贵州省C级GPS网观测技术设计方案的探讨

李渝

（贵州省第一测绘院，贵州 贵阳 550025）

1 贵州自然地理概况

贵州省位于东经 103°36′～109°35′、北纬 24°37′～29°13′之间，全省面积 176167 平方千米；地貌属于中国西部高原山地，境内地势西高东低，自中部向北、东、南三面倾斜，平均海拔在1100米左右；气候温暖湿润，属亚热带湿润季风气候区。年平均气温为14.8℃，为典型夏凉地区。降水较多，雨季明显，阴天多，日照少。受季风影响降水多集中于夏季。境内各地阴天日数一般超过150天，常年相对湿度在70%以上。另外，气候不稳定，灾害性天气种类较多，干旱、秋风、凌冻、冰雹等频度大，对外业生产有一定的影响。

2 设计的基本原则

执行国家现行的规程规范和技术标准，并满足贵州省经济建设的需要，为此。

2.1 坐标系统的选用

平面共选用三套坐标系统：a.WGS-84 大地坐标系；b.1980 西安坐标系，按3°分带和6°分带投影分别计算其坐标；c.1954年北京坐标系，按3°分带和6°分带投影分别计算其坐标；高程系统选用1985 国家高程基准。

2.2 执行的技术依据

a.国家质量技术监督局发布的GB/T18314-2001《全球定位系统(GPS)测量规范》，以下简称GPS规范；b.国家技术监督局发布的JJF1118-2004《全球定位系统(CPS)测量型接收机校准规程》，以下简称GPS检定规程；c.国家技术监督局发布的GBl2898-91《国家三、四等水准测量规范》。

2.3 基本精度要求

GPS网相邻点间弦长精度按GPS规范5.3条规定执行。

3 设计方案

3.1 基本要求

a.建立与我国高精度三维地心坐标框架(A、B级GPS网)相适应的区域性高精度三维地心坐标系统。b.高精度C级CPS 网的成果，可以实现对现有平面基础控制点的改造。c.建立相对于WGS-84的大地高系统，为今后建立全省似大地水准面模型及区域(城市)似大地水准面模型服务。d.满足各种工程建设的需要；e.区域性山体变形监测，为环境控制服务

3.2 网形设计

根据上述思路，设计了覆盖全省范围的C级GPS网，共523点，其中重合A级GPS点2点、B级GPS点8点，相邻省份在我省周边可利用和B级GPS点有7个，通过实地踏勘，部分点可作为C级GPS网的重合点。一、二等三角锁点30-50点（根据实地点位的完好情况而定），一、二等水准点大约120点（根据实地点位的完好情况而定），重合城市控制网点88个,新布设GPS点大约260点。

C级GPS网由4520条观测基线组成的487个独立观测环构成，是连续的全面网。每点均不少于3条边联结，每个环长不超过6条基线边。

全网最长边为42.9千米，最短边为4千米，边的平均长度为16.5千米,大于40千米的边有5条，小于5千米的边有6条。由于贵州地处山区、交通不便，给网的布设带来了一定的难度，所以网的平均边长超过规范规定的15千米。

3.3 踏勘选点

3.3.1点位基本要求

a.点位周围应便于安置仪器和操作，视野开阔，视场内不应有高度角大于15°的成片障碍物。b.点位应尽量远离大功率无线电发射台、电视台、微波站等，其距离应不小于200米，远离高压输电线路，其距离不小于50米。c.点位附近不应有大面积水域和其它强烈干扰卫星信号接收的物体(如：金属广告牌)。d.点位的交通应方便，但应避免在主要道路边设点；距离主要道路边不小于50米。e.地面要基础稳定，易于点的长期保存，一般选埋在基岩上。

3.3.2 旧点的利用

a.根据贵州省国土资源厅测绘行业处组织调查的全省一二等三角点普查资料，保存完好的国家一二等三角点均应联测。b.设计图中拟利用的旧点，必须赴实地踏勘，一一查看点位的完好情况，地面点必须挖开检查埋石、标志的完好情况。并对每个点位照相存档。c.设计利用的一、二等三角锁(网)点，点位符合GPS观测条件要求的，均应利用。d.设计利用的一、二等水准点，点位符合GPS观测条件要求的，均应利用。原设计的水准点点位不符合要求时，可以选择该水准线路上邻近的符合要求的水准点。

3.3.3 新点的选择

a.新布设的GPS网点应优先选择在距各地的人民政府、城建、土管部门等较近的路边基岩上,便于看管的地方。b.对于设计图中已经破坏或无法满足GPS观测要求的三角点，应在附近的集镇上选埋新点。c.对于设计图中已经破坏或无法满足GPS观测要求的水准点，且该水准线路上邻近的水准点也不符合要求时，应在附近选埋地面新点，从完好的水准点联测高程至新点，在新点点之记中注明从该水准点联测高程。

3.3.4 GPS点的点名取居民地的自然名称或单位名称，利用的旧点仍采用原点名。测区内点名不得同名。

3.3.5 选点结束后应提交GPS网选点略图。

3.4 埋石

3.4.1 标石类型：位于楼顶上的GPS点埋设建筑物上标石，位于土质地面上的GPS点埋设一般普通标石，位于岩石上的GPS点埋设岩层普通标石。标石规格参见CPS 规范附录B4 中的(i)、(j)，中心标志采用铸铁标志。

3.4.2 埋设建筑物上标石时，首先应将建筑物表面打毛，清除碎石、粉末，钉入钢钉后再浇灌。安置标志时，标志面应略高于标石面。

3.4.3 埋设一般普通标石应预制混凝土标石。在实地埋设时，须使上、下标志严格位于同一铅垂线上，其偏差不大于2毫米，并量记上下标志间距离。上标石面低于地面20-40厘米。

3.4.4 埋设岩层普通标石时，首先应将岩层上的风化层清除，再凿一上口为21厘米×21厘米，底为12厘米×12厘米，深为10-15厘米的孔，清除碎石、粉末，灌以混凝土，安置标志。

3.4.5 新埋设的各型标石的标石面上需刻印点号、“CGPS”和埋设年月等字样，利用旧标石时应在成果上注明利用原标石。

3.4.6 地面的GPS点(包括利用的旧点)凡位于居民点、交通线路附近或建有觇标的，在点位上方加埋护井和指示盘；凡远离居民点、交通线路而不便寻找的，在点位一侧(尽量在北侧)加埋指示碑，并量记点位至指示碑的距离和方位。

3.5 GPS观测

3.5.1 使用仪器

采用快速静态型 (标称精度为1mm+1ppm)双频GPS接收机，观测采用静态测量模式。

GPS接收机每年应按GPS检定规程进行检定。用于GPS测量的通风干湿表、气压表应按GPS规范9.4条检验。对天线的园水准器和光学对中器应在作业过程中经常进行检验和校正；按GPS规范9.3条对接收设备进行维护；

3.5.2 外业工作的组织实施

a.由于全网范围大、点数多，为了控制C级网的整体精度，拟选择第“GUIYANG-M(EV10)”房顶（墩标）、遵义、凯里、溶江、兴义、铜仁、罗甸、威宁8个点构成骨干网，同步观测12小时以上，与上海、武汉、北京、西安、昆明、重庆、海口等国际永久跟踪站统一观测两个时段，采用IGS提供的ICS 最终星历，得到ITRF97 框架下的骨干网点的坐标。并和我省内的A、B级GPS网联测，以求得和全国统一的坐标系统。联测的骨干网应达到B级GPS网的观测精度。b.GPS观测必须从网的一侧有序推进。根据每周作业区的平均经度、纬度和作业期编制GPS卫星可见性预报表。c.观测前，应根据卫星可见性预报表，选择有利观测时间，编制观测调度计划。在作业中可根据实际情况及时调整调度计划。d.作业时，其主要技术要求如下(双频GPS接收机)：卫星高度角≥15°；有效观测卫星总数≥6；时段中任一卫星有效观测时间≥20min；平均每点观测站次数≥2；时段长度（快速静态）≥30min；数据采样间隔15s；GDOP 值≤8。e.GPS外业作业时应根据同步观测点间的距离，观测条件等情况掌握是否需要延长观测时间。当GPS点(旧点)上有寻常标时，可根据其橹柱、横梁和斜材的位置适当降低或提高天线的高度，并适当延长观测时间。f.每时段观测应认真量取天线高两次，其互差不得超过3mm，取平均值作为最后天线高。g.观测时应认真在测量手簿中作好记录。记录内容包括：观测员姓名、观测日期、天气和气象元素、点名、点号、时段、天线高、开关机时间、同步观测点号等，并记录其它特殊问题。h.外业原始数据格式用RINEX 格式备份一套。

后进晚辈若能得到刘芳、崔光的赏誉，自然格外珍视，相关记载常常见诸史传、墓志。《元延明墓志》:“故太傅崔光，太常刘芳，虽春秋异时，亦雅相推揖。”《李挺墓志》:“太常刘贞公〔芳〕，一代伟人也，特相赏异，申以婚姻。”《北史·李谧传》:“谧尝诣故太常卿刘芳，推问音义，语及中代兴废之由。芳乃叹曰:‘君若遇高祖，侍中、太常非仆有也。’”史书中有几则崔光的人物品题。例如称赞元彧:“黑头三公，当此人也。”称赞元显和:“风流清秀，容止闲雅，乃宰相之器。”称赞元子孝:“后生领袖，必此人也。”此外，元孚、封肃、封伟伯、曹世表、李骞诸人亦曾受到崔光赞赏。

3.5.3 外业数据检核

a.外业GPS观测基线的解算采用仪器公司提供的商用软件和广播星历进行。

b.重复基线较差应小于接收机标称精度的2倍。

c.三边同步环各坐标分量闭合差应满足：

其坐标闭合差应满足：W≤3σ/5

d.由若干个独立观测边组成的异步环，各坐标分量闭合差应符合下式规定：

式中n 是闭合环中的边数，σ是相应级别规定的精度(见12.2.4)；

e.采用GPS后处理软件GPSADJ4.0，对GPS网进行三维无约束平差(视软件功能可分区进行)，以初步检查它们的内符合精度。

3.6 高程联测

3.6.1 为了满足C级GPS网的高程精度，必须联测足够数量的等级水准点，水准点应合理均匀分布。

3.6.2 在设计中重合了一定数量的一、二等水准点，对于设计图上的水准点不能安置GPS接收机时，而在附近新选埋的点，应按四等水准精度联测其高程。

3.6.3 GPS点实地选埋后，应对水准联测的路线及点位作整体方案设计；

3.6.4 在全省高程控制网改造时，凡距设计的水准线路在5Km 以内的地面GPS点均应观测三角高程。

3.7 数据后处理

3.7.1 内业基线精处理

a.基线精处理按同步环逐个进行。采用国外高精度GPS数据处理软件GAMIT、Beinese或软件。采用IGS 精密星历；b.首先处理骨干网，与上海、武汉、北京、西安、昆明、重庆、海口等国际永久跟踪站统一处理，采用IGS 提供的IGS 最终星历，数据须送“国家大地测量数据处理中心”处理。得到ITRF97 框架下的骨干网点的坐标；c.由于最终全网统一平差内业处理工作复杂，我省目前还没有相应的处理软件，最终的观测数据须送“国家大地测量数据处理中心”处理。得到最终的（WGS-84、54、80）三套坐标，我们只对每年的观测数据进行预处理，以满足“国家大地测量数据处理中心”对观测数据处理要求。

3.7.2 平差计算

对每年的观测数据必须作如下的处理：

a.对每一天的观测数据进行同步处理，对基线闭合差、同步环闭合差等当天处理，不符合规范要求的马上重测。b.基线解算软件中自动加入大气折射改正、卫星钟差改正、接收机钟差改正、极移改正、短期章动改正和世界时改正、接收机天线和卫星发射天线相位中心改正、测站固体潮改正等。c.在同步环基线网解算中，RMS 应小于1.0。d.重复基线较差、同步环闭合差、异步环闭合差仍应满足规范6.5.3的要求。e.三维无约束平差。为了评估C级GPS网的整体内部符合精度，必须对每年观测的整网进行无约束平差。通过粗差分析和方差分量因子分析以剔除粗差，改善基线观测量的方差协方差阵的相互兼容性和实际可靠性，从而提高全网平差精度。f.三维约束平差。以国家A、B级GPS网点为起算点，将经过无约束平差剔除了粗差基线和经过方差协方差因子修正后的基线作为观测量，进行整网约束平差。整网约束平差给出WGS-84 坐标系的大地坐标。

[1]GB/T18314-2001《全球定位系统(GPS)测量规范》

[2]JJF1118-2004《全球定位系统(CPS)测量型接收机校准规程》

[3]国家技术监督局发布的GBl2898-91《国家三、四等水准测量规范》