GPS控制网布设与点位精度探讨

摘 要：GPS技术在工程测绘中有广泛应用，其中GPS控制网的布设以及点位精度控制，对测量结果有直接影响。文章首先对GPS控制网的布设方法进行研究，包括控制网布设要求、GPS控制点的选择、布设方案优选、平面控制网施测等。在此基础上，通过分析计算和对比，提出几点GPS控制网点位精度控制方法，以期提升GPS测量结果的可靠性。

关键词：GPS控制网;布设方法;点位精度

GPS技术即全球卫星定位技术，在卫星和地面系统的配合下，可以对全球范围内的三维位置信息进行测量，测量精度较高，还具有实时导航等功能。在工程测绘技术的信息化发展过程中，GPS技术发挥着重要作用，与GIS技术、RS技术合称为3S技术，可以为工程测绘活动提供多方面的技术支持。

一、GPS控制网布设方法

（一）布设要求

根据《全球定位系统测量规范（2009）》中的GPS控制网布设要求，需要根据作业级别，控制好相邻点基线分量的误差，合理设计相邻点间的平均距离。比如某测区中的北部主要为草地，其余部分为楼房、空地，东部有一大面积水域，可能会对GPS测量结果产生一定影响。整个测区的控制面积为2km2，东西向最大长度约为2km，南北向最大长度约为1km，在测区大部分区域可以通行汽车，时速在15km/h到25km/h左右。对于该测区的GPS控制网布设要求是最弱边的相对误差小于等于1/45000，最弱点的误差小于等于5cm[1]。

（二）GPS控制点选择

在GPS控制點选取过程中，需要考虑的因素众多。首先应充分考察站点周围地理环境，将控制点布设在相对开阔地带，确保周围仰角10°范围内没有障碍物。其次应考察控制点的地质条件，在布点过程中，避开断裂带等地质不稳定区域，在地质条件相对的基岩、岩石上布设GPS控制点。如果没有符合条件的基岩，可以选择在土层布点，但要确保土质条件的稳定性，尽量避开松软土层。在GPS控制点的布设过程中，也需要考虑点位交通条件，尽量将控制点布置在交通方便区域，一来可以方便上点观测，二来可以节省搬站时间和测量费用，同时也有利于提高GPS控制点利用效率。所选择的控制点应有利于长期保存，综合考虑用地规划、社会状况等，合理选择GPS控制点布设位置。此外，出于安全和测量可靠性的考虑，在布点过程中应避开大型水域、大型金属物及其他易反射电磁波的物体。如果布设在这些区域，容易产生多径效应，而且多径效应不易在观测中发现，到数据处理时才能发现，往往还需要进行补测。点位上方也不能存在高压输电线，在点位周围100m范围内，不应有大功率电台、变电站和微波中继站等，从而避免对测量结果产生负面影响[2]。

（三）布设方案选择

在GPS控制网的布设方案选择过程中，需要充分考虑控制网对测量精度的影响，经过点和边的连接对比，合理布置控制网形式。一般情况下，测区起点部分控制点较小，在上述测区中，整体呈狭长弯曲布置形式，测区最宽处不足0.5km，通视条件较差，容易增加全站仪导线控制测量难度。因此，自重采用GPS静态平面网控制方式，根据测量任务要求，需要满足城市II级控制网的精度要求。根据配置的以期数量，共包含3套GPS双拼接收机，可以在设计过程中，对各种布网形式进行评价，由于接收机数量较少，无法采取网连式布置方式，只能采取点连式或边连式布置方式。在设计评价过程中，可以将评价等级分为5等，分别对应1～5分，其中点连式方案的观测段数量评分为5分，作业操作性评分为4分，图形强度为1分，精度评分为2分，综合评分为12分。边连式的观测段数量为3分，作业操作性评分为3分，图形强度为2分，精度评分为4分，综合评分为14分。经过分析评价，采用边连式布网方式可以获得更好的效果。最终确定的布设方案为同步三边形方式，可以兼顾测量精度和作业效率方面的要求。此外，该测区的起算点数量为2个，在检验起算点精度时，需要将直接基线观测纳入到GPS控制网中。

（四）平面控制网施测

上述测区的野外作业采用3台S900型号GPS接收机，按照E级布置GPS平面控制网，根据相关测量技术要求进行测量。在施测过程中规定，站点如不搬站则不关机，确保观测时间段足够长，从而提升连接边基线向量精度。施测过程中需要专人值守，检查确定有效卫星历元数符合要求，及时通知其他测站，如不符合要求则延长时间段，确保观测精度。在观测期间接收机不能重新开关机，也不能移动天线。另外在GPS观测时，要控制同步静态观测时间在40min以上，观测卫星大于等于4颗，高度角大于等于15°。观测时的卫星分布象限应在2个或以上，点位几何图形强度应<6。在整个施测过程中，应确保接收机的天线严格对中，在观测过程中注意检查，并做好观测时间和数据记录，结束观测后按照相关技术规程下载观测数据。

二、GPS控制网的点位精度控制

（一）基线解算影响及控制

在GPS野外作业观测中，需要对观测数据质量及时进行检测，确保数据可靠性，从而提升野外作业效率和定位精度。在基线解算过程中，如果起点坐标设定不准确，会影响基线尺度及方向的准确性。可通过在解算过程中采用高准确度坐标作为起点，并进行长时间的测点定位，与准确的点进行联测，保证基线结算的准确性。在进行整网基线解算时，起点坐标是由一个点的坐标衍生出来的，容易出现系统偏差，可通过引入系统参数方法解决。如果少数卫星观测时间较短，其整周未知数难以确定，也会影响解算精度，遇到这种情况应删除该卫星观测数据，不参与解算，从而降低误差范围。此外，在整个观测过程中，会出现个别时段的周跳过多，导致其修复不完善。出现这种情况时，可以对观测值残差进行分析，删除残差过大的观测值。在多路径等影响效应的判别过程中，也可以采取观测值残差分析方法，通过提高截止高度角，将部分影响数据剔除。

（二）基线解算和网平差比较

在基线解算过程中，需要采用专用的GPS数据处理软件，对观测数据进行处理，完成基线解算工作。首先打开GPS数据处理软件，然后新建项目，设置控制网的等级和坐标系统，添加观测数据。进而在静态基线处理设置中输入天线高，开始进行基线解算。接下来进行平差处理，设置网平差阐述，经过自动处理后得到三维平差，在录入已知的点坐标，进行高程拟合，完成网平差计算。在上述测区的测量过程中，分别对两组数据的基线相抵中误差、平差后坐标、点位精度等进行了比较分析。从对比结果来看，第一组数据的整体精度高于第二组数据，分析其原因，主要是由于两组数据的观测时间不同。第一组数据是在早上进行测量的，第二组数据则是在下午进行测量的，为提高观测精度，应尽量在早上进行测量。

（三）控制网的合理化控制

从上述测区的整个GPS控制网布设到测量数据分析过程来看，要实现对控制网的合理化控制，应在布网过程中充分考虑测量影响因素，严格按照布网精度要求进行布设。在设计阶段就需要通过评估分析，选择最佳的布网方式。在野外测量作业中，需要及时对数据进行检测和处理，剔除不合理的数据，避免对最终测量结果产生影响。此外还要合理选择测量时间，尽可能提高数据测量精度。通过采取综合控制方法，可以为GPS控制网的测量可靠性提供保障，从而最大化的发挥GPS技术的应用优势。

三、结语

综上所述，通过对GPS控制网设计和布置，综合考虑各方面影响因素，严格按照相关规范要求做好点位布置，可以最大化的为最终测量结果准确性提供保障，从而为工程建设活动提供科学依据。

参考文献：

[1]高号.工程控制网布置方式及精度分析[J].产业创新研究，2018（07）：103-104.

[2]赵竞德，高强，刘军.GPS控制网布设与点位精度分析[J].内蒙古科技与经济，2017（14）：81-83+85.

作者简介：李攀（1986—），汉，湖北省老河口市，本科，工程师，从事工程测量。