綏中濱海開發區GPS控制網的建立及精度分析

摘 要:本文以綏中濱海開發區的GPS控制網為例，探討了平面控制網改造過程中平面坐標系和已有控制點的選擇問題，實踐表明，通過GS技術建立的綏中縣D級GPS控制網精度良好，滿足相應規范要求，對同級精度要求的GPS控制網建設具有一定借鑒意義。

關鍵詞:GPS 平面控制網 高程擬合 精度評定

中圖分類號:P228文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2011)04(b)-0086-02

1 引言

綏中縣位于遼寧西北部，與河北省接壤，行政隸屬遼寧省葫蘆島市，綏中縣旅游資源豐富，境內有著名的九門口水上長城、明代長城遺址等。為滿足全縣經濟開發、土地管理的需要，加快遼寧沿海經濟區的建設，根據綏中縣規劃局的要求，我院在綏中縣縣域內建立了控制全縣600平方公里的D級GPS控制網。

2 綏中GPS控制網的坐標系選擇及已知點的分布情況

根據《城市測量規范》的要求，城市控制網應盡量采用國家統一坐標系，便于與國家大地網統一，避免由于采用地方坐標系帶來的混亂，并應滿足投影長度變形值不大于2.5cm/km的要求。因此，該測區的平面成果采用1954年北京坐標系、高斯正形投影3度帶的平面直角坐標，中央子午線為120°。高程采用1956年黃海高程系。

經實地踏勘，在綏中縣城及其轄區找到如下已知點:國家Ⅱ等三角點:萬寶山、霍家溝北山、費家嶺、止錨灣、大石山、荊條樓、金牛洞、東沙窩。國家Ⅲ等三角點:活龍山、臺子南。國家Ⅳ等三角點:打漁場。一等水準點:沈山65、沈山70、沈山73。四等水準點:綏津07、綏津10。其中，三角點的分布較為均勻，可作為本網的起算數據，但已知水準點分布少且不均。網圖如圖1。

3 GPS—D級控制網的布設及觀測

3.1 選點及埋石

綏中濱海開發區GPS網點與國家各級控制點重合14個，為充分利用原有控制點的標石，新埋設控制點48個。

3.2 GPS控制點的觀測

此次控制網按照《城市測量規范》及《GPS測量規范要求》共觀測64點，其中聯測三角點10個，水準點4個，共觀測188條基線，其中有45條復測基線，最大邊長為6760.333m，最短邊長為2162.347m，布網方式采用邊點混合聯接方式。GPS觀測采用靜態定位模式進行作業，觀測要求應滿足CJJ73-97有關規定。觀測時，應視衛星信號情況、點位環境和基線長度等因素的影響，必要時適當延長觀測時間。正確量取并記錄天線高。GPS四等控制點均須按CJJ73-97要求測繪點之記。

4 GPS控制網數據處理及精度評定

基線向量解算和網平差采用隨機軟件Solution2.6進行。基線向量解算首先進行自動處理，若處理結果不理想，則進行基線的精化。解算時全部解算出整周模糊度，188條基線均得到雙差固定解。

4.1 GPS網在WGS-84坐標系下的無約束平差

基線解算合格后，對所有獨立基線組成的閉合圖形，以三維基線向量及相應方差協方差陣作為起算數據，進行GPS網的無約束平差。無約束平差是為了檢查網內有無粗差基線，考察GPS網的內符合精度以及基線向量之間有無明顯的系統誤差，方差因子是否符合客觀實際精度。因此，無約束平差反映了GPS網的真實精度。無約束平差提供各控制點在WGS84坐標系下的坐標，各基線向量三個坐標觀測值的總改正數，基線邊長和邊長精度信息。三維無約束平差中，基線向量的改正數絕對值均不大于3σ的限差要求(如表1、表2）。

4.2 在北京54坐標系下的約束平差

約束平差是對通過了預處理和無約束平差各項檢核后的GPS向量網，在多個固定點的約束下進行平差計算。綏中縣GPS控制網的約束平差采用在54坐標系下的三等以上控制點進行平差，在本次平差過程中，發現若將四等三角點打漁場納入到起算點，則計算出的其他點的坐標和提供的坐標值就相差達20米，并且會出現紅邊，如果除去打漁場這個起算點后，推算的其坐標值和提供的坐標值也不相符，并且三等點臺子南、二等點萬寶山、大石山、止錨灣作為起算點約束后，解算過程也會出現紅邊，若將這四個點解除約束后則平差可以通過。由此推斷，打漁場控制點很可能和其他控制點不在一個網中，而臺子南、萬寶山、大石山、止錨灣是精度不夠，故平差過程采用活龍山、費家嶺、霍家溝、荊條樓、金牛山、東沙窩等六個點進行平面約束。求得中央子午線為120o的高斯平面直角坐標。在約束平差過程中，二維約束平差中，基線向量的改正數與無約束平差結果的同名基線相應改正數的較差均滿足2σ的限差要求（如3、表4）。

4.3 高程擬合

綏中縣GPS網的部分點位高程采用四等水準施測，起始點為國家一等水準點沈山70，沈山65。由地面的GPS點位組成四等水準網，總計敷設三條水準路線，共計14個點。四等水準網全路線長96.2km，由兩條閉合水準路線和一條附合水準路線組成。四等水準網平差采用間接平差方法，由清華山維平差軟件進行解算，平差結果為:環路線的最大閉合差為22mm，最小為2mm，觀測中誤差2.2mm，最大點位誤差8.7mm，最大點間誤差6.2mm，結果表明精度良好，符合規范要求。

高程擬合時采用GPS網中聯測了水準點的高程平差值作為高程已知點進行平差擬合，得到四等GPS點的高程平差值。

5 結語

綏中縣的GPS網控制范圍大，網形設計合理，點位密度符合規范要求，約束的平面控制點達6個，用于高程擬合的水準點也有14個，這樣就保證了有足夠的起算數據來約束整個控制網，使得整個網的精度得到了很大的提高。最后的精度評定表明綏中GPS網的精度遠高于所要求的四等網的測量精度。

采用GPS技術布設的控制網精度高，而且不受人為因素的影響，也不受環境和距離的限制，最大程度上減少了累計誤差。尤其是在地形條件復雜的地區更具優勢。本測區在控制面積大、時間緊的具體情況下，采用了GPS技術建立的控制網觀測僅用了12天。充分說明了GPS測量技術具有精度高、效率高、費用小的特點。綏中縣的GPS控制網不僅能及時準確的為城市規劃、市政建設和土地管理提供測繪保障，而且新網中有一部分點是原來的老網中的網點，有效的將老網成果整合到新網中來，不僅使新網和老網的基準得以統一，還使成果得以通用，提高了效益。

GPS高程擬合也是GPS測量的一個重要領域，特別是在地形復雜的山地，由于這些地區的地形條件的限制，使得常規的水準測量難以實施，在有足夠的水準點作為已知高程點時，采用了與測區高程異常相吻合的擬合方法，GPS高程測量同樣可以達到很高的精度。

參考文獻

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