大區(qū)域GPS控制測(cè)量的方法與應(yīng)用研究

李濤

摘? 要：為進(jìn)一步提升GPS控制測(cè)量精度，滿足經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)于定位測(cè)量數(shù)據(jù)的使用要求，文章從GPS控制網(wǎng)絡(luò)布局層面出發(fā)，對(duì)大區(qū)域內(nèi)GPS控制測(cè)量方法進(jìn)行探討，并以案例形式對(duì)GPS控制測(cè)量的施測(cè)工藝和數(shù)據(jù)精度進(jìn)行了檢核分析，為類似GPS控制網(wǎng)的優(yōu)化提供參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞：GPS控制測(cè)量;靜態(tài)觀測(cè);數(shù)據(jù)檢核

中圖分類號(hào)：P228.4? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號(hào)：2095-2945（2019）06-0117-02

與現(xiàn)有的常規(guī)性控制測(cè)量相對(duì)比，GPS控制測(cè)量在測(cè)量精度、操作難度以及使用成本等方面表現(xiàn)出明顯的優(yōu)勢(shì)。利用GPS接收機(jī)等數(shù)據(jù)采集終端，通過(guò)合理的布設(shè)控制網(wǎng)的網(wǎng)形，優(yōu)化控制測(cè)量的數(shù)據(jù)精度與可靠性，確保了工程建設(shè)領(lǐng)域?qū)y(cè)量數(shù)據(jù)的使用需求。伴隨網(wǎng)絡(luò)CORS技術(shù)的發(fā)展，以市域、省域?yàn)榉秶ㄔO(shè)的連續(xù)運(yùn)行多基準(zhǔn)站網(wǎng)絡(luò)，逐步淡化了分級(jí)布網(wǎng)、逐級(jí)控制的控制測(cè)量網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，為多維度、多尺度、高等級(jí)無(wú)縫測(cè)繪，提供了技術(shù)手段。

1 大區(qū)域 GPS控制測(cè)量特點(diǎn)

城市控制測(cè)量普遍采用的GPS等級(jí)為C級(jí)、D級(jí)和E級(jí)，其中C級(jí)為市域范圍內(nèi)的基準(zhǔn)控制網(wǎng)，點(diǎn)位等級(jí)要求相對(duì)較高，而E級(jí)GPS網(wǎng)多為工程測(cè)量控制網(wǎng)，多直接應(yīng)用于項(xiàng)目施工、低等級(jí)控制測(cè)量起算等方面[1]。

GPS控制測(cè)量與其它測(cè)量方式有著一定的差異，GPS控制網(wǎng)無(wú)需控制點(diǎn)間的相互通視，大大降低GPS控制網(wǎng)運(yùn)行成本，避免了資源浪費(fèi)。

2 大區(qū)域 GPS控制測(cè)量網(wǎng)絡(luò)布設(shè)原則

針對(duì)大區(qū)域GPS控制測(cè)量的特點(diǎn)，其布設(shè)原則可分析如下：

（1）GPS控制測(cè)量應(yīng)獨(dú)立布網(wǎng)。以獨(dú)立觀測(cè)、閉合幾何網(wǎng)形觀測(cè)方式，實(shí)現(xiàn)對(duì)區(qū)域空間數(shù)據(jù)的有效獲取，提升測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度。以邊連式、網(wǎng)連式等有效組合，并保證一定的重復(fù)觀測(cè)邊與時(shí)段，在降低數(shù)據(jù)采集與解算的勞動(dòng)強(qiáng)度的同時(shí)，增強(qiáng)控制網(wǎng)的自檢條件。

（2）與已知控制點(diǎn)聯(lián)測(cè)，且網(wǎng)形應(yīng)布設(shè)均勻。為確保GPS控制測(cè)量的可靠性，應(yīng)將新布設(shè)的GPS控制網(wǎng)點(diǎn)與原有地面控制點(diǎn)相結(jié)合，且已知控制點(diǎn)不得少于3個(gè)網(wǎng)形分布均勻，實(shí)現(xiàn)GPS控制網(wǎng)與地面控制網(wǎng)的聯(lián)測(cè)解算;GPS測(cè)量控制點(diǎn)應(yīng)與等級(jí)水準(zhǔn)點(diǎn)聯(lián)測(cè)，優(yōu)化區(qū)域似大地水準(zhǔn)面精化模型，提升GPS控制點(diǎn)的高程精度[2]。

（3）GPS控制網(wǎng)點(diǎn)的選址，應(yīng)布設(shè)于交通便利、凈空開闊的區(qū)域，應(yīng)與高壓線、通訊基站和大區(qū)域水面等相距較遠(yuǎn)，降低多路徑效應(yīng)和電磁信號(hào)對(duì)GPS觀測(cè)數(shù)據(jù)的影響。

3 大區(qū)域GPS控制測(cè)量建設(shè)方法

伴隨大地測(cè)量技術(shù)的不斷發(fā)展，大區(qū)域GPS控制測(cè)量應(yīng)結(jié)合現(xiàn)有技術(shù)手段，提升控制測(cè)量的數(shù)據(jù)精度：

3.1 平面與高程基準(zhǔn)

工程測(cè)繪與基礎(chǔ)測(cè)繪框架當(dāng)前所用的平面坐標(biāo)系多為北京54系統(tǒng)、西安80坐標(biāo)系統(tǒng)，以及現(xiàn)常用的CGCS2000大地坐標(biāo)系，高程多采用1985國(guó)家高程基準(zhǔn)，因此GPS控制測(cè)量應(yīng)選用國(guó)家測(cè)繪基準(zhǔn);當(dāng)因工程施工建設(shè)要求，選用獨(dú)立坐標(biāo)系時(shí)，應(yīng)建立獨(dú)立坐標(biāo)系與國(guó)家坐標(biāo)系間的轉(zhuǎn)換聯(lián)測(cè)[3]。

3.2 GPS測(cè)量設(shè)備與測(cè)量方式的確定

作為大區(qū)域GPS控制測(cè)量的主要工具，以某城市區(qū)域控制網(wǎng)建設(shè)案例為對(duì)象分析，工程測(cè)繪中共設(shè)置了24個(gè)C級(jí)控制測(cè)量點(diǎn)，作為高等級(jí)GPS控制測(cè)量的基礎(chǔ)控制網(wǎng)，并分別布設(shè)了D、E級(jí)和一級(jí)城市導(dǎo)線點(diǎn)。

其中，C、D、E級(jí)GPS點(diǎn)，由于點(diǎn)位精度要求較高，采取靜態(tài)觀測(cè)的方式，按照《全球定位系統(tǒng)城市測(cè)量技術(shù)規(guī)程》（CJJ73-2010）指標(biāo)要求，選取Topcon Hiper系列雙頻接收機(jī)，依照觀測(cè)時(shí)段要求，采用架設(shè)三腳架的方式開展靜態(tài)觀測(cè);針對(duì)一級(jí)導(dǎo)線點(diǎn)密度較高、精度要求相對(duì)較低的情況，采取CORS-RTK快速動(dòng)態(tài)觀測(cè)的方式，采用GSM網(wǎng)絡(luò)連接參考站服務(wù)器，采取無(wú)線網(wǎng)絡(luò)差分定位的形式，分別2次采集同一點(diǎn)的三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)，每次獨(dú)立觀測(cè)30歷元并相互對(duì)比，若兩次觀測(cè)差值平面低于2cm、高程低于3cm，則取二者均值為點(diǎn)位實(shí)際觀測(cè)數(shù)據(jù)。

4 GPS控制測(cè)量應(yīng)用分析

現(xiàn)有某地區(qū)為更新礦區(qū)原始地形圖，現(xiàn)需依托部分C級(jí)GPS控制點(diǎn)，建設(shè)礦區(qū)內(nèi)部高精度控制網(wǎng)，其中X001、X002和X013為高等級(jí)控制點(diǎn)，即控制網(wǎng)的起算點(diǎn)，控制點(diǎn)網(wǎng)形如下圖1所示。

控制網(wǎng)點(diǎn)選擇和埋設(shè)時(shí)，設(shè)置于穩(wěn)固堅(jiān)實(shí)的區(qū)域，為保證網(wǎng)形加密與施工的便捷性，控制點(diǎn)之間應(yīng)至少保證一個(gè)方向通視;采用雙頻GPS接收機(jī)按照E級(jí)控制網(wǎng)的指標(biāo)和精度要求施測(cè)，其中衛(wèi)星截止高度角15°，觀測(cè)時(shí)段2個(gè)，每時(shí)段為40min，采樣間隔為10s;控制網(wǎng)解算時(shí)，將天線高等信息輸入解算軟件，并初步剔除部分信號(hào)噪聲較大的觀測(cè)歷元，首先進(jìn)行基線向量計(jì)算，解算相應(yīng)的數(shù)據(jù)觀測(cè)邊，若數(shù)據(jù)質(zhì)量不符合要求，適當(dāng)降低衛(wèi)星截止角要求，其次進(jìn)行三維網(wǎng)無(wú)約束平差，即在WGS-84坐標(biāo)框架下解算控制點(diǎn)的大地坐標(biāo);最后輸入X001、X002和X013的三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)，完成約束網(wǎng)的平差，轉(zhuǎn)換至相應(yīng)的國(guó)家基準(zhǔn)坐標(biāo)系統(tǒng)，從而達(dá)到GPS控制網(wǎng)解算的目的，并檢核相應(yīng)的基線解算、無(wú)約束平差和約束平差的數(shù)據(jù)精度。

為檢核GPS控制網(wǎng)的數(shù)據(jù)精度與可靠性，現(xiàn)采用全站儀坐標(biāo)觀測(cè)、水準(zhǔn)儀聯(lián)測(cè)等方式，對(duì)新建立的控制網(wǎng)點(diǎn)進(jìn)行精度檢核，并將部分統(tǒng)計(jì)成果匯總?cè)绫?所示。

5 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)表1可發(fā)現(xiàn)，GPS測(cè)量的精度與控制點(diǎn)間距的相關(guān)性不明顯，且平面精度略高于高程解算精度，但總體精度在1.5cm以內(nèi)，完全滿足控制測(cè)量的數(shù)據(jù)精度要求;同時(shí)通過(guò)全站儀測(cè)距，網(wǎng)形的內(nèi)部符合度較高。

伴隨現(xiàn)代CORS定位技術(shù)與無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)的發(fā)展，以連續(xù)運(yùn)行基準(zhǔn)站差分定位服務(wù)系統(tǒng)為代表的，現(xiàn)代測(cè)繪地理信息服務(wù)體系，切實(shí)提升了大區(qū)域GPS控制測(cè)量工作的作業(yè)效率與數(shù)據(jù)質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)：

[1]布金偉，左小清.GPS在山區(qū)大比例尺數(shù)數(shù)字測(cè)圖及控制測(cè)量中的應(yīng)用[J].昆明冶金高等?？茖W(xué)校學(xué)報(bào)，2016（7）：68-68.

[2]劉陽(yáng).區(qū)域長(zhǎng)剖面測(cè)線GPS控制測(cè)量方法探討[J].內(nèi)蒙古石油化工，2017（2）：80-82.

[3]唐磊，張海波.GPS在山區(qū)大比例尺數(shù)字測(cè)圖及控制測(cè)量中的應(yīng)用[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2017（4）：102-103.

[4]華爾特.基于GPS的礦山山區(qū)控制測(cè)量方法與技術(shù)流程[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)刊，2016（10）：56-57.

[5]張彥.利用GPS觀測(cè)技術(shù)建立獨(dú)立坐標(biāo)系的方法與實(shí)踐[J].測(cè)繪與空間地理信息，2016（3）：57-57.