GPS技术在恢复安县控制网中的应用

许 可

辽宁省城乡建设规划设计院，辽宁沈阳 100015

0 引言

2008 年的5.12 特大地震使绵阳市安县成为地震的重灾区，人民群众的生产生活受到了极大影响，在党中央国务院关于灾后对口援建的指示下，辽宁省负责安县的灾后重建。由于地震使全县的各个乡镇受到了极大的毁坏，而灾后重建需要大比例尺数字地形图作为依托。安县原有的数字地形图因为大地震导致地形地貌发生改变而不能使用，在这种情况下重新制作地形图成为重建的第一项工作，而大面积测绘地形图首先需要建立高精度的控制网。

1 安县的概况及原有控制网的分析

安县位于四川省绵阳市西部，地处北纬31°32′～31°47′，东经104°05′～104°38′之间。东与江油相邻，南与德阳接壤，西与茂县交界，北靠北川。全县东西长55km，南北宽43km，幅员面积为1404km2。现辖14 个镇4 个乡。县政府行政驻地花荄镇。

安县原有的控制网是四川省测绘局于2002 年布设的城市四等网，并在县城内加密了一级导线网，四等网的控制点全部是水泥浇筑完成，导线网的控制点采用在铺装路面上镶嵌带有十字花的钢筋来布设，所有的四等点和导线点的高程都用四等水准施测。安县原有的控制网精度高且密度分布合理，在安县新县城花荄镇的城市建设中发挥了很大作用。可地震之后县城附近的控制点位也遭到了破坏，四等点仅剩二个，即三道拐和五路口。经检查点位未遭大的移动，精度可以满足新网的起算要求。

2 安县GPS 控制网的布设与观测

5.12 地震灾后重建在地震后一个月便展开了，而各项重建工作都需要高精度的测绘保障。我们首先在安县主城区花荄镇和界牌镇布设了GPS—D 级网，控制面积为30kM2。全网由16 个埋石点组成，控制网平均边长为3km。控制网的平面坐标系采用1954 北京坐标系，中央子午线：105°。高程系统为1956 年黄海高程系。控制点周围应视野开阔、便于操作，且要远离高大的建筑物，并尽量选在交通便捷的地区，点位的选择应尽量避免多路径效应对GPS 卫星信号的影响,控制点点位采用水泥浇筑。控制点分布图见图1。

图1 安县控制网图

GPS 控制网的外业观测采用美国麦哲伦公司的ASHTECH静态接收机进行测量。观测时满足下列要求：1）卫星截止高度角不小于15°；2）观测有效卫星数≥4；3）观测时段长度不小于60min；4）历元数为10S,PDOP ≤6。在观测时使用7台ASHTECH 单频接收机同时观测，以边连接的方式观测4 个同步环。控制网中有6 个控制点的高程采用四等水准联测，其余点位高程采用高程拟合计算。其中，控制网还应满足以下精度指标：相邻点空间距离观测精度用公式（1）表示。

3 安县GPS 控制网的数据处理

GPS 网是由基线向量构成的空间几何图形，构网基线是具有长度、方位和大地高差的三维向量，它由至少两台GPS 接收机通过组成若干个同步图形观测后解算而得。由于网中多余基线的存在，使GPS 网内部各闭合环路产生闭合差矛盾，经最小约束平差（只提供位置基准的自由网平差）处理后，使GPS 网的内部成为具有几何唯一性的形体，此时的网内相对精度是GPS 网质量的真实代表。无约束平差提供各控制点在WGS84 坐标系下的三维坐标，各基线向量三个坐标观测值的总改正数等信息。其中三维基线向量改正数最大值应满足如下公式：dV △X ≤2σ，dV △Y ≤2σ，dV △Z ≤2σ。精度统计见表一。

基线向量改正数统计表 ：

表1

为了将WGS84 坐标转换成地方坐标，通常采取与已知的国家控制点联测，用完全约束平差的方法在处理外部多余约束所产生的矛盾的同时，也完成了坐标的转换。此时所提供的网精度为使用精度。由于此次地震将安县周围的多数国家控制点都已经破坏。仅在花荄镇西面的前进村剩余四等点三道拐和县城里的四等点五路口二个，所以，安县的新控制网平差只能以三道拐和五路口的平面坐标作为起算，经过约束平差计算出各个控制点在 北京54 坐标系下的三维坐标。经二维约束平差计算后，GPS 网最弱边相对中误差为: GP08-GP03： 1/83363。最弱点点位中误差为：GP08： 0.28 厘米。

控制点的高程测量采用四等水准联测后，平差软件是南方平差易2005，最大高程中误差：GP11:4mm。每公里高差中误差：3mm。计算结果表明，新的安县GPS 控制网精度高、网形合理，完全能满足灾后重建的需要。

4 结论

在测绘技术手段日新月异的今天，GPS 技术已经成为了建立控制网的主要手段，尤其是在工程时间要求紧的情况下，GPS 技术的高效、快捷、准确的特点再一次显示出来。而且布设控制网也应向布设精度高、使用方便、更新方便的方向发展。但考虑到测绘成果的继承性，城市控制网的改造要尽量做到和原有成果互相兼容，而最理想的情况就是在不改变原有系统的前提下，采用新技术提高原来控制网的精度就是一种很不错的选择。

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