航测控制网采用GPS技术的探讨

摘 要：文章通过应用中海达v8双频接收机进行本溪市石桥子新城航测gps网的建立，叙述了gps网测量的布设方案和实测情况，讨论了gps网测量的精度和体会。

关键词：gps网；精度分析；体会

0引言

随着国家振兴东北老工业基地战略的实施，建设本溪生物医药产业基地，打造中国北方药谷，以生物医药产业为支撑，在沈阳市和本溪母城中间地带，建设一座与沈阳行政区划接壤、占地面积60平方公里、容纳人口50万的生态新城。这是推进沈本一体化进程，实现沈阳经济区发展战略的重要组成部分，是辽宁省政府举全省之力重点推进的特色产业之一。为了满足新城规划建设需要，市政府决定更新基础地理数据库，采用航测的方法完成新区81.6平方公里航测数字化成图、dem及正射影像图基础资料。

1工程概况及原有资料

本溪市新城地理位置在41°24′22″-42°24′58″，123°37′11″-123°47′36″。有304国道、沈丹铁路、沈丹高速公路从测区穿过，交通方便，主要居民地为石桥子、张其寨、歪头山。测区内共搜集到1980西安坐标系ⅱ等三角点4个，分别为大崴子、大旺山（即gps16，下同）、狼洞沟和马圈子。85高程基准国家水准点2个，分别为ⅰ沈丹10和ⅱ高程寨。经实地勘察，上述成果标石保存完好，可作为三等gps控制网的平面和高程起算点。采用1980西安坐标系、高斯—克吕格正形投影，统一30带的平面直角坐标，中央子午线为123000'；高程采用1985年国家高程基准。

2gps网建立

2.1选点与埋石

三等gps网点充分考虑本溪市（沈溪）新城整体发展和建设需要，点位分布密度科学、合理覆盖面广，便于保存和使用方便，进行gps网的选点和埋石；gps网点和水准点点位分布、网点间距离等均满足规范与设计要求。其中利用原有三角点11个，新埋设网点4个；新布设三等水准点3个。三等gps网点编号从gps11开始，依次递增至gps22（gps22为过渡点），详见gps网图；新布设三等水准点编号从sz01开始，依次递增至sz03。

尽管gps点的点位不受通视和图形条件的限制，但是考虑到以后使用的方便，点与点之间均有两个以上的通视方向。点位的基础坚实稳定，易于长期保存，便于观测，交通方便，视野开阔，视场内的障碍物高度角小于15°，并且远离高压输电线及电信、电视转播台、微波站等大功率无线电发射源等强电磁场和微波通道处。三等gps点和三等水准点标石相同，采用不锈钢标芯，标石规格按照规范要求埋设。

2.2三等gps网观测网图

本溪石桥子(沈溪)新城航测gps网图

2.3gps数据处理及成果质量

gps接收机所接收的信息（观测量）为伪距、载波相位差及星历数据。要得到两测站间的基线向量（相当于两站天线间的直线距离），必须对gps接收机信息进行计算处理，最终求出双差固定解或三差解作为基线解算的最终结果。根据技术设计要求，对外业数据资料进行全面检查，基线解算使用仪器自带软件“hds2003数据软件处理包”对数据进行处理。全部基线均通过了软件所设置的各种先验误差限值。基线解算之后，对基线向量进行了复测边相对精度检验和独立闭合环闭合差检验。独立闭合环分为同步环和异步环；同步环检验能够反映出基线本身的质量；异步环检验则反映gps网的整体质量状况。

测区三等gps网共有基线58条，其中复测基线27条。基线平均长度为5.85km，根据技术设计规定，固定误差a≤10mm，比例误差系数b≤10（1×10-6）,计算相邻点间基线长度精度（即标准差）σ为0.031m。复测基线长度较差限差为0.087m。复测基线较差最大为0.028m（对应基线为gps12-gps13），满足规范要求。同步环各分量闭合差限差为0.0107m（限差为0.0185m）；异步环各分量闭合差限差为0.1607m（限差为0.2784m）。全网共构成12个同步环和44个异步环。其中，同步环最大全长闭合差为0.0151m（对应闭合环为：大崴子-gps14-gps19）；异步环最大全长闭合差为0.0793m（对应闭合环为：大崴子-gps12-gps14）。可知全长闭合差、各分量闭合差满足技术设计规范。

3gps网的平差计算

3.1三维无约束平差

三维无约束平差是在wgs84坐标系下进行。三维无约束平差就是以gps基线向量为观测值，以其方差阵之逆阵为权进行平差检查网内有无粗差基线，考察网本身的内符合精度以及基线向量之间有无明显的系统误差，方差因子是否符合客观实际精度。无约束平差反映了gps网的真实精度。网内58条基线均参与平差计算，平均点位中误差为0.0043m；平均边长相对中误差为1:532920；最弱点点位误差为0.0191m（对应点为gps18）；最弱边长相对中误差为1:203416（对应边为：gps15—gps22）；各项精度指标符合规范。基线向量改正数最大为0.0596m（对应基线为大崴子—gps12），小于限差0.0928m，均满足规范要求。

3.2二维约束平差

二维约束平差前，对测区已知4个1980西安坐标系ⅱ等三角点进行了起算点ⅳ个组合约束平差比较。组合ⅰ各项指标最好满足技术设计要求；而其它三种组合最弱边相对中误差过大，未能满足三等gps的要求（1:80000），且马圈子远离测区成图范围，不利于布网和后续测量。综上所述，采用组合ⅰ，即大崴子、大旺山和狼洞沟作为三等gps测量的起算点。二维约束平差在1980西安坐标系、123度中央子午线的高斯投影下进行。二维约束平差是对预处理和三维无约束平差各项检核后的gps向量网，在多个固定点约束下进行平差计算。

3.3约束平差精度

约束平差后，平均点位中误差为0.0011m；平均边长相对中误差为1:427370；最弱点点位误差为0.0278m（对应点为马圈子）；最弱边长相对中误差为1:175167（对应边为：gps15—gps22）。均满足规范要求。基线向量约束平差前后分量改正数最大为0.0061m（对应基线为gps17—狼洞沟），小于限差0.0619m。

4gps网高程测量

4.1三、四等水准测量

根据技术设计要求，测区共布设三等gps点11个。其中沿川道三等gps点进行三等水准联测，其余的进行四等水准（和四等光电高程导线测量）联测。采用分别测量共同布网形式施测。使用两台leica na2水准仪；使用pc e500电子手簿进行记录。数据处理采用“科傻地面控制测量数据处理系统”软件。外业共施测三等水准路线116.6km，四等水准路线51.7km。见水准联测略图。

三等水准以ⅰ沈丹10（即gps13）和ⅱ高程寨作为起算点。经过检验，两对标尺尺长改正分别为：9429/9430—-0.55mm和7065/7088—-0.6mm。根据联测实际，对各测段进行尺长改正。三等水准联测网共由1条附和线路和2个闭合环构成。把往返测数据取平均值，作为测段观测值参与平差解算。

平差计算采用距离定权的方式进行平差。算得每公里水准测量偶然中误差为2.710mm；每公里水准测量全中误差为5.425mm；点最大高程中误差为15.11mm（对应点为sz03）；测段最大高差中误差为9.70mm（对应测段为gd10—sz03）。由平差结果分析可知，各统计项均技术设计要求。

四等水准（和四等光电高程导线测量）共联测点11个，以fm02、fm03、fm08和gd11为起算点。经过检验，两对标尺尺长改正分别为：9429/9430—-0.55mm和7065/7088—-0.6mm。四等（和四等光电高程导线测量）水准联测网共由5个闭合环构成。经计算每公里水准测量偶然中误差为3.299mm；每公里水准测量全中误差为5.976mm；点最大高程中误差为14.02mm（对应点为gps18）；测段最大高差中误差为9.82mm（对应测段为gd11—gd19）。由平差结果分析可知，各统计项符合规范和技术设计要求。

水准联策略图

4.2高程拟合

根据测区实际情况，gps14、gps16采用高程拟合的方式来拟合上述两点的高程。gps高程拟合使用水准联测成果作为高程拟合的起算点，共9个水准成果点。即gps13、gps15和gps17等3个三等水准点；gps11、gps12、gps18、gps19、gps20和gps21等6个四等水准点。采用曲面拟合的形式进行高程拟合。拟合高程均满足规范和设计要求。

5体会

1）应用gps技术施测高等级城市控制网，实践证明有着极高的精度，它不受人为因素的影响。不要求测站间相互通视，速度快，不受环境和距离限制，可全天候观测，成本低，效率高。

2）野外数据采集是gps测量的核心工作。制定周密的观测计划，作好卫星状况预报，选择好观测时间，编写作业调度表，对于顺利的完成观测任务，保障成果的精度，提高效益起到事半功倍的效果。

3）gps网平差应对起算点进行内部复核性检核，选用精度高的起算点，舍去精度低的已知点，利用外部已知点进行检核，提高二维约束平差的整体精度。

4）gps网的基线边长尽量保持均匀，不宜长短差距过大保证网的精度均匀。施测长边gps控制网，应尽量选用双频gps接收机，可以有效削弱电离层折射影响，同时能有效探测和修复整周跳变。

5）高精度高程测量同高精度的平面测量一样，是gps测量应用的重要领域。高程起算点应均匀分布于gps网中，特别是网的边缘要有足够的高程起算点控制，从本次航测gps控制网的高程精度看，采用三、四等水准测量高程精度是适宜的。

以上是本溪市新城航测gps控制网建立的一点肤浅体会，供同行们共同探讨。

参考文献：

[1] 城市测量规范cjj8-99.北京：中国建筑工业出版社，1999.

[2] 全球定位系统城市测量技术规程cjj73-97.北京：中国建筑工业出版社，1997.

[3] 全球定位系统（gps）测量规范gb/t18314-2001.

[4] 国家三、四等水准测量规范gb/t12898-91.

[5] 本溪市石桥子新城测量技术总结.