摘 要：文章通過應用中海達V8雙頻接收機進行本溪市石橋子新城航測GPS網的建立，敘述了GPS網測量的布設方案和實測情況，討論了GPS網測量的精度和體會。

　　關鍵詞：GPS網；精度分析；體會

　　引言

　　隨著國家振興東北老工業(yè)基地戰(zhàn)略的實施，建設本溪生物醫(yī)藥產業(yè)基地，打造中國北方藥谷，以生物醫(yī)藥產業(yè)為支撐，在沈陽市和本溪母城中間地帶，建設一座與沈陽行政區(qū)劃接壤、占地面積60平方公里、容納人口50萬的生態(tài)新城。這是推進沈本一體化進程，實現沈陽經濟區(qū)發(fā)展戰(zhàn)略的重要組成部分，是遼寧省政府舉全省之力重點推進的特色產業(yè)之一。為了滿足新城規(guī)劃建設需要，市政府決定更新基礎地理數據庫，采用航測的方法完成新區(qū)81.6平方公里航測數字化成圖、DEM及正射影像圖基礎資料。

　　1.工程概況及原有資料

　　本溪市新城地理位置在41°24′22″-42°24′58″，123°37′11″-123°47′36″。有304國道、沈丹鐵路、沈丹高速公路從測區(qū)穿過，交通方便，主要居民地為石橋子、張其寨、歪頭山。測區(qū)內共搜集到1980西安坐標系Ⅱ等三角點4個，分別為大崴子、大旺山（即GPS16，下同）、狼洞溝和馬圈子。85高程基準國家水準點2個，分別為Ⅰ沈丹10和Ⅱ高程寨。經實地勘察，上述成果標石保存完好，可作為三等GPS控制網的平面和高程起算點。采用1980西安坐標系、高斯—克呂格正形投影，統一30帶的平面直角坐標，中央子午線為123000'；高程采用1985年國家高程基準。

　　2.GPS網建立

　　2.1選點與埋石

　　三等GPS網點充分考慮本溪市（沈溪）新城整體發(fā)展和建設需要，點位分布密度科學、合理覆蓋面廣，便于保存和使用方便，進行GPS網的選點和埋石；GPS網點和水準點點位分布、網點間距離等均滿足規(guī)范與設計要求。其中利用原有三角點11個，新埋設網點4個；新布設三等水準點3個。三等GPS網點編號從GPS11開始，依次遞增至GPS22（GPS22為過渡點），詳見GPS網圖；新布設三等水準點編號從SZ01開始，依次遞增至SZ03.

　　盡管GPS點的點位不受通視和圖形條件的限制，但是考慮到以后使用的方便，點與點之間均有兩個以上的通視方向。點位的基礎堅實穩(wěn)定，易于長期保存，便于觀測，交通方便，視野開闊，視場內的障礙物高度角小于15°，并且遠離高壓輸電線及電信、電視轉播臺、微波站等大功率無線電發(fā)射源等強電磁場和微波通道處。三等GPS點和三等水準點標石相同，采用不銹鋼標芯，標石規(guī)格按照規(guī)范要求埋設。

　　2.2三等GPS網觀測網圖

　　本溪石橋子（沈溪）新城航測GPS網圖

　　2.3GPS數據處理及成果質量

　　GPS接收機所接收的信息（觀測量）為偽距、載波相位差及星歷數據。要得到兩測站間的基線向量（相當于兩站天線間的直線距離），必須對GPS接收機信息進行計算處理，最終求出雙差固定解或三差解作為基線解算的最終結果。根據技術設計要求，對外業(yè)數據資料進行全面檢查，基線解算使用儀器自帶軟件“HDS2003數據軟件處理包”對數據進行處理。全部基線均通過了軟件所設置的各種先驗誤差限值�；�線解算之后，對基線向量進行了復測邊相對精度檢驗和獨立閉合環(huán)閉合差檢驗。獨立閉合環(huán)分為同步環(huán)和異步環(huán)；同步環(huán)檢驗能夠反映出基線本身的質量；異步環(huán)檢驗則反映GPS網的整體質量狀況。

　　測區(qū)三等GPS網共有基線58條，其中復測基線27條�；�線平均長度為5.85km，根據技術設計規(guī)定，固定誤差a≤10mm，比例誤差系數b≤10（1×10-6），計算相鄰點間基線長度精度（即標準差）σ為0.031m.復測基線長度較差限差為0.087m.復測基線較差最大為0.028m（對應基線為GPS12-GPS13），滿足規(guī)范要求。同步環(huán)各分量閉合差限差為0.0107m（限差為0.0185m）；異步環(huán)各分量閉合差限差為0.1607m（限差為0.2784m）。全網共構成12個同步環(huán)和44個異步環(huán)。其中，同步環(huán)最大全長閉合差為0.0151m（對應閉合環(huán)為：大崴子-GPS14-GPS19）；異步環(huán)最大全長閉合差為0.0793m（對應閉合環(huán)為：大崴子-GPS12-GPS14）。可知全長閉合差、各分量閉合差滿足技術設計規(guī)范。

　　3.GPS網的平差計算

　　3.1三維無約束平差

　　三維無約束平差是在WGS84坐標系下進行。三維無約束平差就是以GPS基線向量為觀測值，以其方差陣之逆陣為權進行平差檢查網內有無粗差基線，考察網本身的內符合精度以及基線向量之間有無明顯的系統誤差，方差因子是否符合客觀實際精度。無約束平差反映了GPS網的真實精度。網內58條基線均參與平差計算，平均點位中誤差為0.0043m；平均邊長相對中誤差為1：532920；最弱點點位誤差為0.0191m（對應點為GPS18）；最弱邊長相對中誤差為1：203416（對應邊為：GPS15—GPS22）；各項精度指標符合規(guī)范�；�線向量改正數最大為0.0596m（對應基線為大崴子—GPS12），小于限差0.0928m，均滿足規(guī)范要求。

　　3.2二維約束平差

　　二維約束平差前，對測區(qū)已知4個1980西安坐標系Ⅱ等三角點進行了起算點Ⅳ個組合約束平差比較。組合Ⅰ各項指標最好滿足技術設計要求；而其它三種組合最弱邊相對中誤差過大，未能滿足三等GPS的要求（1：80000），且馬圈子遠離測區(qū)成圖范圍，不利于布網和后續(xù)測量。綜上所述，采用組合Ⅰ，即大崴子、大旺山和狼洞溝作為三等GPS測量的起算點。二維約束平差在1980西安坐標系、123度中央子午線的高斯投影下進行。二維約束平差是對預處理和三維無約束平差各項檢核后的GPS向量網，在多個固定點約束下進行平差計算。

　　3.3約束平差精度

　　約束平差后，平均點位中誤差為0.0011m；平均邊長相對中誤差為1：427370；最弱點點位誤差為0.0278m（對應點為馬圈子）；最弱邊長相對中誤差為1：175167（對應邊為：GPS15—GPS22）。均滿足規(guī)范要求。基線向量約束平差前后分量改正數最大為0.0061m（對應基線為GPS17—狼洞溝），小于限差0.0619m.

　　4.GPS網高程測量

　　4.1三、四等水準測量

　　根據技術設計要求，測區(qū)共布設三等GPS點11個。其中沿川道三等GPS點進行三等水準聯測，其余的進行四等水準（和四等光電高程導線測量）聯測。采用分別測量共同布網形式施測。使用兩臺Leica NA2水準儀；使用PC E500電子手簿進行記錄。數據處理采用“科傻地面控制測量數據處理系統”軟件。外業(yè)共施測三等水準路線116.6km，四等水準路線51.7km.見水準聯測略圖。

　　三等水準以Ⅰ沈丹10（即GPS13）和Ⅱ高程寨作為起算點。經過檢驗，兩對標尺尺長改正分別為：9429/9430—-0.55mm和7065/7088—-0.6mm.根據聯測實際，對各測段進行尺長改正。三等水準聯測網共由1條附和線路和2個閉合環(huán)構成。把往返測數據取平均值，作為測段觀測值參與平差解算。

　　平差計算采用距離定權的方式進行平差。算得每公里水準測量偶然中誤差為2.710mm；每公里水準測量全中誤差為5.425mm；點最大高程中誤差為15.11mm（對應點為SZ03）；測段最大高差中誤差為9.70mm（對應測段為GD10—SZ03）。由平差結果分析可知，各統計項均技術設計要求。

　　四等水準（和四等光電高程導線測量）共聯測點11個，以FM02、FM03、FM08和GD11為起算點。經過檢驗，兩對標尺尺長改正分別為：9429/9430—-0.55mm和7065/7088—-0.6mm.四等（和四等光電高程導線測量）水準聯測網共由5個閉合環(huán)構成。經計算每公里水準測量偶然中誤差為3.299mm；每公里水準測量全中誤差為5.976mm；點最大高程中誤差為14.02mm（對應點為GPS18）；測段最大高差中誤差為9.82mm（對應測段為GD11—GD19）。由平差結果分析可知，各統計項符合規(guī)范和技術設計要求。

　　水準聯策略圖

　　4.2高程擬合

　　根據測區(qū)實際情況，GPS14、GPS16采用高程擬合的方式來擬合上述兩點的高程。GPS高程擬合使用水準聯測成果作為高程擬合的起算點，共9個水準成果點。即GPS13、GPS15和GPS17等3個三等水準點；GPS11、GPS12、GPS18、GPS19、GPS20和GPS21等6個四等水準點。采用曲面擬合的形式進行高程擬合。擬合高程均滿足規(guī)范和設計要求。

　　5體會

　　1）應用GPS技術施測高等級城市控制網，實踐證明有著極高的精度，它不受人為因素的影響。不要求測站間相互通視，速度快，不受環(huán)境和距離限制，可全天候觀測，成本低，效率高。

　　2）野外數據采集是GPS測量的核心工作。制定周密的觀測計劃，作好衛(wèi)星狀況預報，選擇好觀測時間，編寫作業(yè)調度表，對于順利的完成觀測任務，保障成果的精度，提高效益起到事半功倍的效果。

　　3）GPS網平差應對起算點進行內部復核性檢核，選用精度高的起算點，舍去精度低的已知點，利用外部已知點進行檢核，提高二維約束平差的整體精度。

　　4）GPS網的基線邊長盡量保持均勻，不宜長短差距過大保證網的精度均勻。施測長邊GPS控制網，應盡量選用雙頻GPS接收機，可以有效削弱電離層折射影響，同時能有效探測和修復整周跳變。

　　5）高精度高程測量同高精度的平面測量一樣，是GPS測量應用的重要領域。高程起算點應均勻分布于GPS網中，特別是網的邊緣要有足夠的高程起算點控制，從本次航測GPS控制網的高程精度看，采用三、四等水準測量高程精度是適宜的。

　　以上是本溪市新城航測GPS控制網建立的一點膚淺體會，供同行們共同探討。

　　參考文獻：

　　[1] 城市測量規(guī)范CJJ8-99.北京：中國建筑工業(yè)出版社，1999.

　　[2] 全球定位系統城市測量技術規(guī)程CJJ73-97.北京：中國建筑工業(yè)出版社，1997.

　　[3] 全球定位系統（GPS）測量規(guī)范GB/T18314-2001.

　　[4] 國家三、四等水準測量規(guī)范GB/T12898-91.

　　[5] 本溪市石橋子新城測量技術總結。