GPS控制網(wǎng)的技術(shù)設(shè)計

1、GPS控制網(wǎng)的技術(shù)設(shè)計【摘要】討論GPS控制網(wǎng)技術(shù)設(shè)計的一般原則和圖形設(shè)計，結(jié)論認為：傳統(tǒng)的控制測量方法將被GPS技術(shù)所取代?！娟P(guān)鍵詞】GPS 控制網(wǎng) 技術(shù)設(shè)計原則 圖形設(shè)計1 引言GPS是英文Navigation Satellite Timing and Ranging/Global Positioning System的字頭縮寫詞NAVSTAR/GPS的簡稱。它的含義是：利用導(dǎo)航衛(wèi)星進行測時和測距，以構(gòu)成全球定位系統(tǒng)。GPS具有全能性、全球性、全天候、連續(xù)性和實時性的精密三維導(dǎo)航與定位功能，而且具有良好的抗干擾性和保密性。因此，GPS技術(shù)在大地測量、工程測量、航空攝影測量、海洋測量、城市測

2、量等測繪領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，本文根據(jù)多年的實踐經(jīng)驗介紹GPS控制網(wǎng)在工程測量中的布設(shè)方法，以供大家參考。2 技術(shù)設(shè)計的一般原則建立城市或其它局部性GPS控制網(wǎng)是一項重要的基礎(chǔ)性工作，而技術(shù)設(shè)計則是建立GPS網(wǎng)的第一步，是保證GPS網(wǎng)能夠滿足經(jīng)濟建設(shè)需要，并保證GPS成果質(zhì)量可靠的關(guān)鍵性工作。因此，必須科學(xué)地、嚴謹?shù)刈骱眠@一工作。GPS網(wǎng)設(shè)計設(shè)計的一般原則包括以下幾個方面。2.1 充分考慮建立GPS控制網(wǎng)的應(yīng)用范圍對于工程建設(shè)的GPS網(wǎng)，應(yīng)該既考慮勘測設(shè)計階段的需要，又要考慮施工放樣等階段的需要。對于城市GPS控制，既要考慮近期建設(shè)和規(guī)劃的需要；又要考慮遠期發(fā)展的需要；還可以根據(jù)具體情況擴展G

3、PS控制網(wǎng)的功能，充分發(fā)揮GPS網(wǎng)和測繪工作在城市建設(shè)中的作用。2.2 采用分級布網(wǎng)的方案適當(dāng)?shù)胤旨壊荚O(shè)GPS網(wǎng)，有利于根據(jù)測區(qū)的近期需要和遠期發(fā)展分階段布設(shè)，而且可以使全網(wǎng)的結(jié)構(gòu)呈長短邊相結(jié)合的形式。與全網(wǎng)均由短邊構(gòu)成的全面網(wǎng)相比，可以減少網(wǎng)的邊緣處誤差的積累，也便于GPS網(wǎng)的數(shù)據(jù)處理和成果檢核分階段進行。分級布網(wǎng)是建立常規(guī)測量控制網(wǎng)的基本方法，因為GPS測量有許多優(yōu)越性，所以并不要求GPS網(wǎng)按常規(guī)控制網(wǎng)分很多等級布設(shè)。例如，大城市的GPS控制網(wǎng)可以為三級：首級網(wǎng)中相鄰點的平均距離大于5km；次級網(wǎng)中相鄰點平均距離為15km；三級網(wǎng)相鄰點平均距離可小于1km，且可采用GPS與全站儀相結(jié)合的方

4、法布設(shè)。對于小城市，分兩級布設(shè)GPS網(wǎng)即可。為提高GPS網(wǎng)的可靠性，各級GPS網(wǎng)必須布設(shè)成由獨立的GPS基線向量邊（或簡稱為GPS邊）構(gòu)成的閉合圖形網(wǎng)，閉合圖形可以是三邊形、四邊形或多邊形，也可以包含一些附和路線，GPS網(wǎng)中不允許存在支線。2.3 GPS測量的精度標(biāo)準(zhǔn)GPS測量的精度標(biāo)準(zhǔn)通常用網(wǎng)中相鄰點之間的距離中誤差表示，其形式為：式中：距離中誤差（mm）；a固定誤差（mm）；b比例誤差系數(shù)（ppm）；d相鄰點的距離（km）。2001年實施的“全球定位系統(tǒng)（GPS）測量規(guī)范”將GPS的測量精度分為AAE六級（見表1）。其中AA、A、B三級是國家GPS控制網(wǎng)，C級主要用于大、中城市及工程測量的

5、基本控制網(wǎng)，D、E級主要用于中、小城市、城鎮(zhèn)及測圖、勘測、建筑施工等控制測量。 項目AAABCDE固定誤差a（mm）358101010比例誤差系數(shù)b（ppm）0.010.1151020相鄰點最小距離（km）30010023421相鄰點最大距離（km）300090021036208相鄰點平均距離（km）10003007010155100.25 表1在GPS網(wǎng)的技術(shù)設(shè)計中，應(yīng)根據(jù)測區(qū)大小，GPS網(wǎng)的用途，來設(shè)計網(wǎng)的等級和精度標(biāo)準(zhǔn)。2.4 坐標(biāo)系統(tǒng)與起算數(shù)據(jù)GPS測量得到的是GPS基線向量，是屬于WGS84坐標(biāo)系的三維坐標(biāo)差，而我們需要得到的是屬于國家坐標(biāo)系或地方獨立坐標(biāo)系的坐標(biāo)

6、。為此，在GPS網(wǎng)的技術(shù)設(shè)計中，必須說明GPS網(wǎng)的成果所采用的坐標(biāo)系統(tǒng)和起算數(shù)據(jù)，也就是說明GPS網(wǎng)所采用的基準(zhǔn)。GPS網(wǎng)的基準(zhǔn)與常規(guī)控制網(wǎng)的基準(zhǔn)類似，包括位置基準(zhǔn)、方位基準(zhǔn)和尺度基準(zhǔn)。當(dāng)測區(qū)有舊的地面控制點成果時，應(yīng)既考慮充分利用舊資料，又要使新建的高精度GPS控制網(wǎng)不受舊資料精度較低的影響。為此，應(yīng)將新的GPS網(wǎng)與舊控制點進行聯(lián)測，聯(lián)測點一般不應(yīng)少于2個。GPS網(wǎng)的坐標(biāo)系統(tǒng)應(yīng)盡量與測區(qū)過去采用的坐標(biāo)系統(tǒng)一致，如果采用的是地方獨立坐標(biāo)系，一般應(yīng)該了解以下幾個參數(shù)：a.所采用的參考橢球體，一般是以國家坐標(biāo)系的參考橢球為基礎(chǔ)；b.坐標(biāo)系的中央子午線的精度值；c.縱、橫坐標(biāo)的加常數(shù)；d.坐標(biāo)系的投

7、影面高程及測區(qū)平均高程異常值；e.起算點的坐標(biāo)。GPS網(wǎng)的位置基準(zhǔn)，通常都是由給定的起算點坐標(biāo)確定。方位基準(zhǔn)可以通過給定起算方位角值確定，也可以由GPS基線向量的方位作為方位基準(zhǔn)，尺度基準(zhǔn)可以由地面的電磁波測距邊確定，或由兩個以上的起算點之間的距離確定，也可以由GPS基線向量的距離確定。2.5 GPS點的高程為了得到GPS點的正常高，應(yīng)使一定數(shù)量的GPS點與水準(zhǔn)點重合，或者對部分GPS點聯(lián)測水準(zhǔn)。為了便于進行水準(zhǔn)聯(lián)測，且便于進行GPS觀測，提高GPS作業(yè)效率，GPS點一般應(yīng)設(shè)在交通方便的地方。3 GPS控制網(wǎng)的圖形設(shè)計網(wǎng)的圖形設(shè)計主要是根據(jù)網(wǎng)的用途和用戶要求，側(cè)重考慮如何保證和檢核GPS數(shù)據(jù)質(zhì)

8、量；同時還要考慮接收機類型、數(shù)量和經(jīng)費、時間、人力及后勤保障條件等因素，以期在滿足要求的前提條件下，取得最佳的效益。3.1 設(shè)計的一般原則（1）GPS網(wǎng)一般應(yīng)采用由獨立觀測邊構(gòu)成的閉合圖形。例如三角形、多邊形或附和線路，以構(gòu)成檢核條件，提高網(wǎng)的可靠性。（2）GPS網(wǎng)點盡量與原有的地面控制網(wǎng)點相重合。重合點數(shù)應(yīng)多于3個，以便可靠地確定GPS網(wǎng)與地面網(wǎng)之間的轉(zhuǎn)換參數(shù)。（3）GPS網(wǎng)點應(yīng)考慮與水準(zhǔn)點相重合，而非重合點一般應(yīng)根據(jù)要求以水準(zhǔn)測量方法進行聯(lián)測。（4）為便于觀測和水準(zhǔn)聯(lián)測，GPS網(wǎng)點一般應(yīng)設(shè)在視野開闊和交通方便的地方。（5）為了便于用常規(guī)方法聯(lián)測或擴展，C、D、E級控制網(wǎng)點應(yīng)有12個方向通視

9、。3.2 GPS網(wǎng)的基本形式根據(jù)GPS測量的不同用途，GPS網(wǎng)的幾何圖形結(jié)構(gòu)，有以下三種形式。（1）三角形網(wǎng)如圖1所示。圖中各三角形邊是由非同步觀測的獨立邊所組成。這種網(wǎng)的幾何圖形結(jié)構(gòu)強，具有良好的自檢能力，能有效地發(fā)現(xiàn)觀測成果的粗差，確保網(wǎng)的可靠性。經(jīng)平差后網(wǎng)中相鄰點間基線向量的精度分布均勻。圖1 GPS三角網(wǎng)這種網(wǎng)的主要缺點是觀測工作量較大，尤其當(dāng)接收機的數(shù)量較少時，將使觀測工作的時間大為延長。因此，通常只有當(dāng)網(wǎng)的可靠性和精度要求較高時，才單獨采用這種圖形結(jié)構(gòu)的網(wǎng)。（2）環(huán)形網(wǎng)由若干個含有多條獨立觀測邊的閉合環(huán)所組成的網(wǎng)，稱為環(huán)形網(wǎng)，如圖2所示。這種網(wǎng)的圖形結(jié)構(gòu)強度較三角網(wǎng)差，其優(yōu)點是觀測

10、工作量較小，具有較好的自檢性和可靠性。其缺點主要是非直接觀測的基線邊（或稱間接邊）精度較直接觀測邊低，相鄰點間的基線精度分布不均勻。由于環(huán)形網(wǎng)的自檢能力和可靠性與閉合環(huán)中所含基線邊的數(shù)量有關(guān)，所以，一般根據(jù)網(wǎng)的精度要求，規(guī)定閉合環(huán)中包含的基線邊的數(shù)量。表2是相應(yīng)于表1所列精度要求所提出的規(guī)定。 類級ABC閉合環(huán)中的邊數(shù)81012 表2 閉合環(huán)基線邊數(shù)的限值三角網(wǎng)和環(huán)形網(wǎng)是大地測量和精密工程測量普遍采用的兩種基本圖形。通常，根據(jù)實際情況往往采用上述兩種圖形的混合網(wǎng)形。圖2 GPS環(huán)形網(wǎng)（3）附和線路和星形網(wǎng)在GPS高級網(wǎng)中需進一步加密控制點時，可采用附和線路，如圖3所示。為保證可靠性和精度，附和線路所包含的邊數(shù)也不能超過一定限制。圖3 附合線路星形網(wǎng)的幾何圖形如圖4所示。其圖形簡單，直接觀測邊之間不構(gòu)成任何閉合圖形，所以檢驗和發(fā)現(xiàn)粗差的能力差。這種圖形的主要優(yōu)點是觀測中只需要兩臺GPS接收機，作業(yè)簡單。它廣泛地應(yīng)用于工程測量、邊界測量、地