浅谈GPS控制网测设的组织与实施

汪辉 张桂蓉 蔡元平

【摘 要】本文主要简要论述了GPS控制网的外业组织与实施，包括控制网技术设计、外业准备、外业实施、外业成果的计算和检查及质量保证措施等内容。对相关工作进行了分析和总结。

【关键字】GPS控制网 观测成果 测量基线 精度

与常规测量方法相比，GPS控制网具有控制点间无需通视、定位精度高、观测速度快、自动化程度高全天候作业等特点。目前在很大程度上取代了常规测量方法。GPS测量的实施一般按以下过程进行。

一、GPS控制网技术设计

1、GPS网型设计

对于常规控制网来说，网型设计十分重要。GPS网的精度主要取决于观测时卫星与测站间的几何网型、观测数据的质量及相应的数据处理方法，与GPS网型关系不大，这样给GPS网的布设带来很大的方便与灵活性。因此GPS网的设计主要取决于用户的要求与用途。

在GPS网型设计中，为了确保GPS成果的精度与可靠性，有效发现粗差，GPS网中的独立基线必须构成一些几何图形，构成一些独立环或附合线路，从而形成一些几何检核条件。根据《全球定位系统（GPS）测量规范》（GB/T18314-2009）规定，各级GPS网独立环或附合线路的边数不大于表1的规定。

2、基准设计

通过GPS测量，我们可以获得WGS-84坐标系下的地面点间的基线向量。通常我们需要的是国家坐标系（1954北京坐标系或1980西安坐标系）。因此，对于一个GPS网，在技术设计阶段就應首先明确GPS成果所采用的坐标系统和起算数据，即GPS网的基准设计。GPS网基准设计时，应注意以下几个问题：

1）GPS测量成果转换到我们需要的地面坐标系，应选择足够的地面坐标系的起算数据与GPS测量数据相重合，或者联测足够多的地方控制点，以求得坐标转换参数。一般控制网联测控制点的个数不少于3个。

2）GPS网经三维平差后，得到的是相对于参考椭球面的大地高，为求得GPS网点的正常高，应根据需要适当进行高程联测。B级网应按三等水准每隔2-3点联测一点高程，C级网应按三等水准每隔3-6点联测一点高程，D、E级网应按四等根据具体情况确定联测高程点的个数，联测点一般应均匀分布在整个测区。

3）GPS网的坐标系统应尽量与测区原有坐标系统一致。若采用独立坐标系，应掌握以下参数：参考椭球、中央子午线、纵横坐标的加常数、坐标系的投影面、测区平均高程异常、起算点的坐标。

二、GPS控制网的外业准备

1、测区踏勘

接到GPS控制网的测量任务后，首先应到实地踏勘，主要了解以下情况：1）测区的地理位置及其范围、控制网的控制面积。2）用途和精度等级。3）点位分布及点的数量。4）实地交通情况。5）水系分布情况。6）已知控制点分布情况。7）居民点分布情况。

2、资料收集

1）各类图件，如测区地形图、交通图等。测区总体建设规划和近期发展方面的资料。2）测区及周边地区课利用的已知点的成果资料，如点之记、坐标、高程及相应的系统。3）测区的地质、气象、交通、通信等资料。4）有关的规范、规程等。

3、技术设计书的编写

技术设计书包括以下内容：概述、作业依据、技术要求、测区已有资料、布网方案、选点与埋设、GPS网的观测、观测数据处理、验收与上交资料、成果提交。

4、其他准备工作

根据技术设计书，进行其他准备工作，如：GPS仪器的选择与检验、辅助设备准备、人员组织、观测计划的拟定等。

三、GPS控制网的外业实施

1、GPS网选点

由于GPS观测站之间不要求相互通视，所以选点工作较常规测量要简单得多。在选定GPS点点位时，应遵循以下原则：

1）点位应选在基础稳定，并易于长期保存的地点。

2）点位应便于安置接收设备和操作，视场内不应有高度角大于15°的成片障碍物，否则应绘制点位环视图。

3）点位应尽量在视野开阔的地带，以利于常规仪器的加密。

4）GPS网点应尽量选在交通方便的地方，当边长较时，还应顾及周边的通讯设施如电报、电话等。

5）点位附近不应有强烈干扰卫星信号接收的物体。点位距大功率无线电发射源的距离不小于400m，距220kv以上电力线路的距离不小于50m，以防止其对卫星信号产生干扰。

6）GPS网应避开强反射地面如水域、平滑地面及强反射环境如山谷、山坡等，以减少多路径效应的影响。

2、GPS标石规格与埋设

不同等级的GPS点有不同的标石规格。具体可参见《全球定位系统（GPS）测量规范》（GB/T18314-2009）规定。标石埋设完毕应绘制GPS点之记，在其上应标明点名、所在地、交通情况、点位略图、埋石类型等内容。

3、编制GPS卫星可见性预报表及观测计划表

预报表应包括可见卫星号，卫星高度角和方位角，最佳观测星组，点位几何图形强度因子等内容。编制预报表所用概略位置坐标，采用适用于该表的各点的平均值。预报历元尽可能接近作业期的中间。编制预报表所用的概略星历龄期，最长不超过30天，当超过30天或在此期间卫星数及位置有变动，应重新采集一组新的概略星历使用。

作业队根据卫星可见性预报资料，在进入测区前，需编制观测计划表，按该表对作业组下达相应阶段的作业调度命令。同时依据实际作业的进展情况，及时作出必要的调整。

4、外业观测工作

外业观测工作主要包括天线安置、观测作业、外业成果记录，在此不再赘述。

四、GPS外业观测成果的计算与检查

1、基线解算及其检核

观测完毕后，首先应解算GPS基线向量，通常采用商用软件自动处理。

2、同步闭合环检核

异步环闭合差的大小，是评价观测数据成果质量的重要标准。如果 （或 ， ）超过限值规定时，应分析原因并对其中部分或全部成果重测。

5、GPS测量的外部检查

为了检查GPS测量成果的正确性，有时还可以用精密测距仪测定两点空间距离或平面距离，与GPS基线向量计算得到的相应边长比较，作为外部检查。

GPS基线测量的误差源划分为固定误差和比例误差两部分。固定误差主要来源于天线相位中心的不稳定性、多路径效应、观测噪声及测站位置误差。比例误差主要为星历误差、时钟误差、电离层及对流层影响的残留误差。因此为了保证观测质量还应采取以下措施：减小天线相位中心变化和多路径的影响；防止接收信号受到电干扰；对大气层折射影响的改正；尽量选用双频接收机；保证卫星星座质量（PDOP值）和不丢失卫星信号。

【参考文献】

[1]国家测绘局人事司，国家测绘局职业技能鉴定指导中心.工程测量（技师版）[M].北京：测绘出版社，2009.

[2]中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，中国国家标准化管理委员会. 全球定位系统（GPS）测量规范[M].北京：中国标准出版社，2009.

[3]徐绍铨. GPS测量原理及应用[M].武汉：武汉大学出版社，2008.