大區域GPS控制測量的方法與應用研究

李濤

摘? 要：為進一步提升GPS控制測量精度，滿足經濟發展對于定位測量數據的使用要求，文章從GPS控制網絡布局層面出發，對大區域內GPS控制測量方法進行探討，并以案例形式對GPS控制測量的施測工藝和數據精度進行了檢核分析，為類似GPS控制網的優化提供參考依據。

關鍵詞：GPS控制測量;靜態觀測;數據檢核

中圖分類號：P228.4? ? ? ? 文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2019）06-0117-02

與現有的常規性控制測量相對比，GPS控制測量在測量精度、操作難度以及使用成本等方面表現出明顯的優勢。利用GPS接收機等數據采集終端，通過合理的布設控制網的網形，優化控制測量的數據精度與可靠性，確保了工程建設領域對測量數據的使用需求。伴隨網絡CORS技術的發展，以市域、省域為范圍建設的連續運行多基準站網絡，逐步淡化了分級布網、逐級控制的控制測量網絡建設，為多維度、多尺度、高等級無縫測繪，提供了技術手段。

1 大區域 GPS控制測量特點

城市控制測量普遍采用的GPS等級為C級、D級和E級，其中C級為市域范圍內的基準控制網，點位等級要求相對較高，而E級GPS網多為工程測量控制網，多直接應用于項目施工、低等級控制測量起算等方面[1]。

GPS控制測量與其它測量方式有著一定的差異，GPS控制網無需控制點間的相互通視，大大降低GPS控制網運行成本，避免了資源浪費。

2 大區域 GPS控制測量網絡布設原則

針對大區域GPS控制測量的特點，其布設原則可分析如下：

（1）GPS控制測量應獨立布網。以獨立觀測、閉合幾何網形觀測方式，實現對區域空間數據的有效獲取，提升測量數據的準確度。以邊連式、網連式等有效組合，并保證一定的重復觀測邊與時段，在降低數據采集與解算的勞動強度的同時，增強控制網的自檢條件。

（2）與已知控制點聯測，且網形應布設均勻。為確保GPS控制測量的可靠性，應將新布設的GPS控制網點與原有地面控制點相結合，且已知控制點不得少于3個網形分布均勻，實現GPS控制網與地面控制網的聯測解算;GPS測量控制點應與等級水準點聯測，優化區域似大地水準面精化模型，提升GPS控制點的高程精度[2]。

（3）GPS控制網點的選址，應布設于交通便利、凈空開闊的區域，應與高壓線、通訊基站和大區域水面等相距較遠，降低多路徑效應和電磁信號對GPS觀測數據的影響。

3 大區域GPS控制測量建設方法

伴隨大地測量技術的不斷發展，大區域GPS控制測量應結合現有技術手段，提升控制測量的數據精度：

3.1 平面與高程基準

工程測繪與基礎測繪框架當前所用的平面坐標系多為北京54系統、西安80坐標系統，以及現常用的CGCS2000大地坐標系，高程多采用1985國家高程基準，因此GPS控制測量應選用國家測繪基準;當因工程施工建設要求，選用獨立坐標系時，應建立獨立坐標系與國家坐標系間的轉換聯測[3]。

3.2 GPS測量設備與測量方式的確定

作為大區域GPS控制測量的主要工具，以某城市區域控制網建設案例為對象分析，工程測繪中共設置了24個C級控制測量點，作為高等級GPS控制測量的基礎控制網，并分別布設了D、E級和一級城市導線點。

其中，C、D、E級GPS點，由于點位精度要求較高，采取靜態觀測的方式，按照《全球定位系統城市測量技術規程》（CJJ73-2010）指標要求，選取Topcon Hiper系列雙頻接收機，依照觀測時段要求，采用架設三腳架的方式開展靜態觀測;針對一級導線點密度較高、精度要求相對較低的情況，采取CORS-RTK快速動態觀測的方式，采用GSM網絡連接參考站服務器，采取無線網絡差分定位的形式，分別2次采集同一點的三維坐標數據，每次獨立觀測30歷元并相互對比，若兩次觀測差值平面低于2cm、高程低于3cm，則取二者均值為點位實際觀測數據。

4 GPS控制測量應用分析

現有某地區為更新礦區原始地形圖，現需依托部分C級GPS控制點，建設礦區內部高精度控制網，其中X001、X002和X013為高等級控制點，即控制網的起算點，控制點網形如下圖1所示。

控制網點選擇和埋設時，設置于穩固堅實的區域，為保證網形加密與施工的便捷性，控制點之間應至少保證一個方向通視;采用雙頻GPS接收機按照E級控制網的指標和精度要求施測，其中衛星截止高度角15°，觀測時段2個，每時段為40min，采樣間隔為10s;控制網解算時，將天線高等信息輸入解算軟件，并初步剔除部分信號噪聲較大的觀測歷元，首先進行基線向量計算，解算相應的數據觀測邊，若數據質量不符合要求，適當降低衛星截止角要求，其次進行三維網無約束平差，即在WGS-84坐標框架下解算控制點的大地坐標;最后輸入X001、X002和X013的三維坐標數據，完成約束網的平差，轉換至相應的國家基準坐標系統，從而達到GPS控制網解算的目的，并檢核相應的基線解算、無約束平差和約束平差的數據精度。

為檢核GPS控制網的數據精度與可靠性，現采用全站儀坐標觀測、水準儀聯測等方式，對新建立的控制網點進行精度檢核，并將部分統計成果匯總如表1所示。

5 結束語

通過表1可發現，GPS測量的精度與控制點間距的相關性不明顯，且平面精度略高于高程解算精度，但總體精度在1.5cm以內，完全滿足控制測量的數據精度要求;同時通過全站儀測距，網形的內部符合度較高。

伴隨現代CORS定位技術與無線網絡通訊技術的發展，以連續運行基準站差分定位服務系統為代表的，現代測繪地理信息服務體系，切實提升了大區域GPS控制測量工作的作業效率與數據質量。

參考文獻：

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[3]唐磊，張海波.GPS在山區大比例尺數字測圖及控制測量中的應用[J].科技創新與應用，2017（4）：102-103.

[4]華爾特.基于GPS的礦山山區控制測量方法與技術流程[J].科技創新導刊，2016（10）：56-57.

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