淺談GPS控制網測設的組織與實施

汪輝 張桂蓉 蔡元平

【摘 要】本文主要簡要論述了GPS控制網的外業組織與實施，包括控制網技術設計、外業準備、外業實施、外業成果的計算和檢查及質量保證措施等內容。對相關工作進行了分析和總結。

【關鍵字】GPS控制網 觀測成果 測量基線 精度

與常規測量方法相比，GPS控制網具有控制點間無需通視、定位精度高、觀測速度快、自動化程度高全天候作業等特點。目前在很大程度上取代了常規測量方法。GPS測量的實施一般按以下過程進行。

一、GPS控制網技術設計

1、GPS網型設計

對于常規控制網來說，網型設計十分重要。GPS網的精度主要取決于觀測時衛星與測站間的幾何網型、觀測數據的質量及相應的數據處理方法，與GPS網型關系不大，這樣給GPS網的布設帶來很大的方便與靈活性。因此GPS網的設計主要取決于用戶的要求與用途。

在GPS網型設計中，為了確保GPS成果的精度與可靠性，有效發現粗差，GPS網中的獨立基線必須構成一些幾何圖形，構成一些獨立環或附合線路，從而形成一些幾何檢核條件。根據《全球定位系統（GPS）測量規范》（GB/T18314-2009）規定，各級GPS網獨立環或附合線路的邊數不大于表1的規定。

2、基準設計

通過GPS測量，我們可以獲得WGS-84坐標系下的地面點間的基線向量。通常我們需要的是國家坐標系（1954北京坐標系或1980西安坐標系）。因此，對于一個GPS網，在技術設計階段就應首先明確GPS成果所采用的坐標系統和起算數據，即GPS網的基準設計。GPS網基準設計時，應注意以下幾個問題：

1）GPS測量成果轉換到我們需要的地面坐標系，應選擇足夠的地面坐標系的起算數據與GPS測量數據相重合，或者聯測足夠多的地方控制點，以求得坐標轉換參數。一般控制網聯測控制點的個數不少于3個。

2）GPS網經三維平差后，得到的是相對于參考橢球面的大地高，為求得GPS網點的正常高，應根據需要適當進行高程聯測。B級網應按三等水準每隔2-3點聯測一點高程，C級網應按三等水準每隔3-6點聯測一點高程，D、E級網應按四等根據具體情況確定聯測高程點的個數，聯測點一般應均勻分布在整個測區。

3）GPS網的坐標系統應盡量與測區原有坐標系統一致。若采用獨立坐標系，應掌握以下參數：參考橢球、中央子午線、縱橫坐標的加常數、坐標系的投影面、測區平均高程異常、起算點的坐標。

二、GPS控制網的外業準備

1、測區踏勘

接到GPS控制網的測量任務后，首先應到實地踏勘，主要了解以下情況：1）測區的地理位置及其范圍、控制網的控制面積。2）用途和精度等級。3）點位分布及點的數量。4）實地交通情況。5）水系分布情況。6）已知控制點分布情況。7）居民點分布情況。

2、資料收集

1）各類圖件，如測區地形圖、交通圖等。測區總體建設規劃和近期發展方面的資料。2）測區及周邊地區課利用的已知點的成果資料，如點之記、坐標、高程及相應的系統。3）測區的地質、氣象、交通、通信等資料。4）有關的規范、規程等。

3、技術設計書的編寫

技術設計書包括以下內容：概述、作業依據、技術要求、測區已有資料、布網方案、選點與埋設、GPS網的觀測、觀測數據處理、驗收與上交資料、成果提交。

4、其他準備工作

根據技術設計書，進行其他準備工作，如：GPS儀器的選擇與檢驗、輔助設備準備、人員組織、觀測計劃的擬定等。

三、GPS控制網的外業實施

1、GPS網選點

由于GPS觀測站之間不要求相互通視，所以選點工作較常規測量要簡單得多。在選定GPS點點位時，應遵循以下原則：

1）點位應選在基礎穩定，并易于長期保存的地點。

2）點位應便于安置接收設備和操作，視場內不應有高度角大于15°的成片障礙物，否則應繪制點位環視圖。

3）點位應盡量在視野開闊的地帶，以利于常規儀器的加密。

4）GPS網點應盡量選在交通方便的地方，當邊長較時，還應顧及周邊的通訊設施如電報、電話等。

5）點位附近不應有強烈干擾衛星信號接收的物體。點位距大功率無線電發射源的距離不小于400m，距220kv以上電力線路的距離不小于50m，以防止其對衛星信號產生干擾。

6）GPS網應避開強反射地面如水域、平滑地面及強反射環境如山谷、山坡等，以減少多路徑效應的影響。

2、GPS標石規格與埋設

不同等級的GPS點有不同的標石規格。具體可參見《全球定位系統（GPS）測量規范》（GB/T18314-2009）規定。標石埋設完畢應繪制GPS點之記，在其上應標明點名、所在地、交通情況、點位略圖、埋石類型等內容。

3、編制GPS衛星可見性預報表及觀測計劃表

預報表應包括可見衛星號，衛星高度角和方位角，最佳觀測星組，點位幾何圖形強度因子等內容。編制預報表所用概略位置坐標，采用適用于該表的各點的平均值。預報歷元盡可能接近作業期的中間。編制預報表所用的概略星歷齡期，最長不超過30天，當超過30天或在此期間衛星數及位置有變動，應重新采集一組新的概略星歷使用。

作業隊根據衛星可見性預報資料，在進入測區前，需編制觀測計劃表，按該表對作業組下達相應階段的作業調度命令。同時依據實際作業的進展情況，及時作出必要的調整。

4、外業觀測工作

外業觀測工作主要包括天線安置、觀測作業、外業成果記錄，在此不再贅述。

四、GPS外業觀測成果的計算與檢查

1、基線解算及其檢核

觀測完畢后，首先應解算GPS基線向量，通常采用商用軟件自動處理。

2、同步閉合環檢核

異步環閉合差的大小，是評價觀測數據成果質量的重要標準。如果 （或 ， ）超過限值規定時，應分析原因并對其中部分或全部成果重測。

5、GPS測量的外部檢查

為了檢查GPS測量成果的正確性，有時還可以用精密測距儀測定兩點空間距離或平面距離，與GPS基線向量計算得到的相應邊長比較，作為外部檢查。

GPS基線測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定性、多路徑效應、觀測噪聲及測站位置誤差。比例誤差主要為星歷誤差、時鐘誤差、電離層及對流層影響的殘留誤差。因此為了保證觀測質量還應采取以下措施：減小天線相位中心變化和多路徑的影響；防止接收信號受到電干擾；對大氣層折射影響的改正；盡量選用雙頻接收機；保證衛星星座質量（PDOP值）和不丟失衛星信號。

【參考文獻】

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[3]徐紹銓. GPS測量原理及應用[M].武漢：武漢大學出版社，2008.