容：概述、作業(yè)依據(jù)、技術(shù)要求、測(cè)區(qū)已有資料、布網(wǎng)方案、選點(diǎn)與埋設(shè)、GPS網(wǎng)的觀測(cè)、觀測(cè)數(shù)據(jù)處理、驗(yàn)收與上交資料、成果提交。

4、其他準(zhǔn)備工作

根據(jù)技術(shù)設(shè)計(jì)書，進(jìn)行其他準(zhǔn)備工作，如：GPS儀器的選擇與檢驗(yàn)、輔助設(shè)備準(zhǔn)備、人員組織、觀測(cè)計(jì)劃的擬定等。

三、GPS控制網(wǎng)的外業(yè)實(shí)施

1、GPS網(wǎng)選點(diǎn)

由于GPS觀測(cè)站之間不要求相互通視，所以選點(diǎn)工作較常規(guī)測(cè)量要簡(jiǎn)單得多。在選定GPS點(diǎn)點(diǎn)位時(shí)，應(yīng)遵循以下原則：

1）點(diǎn)位應(yīng)選在基礎(chǔ)穩(wěn)定，并易于長(zhǎng)期保存的地點(diǎn)。

2）點(diǎn)位應(yīng)便于安置接收設(shè)備和操作，視場(chǎng)內(nèi)不應(yīng)有高度角大于15°的成片障礙物，否則應(yīng)繪制點(diǎn)位環(huán)視圖。

3）點(diǎn)位應(yīng)盡量在視野開闊的地帶，以利于常規(guī)儀器的加密。

4）GPS網(wǎng)點(diǎn)應(yīng)盡量選在交通方便的地方，當(dāng)邊長(zhǎng)較時(shí)，還應(yīng)顧及周邊的通訊設(shè)施如電報(bào)、電話等。

5）點(diǎn)位附近不應(yīng)有強(qiáng)烈干擾衛(wèi)星信號(hào)接收的物體。點(diǎn)位距大功率無線電發(fā)射源的距離不小于400m，距220kv以上電力線路的距離不小于50m，以防止其對(duì)衛(wèi)星信號(hào)產(chǎn)生干擾。

6）GPS網(wǎng)應(yīng)避開強(qiáng)反射地面如水域、平滑地面及強(qiáng)反射環(huán)境如山谷、山坡等，以減少多路徑效應(yīng)的影響。

2、GPS標(biāo)石規(guī)格與埋設(shè)

不同等級(jí)的GPS點(diǎn)有不同的標(biāo)石規(guī)格。具體可參見《全球定位系統(tǒng)（GPS）測(cè)量規(guī)范》（GB/T18314-2009）規(guī)定。標(biāo)石埋設(shè)完畢應(yīng)繪制GPS點(diǎn)之記，在其上應(yīng)標(biāo)明點(diǎn)名、所在地、交通情況、點(diǎn)位略圖、埋石類型等內(nèi)容。

3、編制GPS衛(wèi)星可見性預(yù)報(bào)表及觀測(cè)計(jì)劃表

預(yù)報(bào)表應(yīng)包括可見衛(wèi)星號(hào)，衛(wèi)星高度角和方位角，最佳觀測(cè)星組，點(diǎn)位幾何圖形強(qiáng)度因子等內(nèi)容。編制預(yù)報(bào)表所用概略位置坐標(biāo)，采用適用于該表的各點(diǎn)的平均值。預(yù)報(bào)歷元盡可能接近作業(yè)期的中間。編制預(yù)報(bào)表所用的概略星歷齡期，最長(zhǎng)不超過30天，當(dāng)超過30天或在此期間衛(wèi)星數(shù)及位置有變動(dòng)，應(yīng)重新采集一組新的概略星歷使用。

作業(yè)隊(duì)根據(jù)衛(wèi)星可見性預(yù)報(bào)資料，在進(jìn)入測(cè)區(qū)前，需編制觀測(cè)計(jì)劃表，按該表對(duì)作業(yè)組下達(dá)相應(yīng)階段的作業(yè)調(diào)度命令。同時(shí)依據(jù)實(shí)際作業(yè)的進(jìn)展情況，及時(shí)作出必要的調(diào)整。

4、外業(yè)觀測(cè)工作

外業(yè)觀測(cè)工作主要包括天線安置、觀測(cè)作業(yè)、外業(yè)成果記錄，在此不再贅述。

四、GPS外業(yè)觀測(cè)成果的計(jì)算與檢查

1、基線解算及其檢核

觀測(cè)完畢后，首先應(yīng)解算GPS基線向量，通常采用商用軟件自動(dòng)處理。

2、同步閉合環(huán)檢核

異步環(huán)閉合差的大小，是評(píng)價(jià)觀測(cè)數(shù)據(jù)成果質(zhì)量的重要標(biāo)準(zhǔn)。如果 （或 ， ）超過限值規(guī)定時(shí)，應(yīng)分析原因并對(duì)其中部分或全部成果重測(cè)。

5、GPS測(cè)量的外部檢查

為了檢查GPS測(cè)量成果的正確性，有時(shí)還可以用精密測(cè)距儀測(cè)定兩點(diǎn)空間距離或平面距離，與GPS基線向量計(jì)算得到的相應(yīng)邊長(zhǎng)比較，作為外部檢查。

GPS基線測(cè)量的誤差源劃分為固定誤差和比例誤差兩部分。固定誤差主要來源于天線相位中心的不穩(wěn)定性、多路徑效應(yīng)、觀測(cè)噪聲及測(cè)站位置誤差。比例誤差主要為星歷誤差、時(shí)鐘誤差、電離層及對(duì)流層影響的殘留誤差。因此為了保證觀測(cè)質(zhì)量還應(yīng)采取以下措施：減小天線相位中心變化和多路徑的影響；防止接收信號(hào)受到電干擾；對(duì)大氣層折射影響的改正；盡量選用雙頻接收機(jī)；保證衛(wèi)星星座質(zhì)量（PDOP值）和不丟失衛(wèi)星信號(hào)。

【參考文獻(xiàn)】

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