某城區道路控制網的設計與實施

摘 要：文章討論了城區道路控制網的建立以及數據后處理的相關問題，采用south GPSProVer4.0軟件對GPS觀測數據進行預處理、基線處理和網平差。對D級GPS靜態控制網在城區道路控制網的應用與實施進行了一些探討。

關鍵詞：城區道路；GPS控制網；數據處理

引言

近些年來，隨著GPS、GLONASS、北斗等定位系統不斷發展完善，各種誤差模型（如電離層、對流層）的精化，整周模糊度求解算法的改進，極大的提高了GNSS定位的精度與可靠性[1]；同時衛星定位算法的不斷改進，促進了高精度GPS精密后處理軟件的不斷發展，進一步提高了衛星測量定位的精度。這使空間定位技術得到充分的應用，尤其是靜態GPS測量模式。在各級測量控制網的建立方面，GPS定位技術已基本上取代了傳統的測量手段[2-3]。

文章以某城區的一個道路改造控制網為例，詳細介紹城市交通工程控制網的建立、數據采集和事后數據處理，以及用D級GPS靜態控制網建立城市交通工程控制網的應用研究。

2.2 GPS網平差

網平差主要是為了消除由觀測量和已知條件中存在的誤差引起的GPS網在幾何上的不一致，改善GPS網的質量、并評定其精度，確定GPS網中點在指定參考系下的坐標以及其它所需參數的估值。

一般來說通過單一類型的網平差不能同時實現上述三個目的，而需分階段采用不同的網平差來實現，常見的網平差方法有三維無約束平差、二維約束平差、聯合平差三種[7]。

三維無約束網平差：用上述解算檢核后的GPS基線向量作為觀測值，其對應的方差-協方差逆陣作為權陣，進行平差計算；該過程主要是為了檢查網中的基線是否存在粗差以及是否存在明顯的系統性誤差，由于使用的觀測值全為GPS基線向量，除了引進一個位置基準信息的起算點之外，不引入其他外部起算數據，不會引起GPS網尺度和方位的變化，從而其平差結果體現了網的內符合精度，反映了觀測值本身的好壞，更符合客觀實際[8]。

二維約束平差：與三維無約束網平差不同的是在平差的過程中引入了會使GPS網的尺度和方位發生變化的外部起算數據，主要用來實現GPS網成果由基線結算時所用的GPS衛星星歷所采用的參照系到指定參照系的轉換。

聯合平差：平差時所采用的觀測值不僅包括GPS基線向量，而且包括一些常規觀測量，如邊長、角度、方向和高差等地面常規觀測量。

3 實例分析

以某城區一個道路改造D級GPS控制網為例，嚴格遵循從高級到低級布設控制網的原則，利用高等級控制點作為起算點進行施測。測區周邊有我院C級GPS點3個（C192、C194、C222），作為本工程控制起算依據。本工程共布設D級GPS點41個。

3.1 靜態GPS控制測量

本次GPS控制網網點共41個，全部按照城市D級GPS控制網的外業觀測要求進行施測。聯測WHKC基站和兩個C級GPS控制點，外業數據采集分別于2013年11月26日以及12月17日進行。觀測儀器全部為SouthS82-V系列雙頻接收機，共八臺，全部在鑒定有效期，在出測之前均進行了對中器、水準氣泡的檢校。本項目采用GPS混連式的方式進行同步觀測，每次保持至少二臺接收機與前一時段架設同一點位，另外多臺向前滾動作業。分兩期進行觀測，分別為一期控制網和二期控制網，具體網形分布如圖2所示，外業觀測指標如表2所示。

3.2 數據處理及平差計算

對觀測數據，采用south GPSPro Ver4.0軟件和廣播星歷進行基線解算，分別得到有效基線（雙差固定解）84條和104條。本項目GPS三維向量分別構成閉合環624個和926個，同步閉合環224個和336個，異步閉合環400個和590個，由GPS三維基線向量所構成的坐標分量相對閉合差和環線全長相對閉合差均小于規范規定要求。

在通過基線檢驗的基礎上，選取有效基線組成三維GPS向量網，進行WGS-84橢球基準下的三維無約束平差。三維無約束平差采用以WHKC為固定點，按D級網精度要求進行處理，兩期控制網共計188條基線。而在道路工程中，控制網的內符合精度尤為重要，為進一步分析本項目GPS網的內符合精度，將基線相對精度分布情況統計見表3。

以上三維無約束平差結果表明，本次GPS控制網具有較高的內符合精度，達到并優于規范的要求，為下一步的測量工作打下了堅實的基礎。

另外，考慮到一期控制網與二期控制網的銜接，重合了部分控制點，為了便于優化選擇，根據固定點在控制網中的分布情況，保證軌道交通各線路的相互對接，經點位兼容性分析，選擇合適的固定點作為最終約束平差結果。平差成果的主要技術指標如表4所示。

由表4可知，各期控制網重合點的平面坐標較差均滿足規范規定的不同線路重合點坐標較差≤±25mm的限差要求，以上成果分析表明，各期衛星定位控制點成果具有較好的一致性，成果可靠性高。

4 結束語

隨著空間定位系統以及全國各省市CORS系統的不斷發展與完善，其全天候、高效率、高精度的特點越來越突出，在各種工程的平面控制測量中得到了廣泛的應用。而在交通工程中，控制網的內符合精度尤為重要，需在常規GPS施測模式的基礎上增加觀測時段長度、增加重復設站次數等措施以保證其精度達到規范要求。所以，在經典GPS靜態測量模式的基礎上，根據相關規范要求靈活增加相應的保證措施后，用于城區道路的建設（或改造）中具有較高的應用價值和經濟效益。

參考文獻

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[3]賀小星，周世健.某城區D級GPS靜態控制網設計與實施[J].江西科學，2012，3：295-298+318.

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[8]Alireza AmiriSeemkooei. Analytical methods in optimization and design of geodetic networks[D].K.N. Toosi University of Technology，1998.

作者簡介：張曉章（1965-），男，高級工程師，武漢市測繪研究院新區分院院長。