新型GPS控制網布設及應用＊

景 琦，程增杰，張月華

（中國地震局第一監測中心，天津300180）

0 引 言

GPS技術在測量行業的應用，將其分為兩大類:一類是用來做GPS控制網用（靜態相對定位），另一類則是測圖用（實時動態定位）。測圖用的GPS大多是以動態RTK的形式，或CORS網絡模式進行實時動態測量。精度能夠滿足大多數用戶的需要。但是，仍然有一定局限性，不如GPS控制測量那么成熟、穩定。

1 新型GPS控制網研究

1．1 新型控制網簡述

為了解決傳統控制網的一些弊端，充分發揮GPS控制網測量的優勢。通過工程實例，研究總結出一種新型的GPS布網方式——同步層級網。所謂同步層級網就是利用多臺（一般不少于8臺）GPS接收機，布設為一個高層級同步控制網，然后利用高層級控制網中的部分控制點（一般不多于3個）向下發展為第二層控制網，在第二層控制網中可以有多個同級別的控制網。它們之間是獨立關系，控制網的精度互不影響，這樣形成的GPS控制網稱之為同步層級網，如圖1所示。

1．2 新型控制網特點

同步層級網可以進行多層級布設，在第二層的基礎上繼續進行加密網的布設，布設為第三層級，第四層級等，如果測區范圍較大時可以布設加密網為四層級、五層級等。

圖1 層級布設的GPS控制網示意圖

一般情況布設為三個層級就能夠滿足大多數工程項目的使用。多層級布設不僅可以使大范圍測區可以得到均勻分布的控制點，而且控制點之間精度可靠、穩定。該新型控制網的主要特點是:

1）精度較好:同一層獨立控制網點，均為同步觀測點，多余觀測基線數較多，控制網點精度比較好；

2）擴展速度快:由于接收機數量較多，這樣對于控制網點擴展測量速度較快；

3）精度局部獨立:個別獨立控制網點測量誤差不會影響到整個控制網精度，同層級的控制網之間相互獨立，控制網點測量精度互不影響；

4）獨立觀測，互不干擾:只要有足夠多數量的接收機，同層之間可以同時進行多組的觀測，外業數據采集互不干擾、互不牽制。

5）高層級控制低層級:整個控制網中高層級控制網，對于低層級的同步控制網具有控制作用。

該網也有一定的缺點和局限性:在布設第二層級時，如果公共連接點只有一個，相互獨立的同層級控制網之間沒有形成異步環。因此，控制網的粗差很難被發現和檢查。為了避免此問題，可以在布設該新型網完成之后，從低層獨立同步網中分別選擇1～2個連接點，使之構成異步環，這樣增加一個同步觀測時段，進而可提高該控制網觀測數據的可靠性。但使用足夠數量的接收機有其局限性。雖然接收機之間型號沒有特殊要求，但為了減少觀測時間，提高控制網精度，最好是選擇雙頻接收機。

新型GPS控制網與其他形式布設的控制網進行比較，如表1所示。

表1 不同網型的GPS控制網間比較［1］

1．3 新控制網精度設計

GPS控制網的精度可由基線長度精度來表示［2］

式中:a為接收機固定誤差；b為接收機比例誤差；d為控制網平均邊長。

按照該公式可以計算控制網的精度指標，該方法是一種比較通用的方法。

1．4 新型控制網精度評定方法

由于該網以同步觀測為主要觀測手段，因此，其精度評定是采用多邊形同步網進行精度評定。多測站同步觀測精度與多邊形邊數有關，應該檢驗多邊形閉合差為［3］

2 工程項目算例

測區面積大約35km2的測量控制網，測區附近7個已知點國家三角點（經勘察、檢測，其中可用的已知點有5個），共布設了75個D級GPS控制點待測，采用10臺雙頻接收機。整個控制布設為兩個層級，首層布設了十個點，其中有4個為國家三角點，其余為新埋設控制點；第二層級布設為10個同步觀測網；最后為了加強圖形強度，增加了一個觀測時段。共計外業觀測12個同步時段，每個時段70min．在數據處理時，采用了兩種方案，一是先進行首層控制網的解算處理，再進行第二層級的解算；二是將所有數據都導入到數據處理軟件進行統一平差處理。這兩種處理方法中，前者在平差過程中沒有異步環，可靠性得不到保證；后者精度評定效果較好，但是基線數目較多，數據處理速度比較慢。

根據實測數據得:實測控制網平均邊長5．33 km，由公式（1）得:σ＝24．2mm．

按照上述精度評定方法，其中多邊形的邊數為10條邊，由公式（2）得

按照新型控制網的布設方法，經過平差后得到的結果為

通過本工程項目實際情況表明:該新型控制網的平面實測精度遠高于理論計算精度，高程實測精度也高于理論計算精度。該新型GPS網實測精度完全可以滿足多數工程測量控制網精度要求。因此，該方法布設GPS控制網可以進行推廣。

3 結 論

隨著GPS接收機價格的不斷降低，接收機使用的數量不斷增多，使得GPS控制網布設方法也在不斷的改進。GPS測量的精度與控制網網型關系非常密切，在GPS布網的形式方面，應該重點考慮控制網點的點位分布以及網型結構。但是，控制網布網重要原則是:在能夠滿足控制測量的精度前提下，可以方便靈活的布網，網點便于使用與觀測。所論述的新型控制網是一種值得推廣的方法。

［1］ 李沛鴻，柳廣春．GPS測量技術的新控制網形設計研究［C］／／《測繪通報》測繪科學前沿技術論壇摘要集，南京，2008:499－504．

［2］ 張 勤．GPS測量原理與應用［M］．北京:科學出版社，2010．

［3］ 徐茂林，楊鳳云，李冬梅，等 ．利用GPS技術布設C級控制網的應用及精度分析［J］．鞍山:鞍山鋼鐵學院學報，2002，25（1）:47－49，52．