泰顺县GPS基础控制网布设与数据处理

高起月

(泰顺县测绘大队，浙江 温州 325500)

1 引言

浙江省泰顺县地处浙闽交界，东南邻福建省的福鼎、柘荣，西南接福安、寿宁，西北靠浙江的景宁，东北毗文成，是温州地区最南端的山区县。素有“九山半水半分田”之称。地势从西北向东南倾斜，为洞宫山脉和南雁荡山之延伸，境内层峦叠嶂，绵亘起伏，千米以上山峰179座，其中浙南第一高峰白云尖海拔 1 611 m。泰顺是全国生态示范县，中国廊桥之乡、茶叶之乡、小水电之乡。是浙江生态第一县。水利、森林、旅游资源丰富，被誉为温州后花园。

泰顺县政府紧密围绕科学发展观，坚持生态立县，推动绿色崛起，建设“三生融合幸福泰顺”。为加快全县信息化建设和新农村建设步伐，满足泰顺经济建设发展和“数字泰顺”的需要。在充分利用县内原有省C级网点和1990年代后期布设D级GPS网点的基础上进行联测加密，建立泰顺县GPS基础控制网。

泰顺县作为温州市的重要组成部分，为实现“建设大都市框架”的目标，做好泰顺控制网与温州控制网相连接，使其融入温州大框架，为“温州市卫星定位综合服务系统”和“数字温州”的建设打下基础。

2 GPS基础控制网布设

2.1 分级布网

为了有效提高作业效率，增强图形层次结构，将全网结构布设呈三角形网。GPS基础控制网采用分级布设的原则，即先在全县范围内布设三等GPS网，然后在三等网下加密四等GPS网。

根据全县交通状况和地形特征以及保证所布设的点位可利用性。GPS基础控制网共布设三等GPS点41个(省C级点7个，温州市卫星定位综合服务系统基准站2座)，定位测量框架点6点。平均边长约8.1 km，分布在全县各乡镇，点位分布基本均匀，可以满足今后城镇及新农村建设对平面控制点的需求。整个控制面积达 1 500 km2以上。同时，在三等GPS网中选择6个能较好地控制全网的定位测量框架点与国家网进行联测，还与温州基础控制网进行连接。泰顺县基础控制网布设如图1所示。

图1 泰顺县基础控制网示意图

2.2 选点埋石

在实地踏勘选点时根据规范和设计书的要求严格执行。一般地区点位尽量选在交通方便，易于长期保存，便于寻找，地质条件较好，利于安全作业的位置上;城区内选择利于保存，视野相对开阔，能够安全作业的广场、操场、公共建筑场地等处。由于泰顺县地处山区，为考虑点位的有利使用和GPS网的布网特点，选点时对点位的通视不作要求，所有GPS点均采用现浇混凝土埋设，以 0.8 m×0.8 m×0.8 m(岩石上的点例外)规格按单层标志埋设，同时设立警示桩或警示牌并绘制点之记。

3 控制网施测

泰顺县GPS基础控制网测绘项目依据城市测量规范(CJJ8－99)、全球定位系统城市测量技术规范(CJJ73－97)、国家三、四等水准测量规范(GB/12898－2009)、测绘技术设计规定(GH1004－2005)、测绘技术总结编写规定(GH1001－2005)、测绘成果质量检查与验收(GB/T24356－2009)等规范。

布设GPS基础控制网在选点、埋石、仪器检验等均按照国家规范、标准执行。同时在GPS控制网测量时应满足:

(1)卫星截止高度角≥15°;

(2)同步观测健康卫星数≥4颗;

(3)同步观测仪器台数≥4台;

(4)几何图形强度因子PDOP≤6;

(5)观测时段长度框架≥6 h，三等≥90 min;

(6)数据采样率间隔:15 s;

(7)天线对中精度≤3 mm。

根据GPS卫星的可见预报图和几何图形强度(空间位置因子PDOP)，选取最佳观测时段(接收卫星多于4颗，且分布均匀、PDOP值小于6)，并编排作业调度表。采用边连接和网连接相结合的方式，具有几何强度大和辅助观测校验多等优点。利用10台套TRIMBLE系列的双频 GPS接收机(4台 R6－2，3台5800Ⅱ，2台R6，1台R8－2)进行观测。观测时将所有待测点和已知点连成一个整网。共观测11个时段，GPS控制点102站次，平均重复上站率为2.2，高于三等平均上站率≥2的规范要求。

4 数据处理

4.1 坐标系统选择与利用

泰顺县地理坐标为东经 119°37'～120°15'，北纬27°17'～ 27°50'，120°子午线位于测区的中间偏西，当选择120°为中央子午线的3°带为投影面时，测区东西边离中央子午线最远的距离分别为 24.7 km和37.9 km，由此产生的高斯投影改正东西向最大分别为 0.75 cm/km、1.77 cm/km，其变形值低于城市测量规范规定的不超过 2.5 cm/km的要求。泰顺地处山区，各地高程差值很大，当确定某一高程面为投影基准时，不同的高程值所产生的高程归化值相差甚大，高程归化改正公式为△S=－·S，综合考虑高斯投影改正和高程归化改正的共同影响，每千米长度的变形值为:△S=。

对于泰顺县典型的山区县，整个控制网的△S不可能都满足小于 2.5 cm/km的投影变形，有些地区严重超出规范要求。合理的投影基准和中央子午线成为本控制网的关键，36个乡镇高程分布情况如表1所示。

泰顺县乡镇高程分布情况表 表1

针对泰顺县这种特殊的山区地形，我们采用顾及主要城镇的规划建设项目对测量精度的需求，次要乡镇可考虑在实际测量工作中加入投影改正数来减小投影变形误差的作法。对于不同的工程建设项目也根据实际的精度需求，对提供的控制成果通过需求分析后加以利用。

随着“大都市框架”的战略的实施和“数字城市”的深入发展，泰顺县作为温州整体的有机部分来统一规划发展，作为基础控制网也应该与温州控制网建立联系。因此，在温州基础控制网下进行WGS－84坐标系在1997和2000两种框架下坐标计算，同时进行了在温州城市坐标系的坐标计算。利用省C级点和框架网点的1954年北京坐标和1980西安坐标进行约束平差，获得该控制网的1954年北京坐标系坐标和1980西安坐标系坐标两套成果，通过与温州基础网的联测，在框架网下计算出一套温州城市坐标系统下的坐标，作为泰顺县今后一切测量工作的基础。

4.2 基线解算

GPS三等网基线解算采用美国Trimble TGO1.03软件。综合各方面因素相应取舍基线，最后形成全测区的基线网，并在此基础上精确处理各条基线，使基线网的各闭合差均能满足规程要求。施测的框架网平均边长 35.2 km，三等GPS网其平均边长 8.1 km。基线网各独立环的闭合差均在限差1/2之内。基线网各独立环的闭合差推理统计如表2、表3所示。

框架环闭合差进度统计表 表2

三等网环闭合差精度统计表 表3

异步环闭合差是衡量GPS网外业观测数据质量最重要指标，从以上统计结果可知，其观测数据质量优良，观测中不含粗差观测值，所有的基线可供内业平差之用。

4.3 平差计算

当所有基线的同步环、异步环、重复边长等情况完全满足规范要求下进行GPS网的平差计算，平差软件采用武汉大学科傻GPS数据处理系统软件(COSA)进行计算。

本次基础控制网分别在WGS－84，1954年北京坐标系，1980西安坐标系，温州城市坐标系以及在北京54椭球下以大地水准面和 450 m水准面为投影参考面的坐标系下进行严密平差。WGS－84坐标分别在1997框架和2000框架下进行计算。1954年北京坐标和1980西安坐标可直接利用省C级点与温州市二等点联测的已知点进行约束平差求得。

(1)无约束平差

在WGS－84坐标系下对全网进行三维无约束平差。平差结果精度为:最弱点中误差为±2.27 cm，最弱边相对中误差为 1/483 000，结果表明，所选基线向量改正数大小和分布正常，无粗差观测值，GPS网内符合精度较高，其主要平差结果精度统计如表4、表5、表6所示。

三等网三维无约束平差基线向量改正数精度统计表 表4

三等网三维无约束平差边长精度统计表 表5

三等网三维无约束平差点位误差精度统计表 表6

(2)约束平差

在无约束平差的基础上，在WGS－84坐标系下进行约束平差，三等网三维约束平差基线向量改正数较小，分布正常。平差结果精度为:最弱点中误差为±2.92 cm，最弱边相对中误差为 1/357 000，结果表明GPS约束平差达到了较高的精度。

5 结语

泰顺县GPS基础控制网作为今后“数字泰顺”建设最基础的空间框架数据以及工程测量、地下测量、地籍测量、房产测量等基础测绘的基准数据。应本着高起点。高标准和“百年大计、质量为本”的方针，充分考虑了泰顺典型的山区地貌特征和地理位置，整个控制网不可能都满足都小于2.5 cm/km的投影变形，有些地区严重超出规范要求。合理的投影基准和中央子午线成为本控制网的关键。通过高斯投影改正和高程归化改正对长度变形的共同影响分析计算，选择了泰顺县最为有利的坐标系统进行施测。保证每个测站的同步观测时间，原始记录格式达到规范要求。全网图形结构合理，可靠性高，GPS基线、同步环、异步环各项平差精度均达到了设计和相关规范的要求。特别是选点、埋石选在交通便利、易长期保存、地质条件好且利于安全作业位置，视野相对开阔，采用现场浇筑为主，以 0.8 m×0.8 m×0.8 m规格按单层标志埋设，保证点位长期稳定。

采用了温州市城市控制网框架点、省C级点、卫星定位综合服务系统基准站作为起算数据，为实现全市基础测绘坐标系统的统一，实现温州市测绘成果共建共享，加速“数字温州”和“数字泰顺”的进程打下了扎实的基础。

［1］孔祥元，郭际明，刘宗全编.大地测量学［M］.武汉:武汉大学出版社，2001

［2］刘基余.GPS卫星导航定位原理与方法［M］.北京:科学出版社，2003

［3］GJJ73－1997.全球定位系统城市测量技术规程［S］.

［4］CJJ8－99.城市测量规范［S］.

［5］李旷建，李春红.GPS在建立及改造城市控制网中应用的若干问题［J］.城市勘测，2005(1)