关于城市GPS控制网工程探究

张天明　刘峰

摘要：随着全球定位系统GPS技术发展，城市控制网工程得以改进，文章结合工程实例，从布网原则、控制网布设、外业实测及基准选择等方面，对城市GPS控制网工程进行探究分析。

关键词：城市；GPS技术；控制网；工程；布网原则

GPS技术作为第2代卫星的导航定位系统，以其全球、连续与实时性等功能，已被广泛应用在工程测量、地籍测量与航空摄影测量等方面，目前在城市控制网工程建设中，也基本选择GPS技术，本文就城市GPS控制网工程进行了分析。

1 工程实例概述

为加强我国土地管理调控，实施城市控制网工程是必要的，本次测区地势为从北向南进行倾斜，处于南低北高丘陵地形，在东北位置紧靠群山，是低丘与山岭地貌，中部除了有部分山地之外，多数为地势平坦区域，视觉良好，非城市区域主要是菜地、草地与林园地等植被，测区中，交通运输比较困难。在该城市，布设了三等的GPS控制点是49个，一等的GPS控制点是380个，四等的GPS控制点为41个，地籍图测量面积为69km3，并实施了城镇的地籍数据库构建。

2 城市GPS控制网工程构建

2.1 城市控制网资料

国家测绘局在1996年布设了C级地GPS控制网，精度较高，将其作为城市测区平面控制的起算点，并掌握了国土资源局的站点，将其作为城市测区的高程控制起算点测量，作业的技术依据为该城市第2次土地调查的技术设计书。

2.2 布网原则

在布设控制网时，应该符合有关《GPS规范》的技术要求，实施逐级控制网的构建布设，GPS相邻点间的距离也应符合GPS规范要求，并兼顾DGPS，所有符合GPS控制网布点有关要求的，要把原来的常规控制网点、新建GPS网与规定站点等实施联测，并精度判定，其互差比允许范围小时，应采取原坐标成果的形式，高于允许范围时，应检核确定，采取新坐标，其控制点应尽量和水准点相重合。

2.3 布设GPS控制网

在本次城市测量中，一共布设2个三等的GPS控制网，49个三等的GPS控制点，其边长是5.1km，四等的GPS控制网布设了1个，布设了41个四等的GPS控制点，边长是2km，一等的GPS控制网布设了14个，而布设一等的GPS控制点是380个，边长是1.1km，不同等级的控制网指标全满足有关GPS规范要求。其中，三四等的GPS控制网起算点是C级控制点，而一等的GPS控制网算点是三四等的控制点，一个控制网最少联测三个及以上的已知点。

2.4 外业施测及其方法

运用GPS控制网进行外业观测过程中，作业人员应根据静态观测的技术要求执行，对中误差要控制在3mm以内，基座的圆水准气泡应该居中，在观测前后，其天线角度应互为120°，对天线斜高进行量取，其互差应控制在5mm以内，开机之后，将测站有关信息输入到GPS技术接收机当中，并实施外业观测与记录。在施测当中，常会遇到一些问题，如信息输入错误，作业人员把数字0，错误输成字母O，致使GPS控制网无法连接，不能实施GPS控制网构建，在文件当中，0与O是非常相似的，通常问题难以查出，当应用南方的NGS9600GPS接收机时，一定注意其测量，在操作当中，也会出现输错与天线高无法输入的状况，为防止此问题，相关作业人员应在现场对GPS观测簿进行填写，数据传输时，应对观测簿进行核对，确保输入的天线高值准确无误。

2.5 控制网基准方法选择

在城市GPS控制网中，原坐标系统所采取的方法原理均是运用原坐标重合点基准信息转换的，但其方法是有所不同的，方法有约束平差法与自由网的平差法，其中，约束平差法为目前应用最普遍的方法，把重合点坐标信息当作约束条件，GPS观测成果能强制转变为原城市的坐标系统。在原来的城市控制网当中，大多采取三角测量法进行构建，其精度要比GPS网低出许多，运用约束平差法会造成GPS网的扭曲变形，平差参数在设置的时候，已知点和坐标系的匹配检查是无法实施的，原来的城市控制网和GPS控制网间存在较大精度差异时，运用此方法会出现非观测的误差。与约束平差法相比，自由网的平差法引入了必要基准信息，确保了GPS控制网观测精度的同时，还能转入原坐标的系统当中，不过紧靠两个重合点的基准信息，并不能实现原控制网与GPS网的较好符合性，实际工作中，应注意两套坐标间的差值，多数状况下，两套坐标间的差值是在允许范围中的，相差较大时，可运用测绘成果，实施坐标系转换。

3 基线向量数据处理

3.1 基线向量处理

在GPS技术定位中，运用载波相位中的观测值，对同步观测站间的向量坐标差进行求解的过程就是基线向量的解算。实施数据预处理时，应对观测值粗差进行剔除，实施周跳探测及修复，因待定测站近似坐标，与精度比较低的基站相比，对卫星地距与传播时间计算的影响较大，需要不断加强测站坐标的精度，修正信号发射时的星历坐标，让待定值接近整数，并取得良好向量成果，运用GPSADJ软件解算基线向量，并采取广播星历，依据单基线与双差固定的方法给予解算，结算指标满足其列式要求，即：

其中，n表示独立环边数，W表示环闭合差，而σ表示标准差。在基线向量中，大部分能直接解算合格，或者卫星高度调整后，解算合格，通常基线不合格的，需要删除卫星中的观测数据，并重新给予解算，如本次城市测量中，采取GPS软件对全部基线进行处理，但发现12条不合格的基线，经过卫星截止高度与采样间隔调整，重新处理不合格的基线，仍然存在9条不合格的基线，因此GPS软件解算不能看到基线的残差图，可运用观测数据中的*.sth文件，实施标准格式数据输出，运用全球软件重新解算，可有效观测数据的残差，合格基线也就较容易得到，运用这两款软件对基线向量值进行解算，可找出粗差给予处理。

3.2 平差计算与已知点检查

基线向量符合要求之后，可按照三维基线向量与方差进行信息观测，以三维坐标当作起算依据，实施GPS控制网没有约束的平差计算。当运用三维无约束的平差法获得可靠观测量之后，可依据实际要求实施二维约束平差方法，在约束平差的报表中，对计算之后的坐标、基线边长、向量改正数与方位参数等精度信息进行输出。在该次测量中，四等的GPS控制网中，有3个已知的C级控制点，可将其中任意两个当作已知的控制点，并将剩下一个C级控制点当作未知点，实施网平差的计算，将计算之后的坐标及已知成果给予比较，点位误差最小是0.7cm，最大4cm，中误差是2.6cm，这表明该次已知点的精度比较好，能当作平面控制的测量起算点。

4 结束语

运用GPS技术，实施城市控制网工程构建，需要很高精度，测站间并不需要通视，并且能全天候、快速高效及实时观测，还不受距离及环境限制，在控制网观测中，应制定详细周密计划，选择恰当观测时间，保证观测任务良好完成，以提高控制网工程的工作效率与准确性。

参考文献

[1]乔丽华，冯军.利用GPS技术建立城市GPS控制网的方法探讨[J].测绘与空间地理信息，2012（3）.

[2]曹丽.建立城市GPS控制网若干问题的思考[J].科技创新导报，2010（5）.