建立城市GPS控制的幾個技術問題

摘 要：文章首先針對城市GPS控制網的布設提出了五個方面應加以考慮的問題，進而提出了踏勘選點的技術要點，從多個方面分析了GPS觀測和數據預處理的技術要求，為保證和提高控制網的精度，最后對數據檢驗和平差計算的程序步驟進行了比較全面的探討。

關鍵詞：城市；GPS控制網建立技術；問題

前言

城市平面控制網是城市測繪工作的基礎，是城市建設與發展不可或缺的基礎設施。傳統的城市控制網多為三角網形式，少量為導線網或測邊網。隨著GPS技術的迅速發展，目前城市控制網多采用GPS技術來建立。城市GPS控制網的建立與傳統三角網的布設既有相類似的技術部分，也存在該技術自身的特點，同時GPS控制網還需要利用高等級三角點作為定位和定向的起算數據。隨著一些城市GPS控制網的建立，測繪界已經積累了一定的經驗，尚存在一些技術問題有待于進一步探討。文章針對城市GPS控制網建立的技術問題談幾點看法。

1 GPS控制網的布設

利用GPS技術建立城市控制網在符合國家有關測繪行業管理行政法規的前提下，應充分考慮到起算成果、歷史延續性、技術先進性和發展的前瞻性。具體而言有以下幾方面內容。

城市附近是否有國家A、B級GPS網點和省級C級網點，上述情況的點位符合GPS點點位要求的，應盡量納入城市GPS網中以期建立與全國高精度的三維地心坐標框架相一致的三維地心坐標系統。

對原有城市控制網進行全面的分析。包括原網的起算數據、施測方法、坐標系的選取、計算方法、精度情況，同時對現存點位情況要進行徹底地勘察和了解。以便使新建控制網具有較好的歷史延續性。

設計時應對一定數量的控制點進行水準聯測，網外圍的控制點盡量進行水準聯測，以便進行控制點的高程擬合。可以將一些水準點納入CPS網中，顧及同時或今后一段時間進行大地水準面精化。

城市CPS控制網應布設成連續的全面網。每點均不少于3條邊聯結，構成每個環的邊數應加以控制。

2 踏勘選點

GPS網點的選擇較傳統三角網要靈活得多，但必須遵守相應技術要求并考慮到城市控制網的應用特點。具體而言有以下三個方面。

2.1 GPS技術本身的要求

（1）點位的選擇應盡量遠離大功率無線電發射臺、電視臺、微波站等，其距離應不小于200米；遠離高壓輸電線路，其距離不小于50米。

（2）選擇的點位附近不應有大面積水域和其他強烈干擾衛星信號接收的物體。

（3）選擇的點位要有方便的交通道路，但避開在主要道路邊設置測量點。

（4）巳選定的點位地面基礎穩定，易于點的長期保存。

2.2 已有各類控制點的利用

（1）GPS網中擬使用的舊的點位，一定要實地踏勘，查看點位，地面點必須開挖檢查標石、標志的完好情況。

（2）擬利用的原有點，點位符合GPS觀測條件要求的，均應利用。如有高標，應檢查覘標是否可以使用，其觀測臺能否安置接收機天線。

（3）布網設計擬利用的高等級水準點，點位符合GPS觀測條件要求的，應盡量納入網中。

2.3 新點的選擇

（1）新布設的GPS網點應優先選擇在各地的政府、學校和有關部門的樓頂或開闊的院內。

（2）對于設計中已經丟失破損或無法滿足GPS觀測要求的三角點，應在舊的點位附近重新選埋新點。

（3）如網中擬利用的水準點遭到破壞那么應在舊的水準點附近選埋地面新點，利用水準測量的方法聯測該點高程。

3 GPS觀測和數據處理

城市GPS控制網是城市測繪工作的基礎，是供長期使用的基礎設施。因而數據采集和數據處理要計劃周密、組織得當、方法先進、檢核完善。GPS接收機使用前應經過檢定，狀況良好，城市GPS控制網觀測采用靜態測量模式。

（1）由于城市GIB控制網范圍較大、點數較多、為了控制網的整體精度，GPS觀測必須從網的一側有序推進。應根據城市區域的經度、緯度編制GPS衛星可見性預報表。預報表中應包括可見衛星號、衛星高度角和方位角、最佳觀測量組的幾何圖形強度因子等。

（2）作業時，應根據已制訂的技術方案做好衛星高度角、有效觀測衛星總數、時段中任一衛星有效觀測時間、平均每點觀測站次數、時段長度、數據采樣間隔、GDOP值等技術指標的控制。

觀測時應認真在測量手簿中作好記錄。記錄內容要全面，主要包括：觀測員姓名、觀測日期、天氣和氣象元素、點名、點號、時段、天線高、開關機時間、同步觀測點號等。注意外業原始數據應及時備份。

（3）外業數據檢核主要有以下幾項：a.外業GPS觀測基線的解算可采用隨機提供的商用軟件和廣播星歷進行。b.重復基線較差以接收機標稱精度進行評定。c.三邊同步環各坐標分量閉合差和坐標閉合差應滿足相關指標要求。d.由若干個獨立觀測邊組成的異步環，對各坐標分量閉合差應及時進行檢核。

4 GPS網的平差計算

控制網的平差計算技術含量較好，也是控制網建立非常關鍵的一個環節，應在數據預處理的基礎上進行。必要時可利用不同的軟件和起算數據分別平差，以選取最優化成果。

4.1 同步基線精處理

（1）基線精處理應按同步環逐個進行。一般采用國外高精度GPS數據處理軟件進行并采用IGS精密星歷。

（2）對于大型或特大型城市的高精度CPS控制網應與國際永久跟蹤站的衛星接收數據統一處理。

（3）在同步環基線網處理中，應選擇一個測站作為基線處理基準。

（4）重復基線較差、同步環閉合差、異步環閉合差應滿足相應的技術要求。

4.2 平差的計算

（1）三維無約束平差。為了評定GPS網的內部符合精度，首先應對控制網進行無約束平差。平差時可以GPS網中間某一點作為相對位置基準點，以經環閉合差分析后的獨立基線向量及其協方差陣作為觀測量，進行全網無約束平差。以期通過粗差分析和方差分量因子分析剔除可能存在的粗差，改善基線觀測量的質量，以保證和提高全網平差精度。

（2）三維約束平差。如網中有國家A、B級GPS點，應以其作為起算數據進行三維約束平差。采用經過無約束平差剔除了粗差基線和經過方差協方差因子修正后的基線作為觀測量，進行整個GPS網的約束平差。約束平差給出WGS-84坐標系的大地坐標。

（3）最后平差。在對各種起算點經過兼容性分析后采用穩定、可靠的已知點做為起算點，進行整網約束平差，平差后分別給出所需要的坐標系成果。為了保持控制網的連續性應計算新舊控制網之間的坐標轉換參數。

參考文獻

[1]鄭加柱，王永弟，等.GPS測量原理及應用[M].科學出版社，2014.

[2]劉淼.城市規劃GIS技術應用[M].華中科技大學出版社，2015.