GPS控制網布設與點位精度探討

摘 要：GPS技術在工程測繪中有廣泛應用，其中GPS控制網的布設以及點位精度控制，對測量結果有直接影響。文章首先對GPS控制網的布設方法進行研究，包括控制網布設要求、GPS控制點的選擇、布設方案優選、平面控制網施測等。在此基礎上，通過分析計算和對比，提出幾點GPS控制網點位精度控制方法，以期提升GPS測量結果的可靠性。

關鍵詞：GPS控制網;布設方法;點位精度

GPS技術即全球衛星定位技術，在衛星和地面系統的配合下，可以對全球范圍內的三維位置信息進行測量，測量精度較高，還具有實時導航等功能。在工程測繪技術的信息化發展過程中，GPS技術發揮著重要作用，與GIS技術、RS技術合稱為3S技術，可以為工程測繪活動提供多方面的技術支持。

一、GPS控制網布設方法

（一）布設要求

根據《全球定位系統測量規范（2009）》中的GPS控制網布設要求，需要根據作業級別，控制好相鄰點基線分量的誤差，合理設計相鄰點間的平均距離。比如某測區中的北部主要為草地，其余部分為樓房、空地，東部有一大面積水域，可能會對GPS測量結果產生一定影響。整個測區的控制面積為2km2，東西向最大長度約為2km，南北向最大長度約為1km，在測區大部分區域可以通行汽車，時速在15km/h到25km/h左右。對于該測區的GPS控制網布設要求是最弱邊的相對誤差小于等于1/45000，最弱點的誤差小于等于5cm[1]。

（二）GPS控制點選擇

在GPS控制點選取過程中，需要考慮的因素眾多。首先應充分考察站點周圍地理環境，將控制點布設在相對開闊地帶，確保周圍仰角10°范圍內沒有障礙物。其次應考察控制點的地質條件，在布點過程中，避開斷裂帶等地質不穩定區域，在地質條件相對的基巖、巖石上布設GPS控制點。如果沒有符合條件的基巖，可以選擇在土層布點，但要確保土質條件的穩定性，盡量避開松軟土層。在GPS控制點的布設過程中，也需要考慮點位交通條件，盡量將控制點布置在交通方便區域，一來可以方便上點觀測，二來可以節省搬站時間和測量費用，同時也有利于提高GPS控制點利用效率。所選擇的控制點應有利于長期保存，綜合考慮用地規劃、社會狀況等，合理選擇GPS控制點布設位置。此外，出于安全和測量可靠性的考慮，在布點過程中應避開大型水域、大型金屬物及其他易反射電磁波的物體。如果布設在這些區域，容易產生多徑效應，而且多徑效應不易在觀測中發現，到數據處理時才能發現，往往還需要進行補測。點位上方也不能存在高壓輸電線，在點位周圍100m范圍內，不應有大功率電臺、變電站和微波中繼站等，從而避免對測量結果產生負面影響[2]。

（三）布設方案選擇

在GPS控制網的布設方案選擇過程中，需要充分考慮控制網對測量精度的影響，經過點和邊的連接對比，合理布置控制網形式。一般情況下，測區起點部分控制點較小，在上述測區中，整體呈狹長彎曲布置形式，測區最寬處不足0.5km，通視條件較差，容易增加全站儀導線控制測量難度。因此，自重采用GPS靜態平面網控制方式，根據測量任務要求，需要滿足城市II級控制網的精度要求。根據配置的以期數量，共包含3套GPS雙拼接收機，可以在設計過程中，對各種布網形式進行評價，由于接收機數量較少，無法采取網連式布置方式，只能采取點連式或邊連式布置方式。在設計評價過程中，可以將評價等級分為5等，分別對應1～5分，其中點連式方案的觀測段數量評分為5分，作業操作性評分為4分，圖形強度為1分，精度評分為2分，綜合評分為12分。邊連式的觀測段數量為3分，作業操作性評分為3分，圖形強度為2分，精度評分為4分，綜合評分為14分。經過分析評價，采用邊連式布網方式可以獲得更好的效果。最終確定的布設方案為同步三邊形方式，可以兼顧測量精度和作業效率方面的要求。此外，該測區的起算點數量為2個，在檢驗起算點精度時，需要將直接基線觀測納入到GPS控制網中。

（四）平面控制網施測

上述測區的野外作業采用3臺S900型號GPS接收機，按照E級布置GPS平面控制網，根據相關測量技術要求進行測量。在施測過程中規定，站點如不搬站則不關機，確保觀測時間段足夠長，從而提升連接邊基線向量精度。施測過程中需要專人值守，檢查確定有效衛星歷元數符合要求，及時通知其他測站，如不符合要求則延長時間段，確保觀測精度。在觀測期間接收機不能重新開關機，也不能移動天線。另外在GPS觀測時，要控制同步靜態觀測時間在40min以上，觀測衛星大于等于4顆，高度角大于等于15°。觀測時的衛星分布象限應在2個或以上，點位幾何圖形強度應<6。在整個施測過程中，應確保接收機的天線嚴格對中，在觀測過程中注意檢查，并做好觀測時間和數據記錄，結束觀測后按照相關技術規程下載觀測數據。

二、GPS控制網的點位精度控制

（一）基線解算影響及控制

在GPS野外作業觀測中，需要對觀測數據質量及時進行檢測，確保數據可靠性，從而提升野外作業效率和定位精度。在基線解算過程中，如果起點坐標設定不準確，會影響基線尺度及方向的準確性。可通過在解算過程中采用高準確度坐標作為起點，并進行長時間的測點定位，與準確的點進行聯測，保證基線結算的準確性。在進行整網基線解算時，起點坐標是由一個點的坐標衍生出來的，容易出現系統偏差，可通過引入系統參數方法解決。如果少數衛星觀測時間較短，其整周未知數難以確定，也會影響解算精度，遇到這種情況應刪除該衛星觀測數據，不參與解算，從而降低誤差范圍。此外，在整個觀測過程中，會出現個別時段的周跳過多，導致其修復不完善。出現這種情況時，可以對觀測值殘差進行分析，刪除殘差過大的觀測值。在多路徑等影響效應的判別過程中，也可以采取觀測值殘差分析方法，通過提高截止高度角，將部分影響數據剔除。

（二）基線解算和網平差比較

在基線解算過程中，需要采用專用的GPS數據處理軟件，對觀測數據進行處理，完成基線解算工作。首先打開GPS數據處理軟件，然后新建項目，設置控制網的等級和坐標系統，添加觀測數據。進而在靜態基線處理設置中輸入天線高，開始進行基線解算。接下來進行平差處理，設置網平差闡述，經過自動處理后得到三維平差，在錄入已知的點坐標，進行高程擬合，完成網平差計算。在上述測區的測量過程中，分別對兩組數據的基線相抵中誤差、平差后坐標、點位精度等進行了比較分析。從對比結果來看，第一組數據的整體精度高于第二組數據，分析其原因，主要是由于兩組數據的觀測時間不同。第一組數據是在早上進行測量的，第二組數據則是在下午進行測量的，為提高觀測精度，應盡量在早上進行測量。

（三）控制網的合理化控制

從上述測區的整個GPS控制網布設到測量數據分析過程來看，要實現對控制網的合理化控制，應在布網過程中充分考慮測量影響因素，嚴格按照布網精度要求進行布設。在設計階段就需要通過評估分析，選擇最佳的布網方式。在野外測量作業中，需要及時對數據進行檢測和處理，剔除不合理的數據，避免對最終測量結果產生影響。此外還要合理選擇測量時間，盡可能提高數據測量精度。通過采取綜合控制方法，可以為GPS控制網的測量可靠性提供保障，從而最大化的發揮GPS技術的應用優勢。

三、結語

綜上所述，通過對GPS控制網設計和布置，綜合考慮各方面影響因素，嚴格按照相關規范要求做好點位布置，可以最大化的為最終測量結果準確性提供保障，從而為工程建設活動提供科學依據。

參考文獻：

[1]高號.工程控制網布置方式及精度分析[J].產業創新研究，2018（07）：103-104.

[2]趙競德，高強，劉軍.GPS控制網布設與點位精度分析[J].內蒙古科技與經濟，2017（14）：81-83+85.

作者簡介：李攀（1986—），漢，湖北省老河口市，本科，工程師，從事工程測量。