摘 要：文章通過應(yīng)用中海達(dá)V8雙頻接收機(jī)進(jìn)行本溪市石橋子新城航測(cè)GPS網(wǎng)的建立，敘述了GPS網(wǎng)測(cè)量的布設(shè)方案和實(shí)測(cè)情況，討論了GPS網(wǎng)測(cè)量的精度和體會(huì)。

　　關(guān)鍵詞：GPS網(wǎng)；精度分析；體會(huì)

　　引言

　　隨著國家振興東北老工業(yè)基地戰(zhàn)略的實(shí)施，建設(shè)本溪生物醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)基地，打造中國北方藥谷，以生物醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)為支撐，在沈陽市和本溪母城中間地帶，建設(shè)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(jìn)沈本一體化進(jìn)程，實(shí)現(xiàn)沈陽經(jīng)濟(jì)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(diǎn)推進(jìn)的特色產(chǎn)業(yè)之一。為了滿足新城規(guī)劃建設(shè)需要，市政府決定更新基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)庫，采用航測(cè)的方法完成新區(qū)81.6平方公里航測(cè)數(shù)字化成圖、DEM及正射影像圖基礎(chǔ)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(cè)區(qū)穿過，交通方便，主要居民地為石橋子、張其寨、歪頭山。測(cè)區(qū)內(nèi)共搜集到1980西安坐標(biāo)系Ⅱ等三角點(diǎn)4個(gè)，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(zhǔn)國家水準(zhǔn)點(diǎn)2個(gè)，分別為Ⅰ沈丹10和Ⅱ高程寨。經(jīng)實(shí)地勘察，上述成果標(biāo)石保存完好，可作為三等GPS控制網(wǎng)的平面和高程起算點(diǎn)。采用1980西安坐標(biāo)系、高斯—克呂格正形投影，統(tǒng)一30帶的平面直角坐標(biāo)，中央子午線為123000'；高程采用1985年國家高程基準(zhǔn)。

　　2.GPS網(wǎng)建立

　　2.1選點(diǎn)與埋石

　　三等GPS網(wǎng)點(diǎn)充分考慮本溪市（沈溪）新城整體發(fā)展和建設(shè)需要，點(diǎn)位分布密度科學(xué)、合理覆蓋面廣，便于保存和使用方便，進(jìn)行GPS網(wǎng)的選點(diǎn)和埋石；GPS網(wǎng)點(diǎn)和水準(zhǔn)點(diǎn)點(diǎn)位分布、網(wǎng)點(diǎn)間距離等均滿足規(guī)范與設(shè)計(jì)要求。其中利用原有三角點(diǎn)11個(gè)，新埋設(shè)網(wǎng)點(diǎn)4個(gè)；新布設(shè)三等水準(zhǔn)點(diǎn)3個(gè)。三等GPS網(wǎng)點(diǎn)編號(hào)從GPS11開始，依次遞增至GPS22（GPS22為過渡點(diǎn)），詳見GPS網(wǎng)圖；新布設(shè)三等水準(zhǔn)點(diǎn)編號(hào)從SZ01開始，依次遞增至SZ03.

　　盡管GPS點(diǎn)的點(diǎn)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(diǎn)與點(diǎn)之間均有兩個(gè)以上的通視方向。點(diǎn)位的基礎(chǔ)堅(jiān)實(shí)穩(wěn)定，易于長(zhǎng)期保存，便于觀測(cè)，交通方便，視野開闊，視場(chǎng)內(nèi)的障礙物高度角小于15°，并且遠(yuǎn)離高壓輸電線及電信、電視轉(zhuǎn)播臺(tái)、微波站等大功率無線電發(fā)射源等強(qiáng)電磁場(chǎng)和微波通道處。三等GPS點(diǎn)和三等水準(zhǔn)點(diǎn)標(biāo)石相同，采用不銹鋼標(biāo)芯，標(biāo)石規(guī)格按照規(guī)范要求埋設(shè)。

　　2.2三等GPS網(wǎng)觀測(cè)網(wǎng)圖

　　本溪石橋子（沈溪）新城航測(cè)GPS網(wǎng)圖

　　2.3GPS數(shù)據(jù)處理及成果質(zhì)量

　　GPS接收機(jī)所接收的信息（觀測(cè)量）為偽距、載波相位差及星歷數(shù)據(jù)。要得到兩測(cè)站間的基線向量（相當(dāng)于兩站天線間的直線距離），必須對(duì)GPS接收機(jī)信息進(jìn)行計(jì)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(jié)果。根據(jù)技術(shù)設(shè)計(jì)要求，對(duì)外業(yè)數(shù)據(jù)資料進(jìn)行全面檢查，基線解算使用儀器自帶軟件“HDS2003數(shù)據(jù)軟件處理包”對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。全部基線均通過了軟件所設(shè)置的各種先驗(yàn)誤差限值�；�線解算之后，對(duì)基線向量進(jìn)行了復(fù)測(cè)邊相對(duì)精度檢驗(yàn)和獨(dú)立閉合環(huán)閉合差檢驗(yàn)。獨(dú)立閉合環(huán)分為同步環(huán)和異步環(huán)；同步環(huán)檢驗(yàn)?zāi)軌蚍从吵龌�線本身的質(zhì)量；異步環(huán)檢驗(yàn)則反映GPS網(wǎng)的整體質(zhì)量狀況。

　　測(cè)區(qū)三等GPS網(wǎng)共有基線58條，其中復(fù)測(cè)基線27條。基線平均長(zhǎng)度為5.85km，根據(jù)技術(shù)設(shè)計(jì)規(guī)定，固定誤差a≤10mm，比例誤差系數(shù)b≤10（1×10-6），計(jì)算相鄰點(diǎn)間基線長(zhǎng)度精度（即標(biāo)準(zhǔn)差）σ為0.031m.復(fù)測(cè)基線長(zhǎng)度較差限差為0.087m.復(fù)測(cè)基線較差最大為0.028m（對(duì)應(yīng)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(wǎng)共構(gòu)成12個(gè)同步環(huán)和44個(gè)異步環(huán)。其中，同步環(huán)最大全長(zhǎng)閉合差為0.0151m（對(duì)應(yīng)閉合環(huán)為：大崴子-GPS14-GPS19）；異步環(huán)最大全長(zhǎng)閉合差為0.0793m（對(duì)應(yīng)閉合環(huán)為：大崴子-GPS12-GPS14）。可知全長(zhǎng)閉合差、各分量閉合差滿足技術(shù)設(shè)計(jì)規(guī)范。

　　3.GPS網(wǎng)的平差計(jì)算

　　3.1三維無約束平差

　　三維無約束平差是在WGS84坐標(biāo)系下進(jìn)行。三維無約束平差就是以GPS基線向量為觀測(cè)值，以其方差陣之逆陣為權(quán)進(jìn)行平差檢查網(wǎng)內(nèi)有無粗差基線，考察網(wǎng)本身的內(nèi)符合精度以及基線向量之間有無明顯的系統(tǒng)誤差，方差因子是否符合客觀實(shí)際精度。無約束平差反映了GPS網(wǎng)的真實(shí)精度。網(wǎng)內(nèi)58條基線均參與平差計(jì)算，平均點(diǎn)位中誤差為0.0043m；平均邊長(zhǎng)相對(duì)中誤差為1：532920；最弱點(diǎn)點(diǎn)位誤差為0.0191m（對(duì)應(yīng)點(diǎn)為GPS18）；最弱邊長(zhǎng)相對(duì)中誤差為1：203416（對(duì)應(yīng)邊為：GPS15—GPS22）；各項(xiàng)精度指標(biāo)符合規(guī)范�；�線向量改正數(shù)最大為0.0596m（對(duì)應(yīng)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(duì)測(cè)區(qū)已知4個(gè)1980西安坐標(biāo)系Ⅱ等三角點(diǎn)進(jìn)行了起算點(diǎn)Ⅳ個(gè)組合約束平差比較。組合Ⅰ各項(xiàng)指標(biāo)最好滿足技術(shù)設(shè)計(jì)要求；而其它三種組合最弱邊相對(duì)中誤差過大，未能滿足三等GPS的要求（1：80000），且馬圈子遠(yuǎn)離測(cè)區(qū)成圖范圍，不利于布網(wǎng)和后續(xù)測(cè)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(cè)量的起算點(diǎn)。二維約束平差在1980西安坐標(biāo)系、123度中央子午線的高斯投影下進(jìn)行。二維約束平差是對(duì)預(yù)處理和三維無約束平差各項(xiàng)檢核后的GPS向量網(wǎng)，在多個(gè)固定點(diǎn)約束下進(jìn)行平差計(jì)算。

　　3.3約束平差精度

　　約束平差后，平均點(diǎn)位中誤差為0.0011m；平均邊長(zhǎng)相對(duì)中誤差為1：427370；最弱點(diǎn)點(diǎn)位誤差為0.0278m（對(duì)應(yīng)點(diǎn)為馬圈子）；最弱邊長(zhǎng)相對(duì)中誤差為1：175167（對(duì)應(yīng)邊為：GPS15—GPS22）。均滿足規(guī)范要求�；�線向量約束平差前后分量改正數(shù)最大為0.0061m（對(duì)應(yīng)基線為GPS17—狼洞溝），小于限差0.0619m.

　　4.GPS網(wǎng)高程測(cè)量

　　4.1三、四等水準(zhǔn)測(cè)量

　　根據(jù)技術(shù)設(shè)計(jì)要求，測(cè)區(qū)共布設(shè)三等GPS點(diǎn)11個(gè)。其中沿川道三等GPS點(diǎn)進(jìn)行三等水準(zhǔn)聯(lián)測(cè)，其余的進(jìn)行四等水準(zhǔn)（和四等光電高程導(dǎo)線測(cè)量）聯(lián)測(cè)。采用分別測(cè)量共同布網(wǎng)形式施測(cè)。使用兩臺(tái)Leica NA2水準(zhǔn)儀；使用PC E500電子手簿進(jìn)行記錄。數(shù)據(jù)處理采用“科傻地面控制測(cè)量數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)”軟件。外業(yè)共施測(cè)三等水準(zhǔn)路線116.6km，四等水準(zhǔn)路線51.7km.見水準(zhǔn)聯(lián)測(cè)略圖。

　　三等水準(zhǔn)以Ⅰ沈丹10（即GPS13）和Ⅱ高程寨作為起算點(diǎn)。經(jīng)過檢驗(yàn)，兩對(duì)標(biāo)尺尺長(zhǎng)改正分別為：9429/9430—-0.55mm和7065/7088—-0.6mm.根據(jù)聯(lián)測(cè)實(shí)際，對(duì)各測(cè)段進(jìn)行尺長(zhǎng)改正。三等水準(zhǔn)聯(lián)測(cè)網(wǎng)共由1條附和線路和2個(gè)閉合環(huán)構(gòu)成。把往返測(cè)數(shù)據(jù)取平均值，作為測(cè)段觀測(cè)值參與平差解算。

　　平差計(jì)算采用距離定權(quán)的方式進(jìn)行平差。算得每公里水準(zhǔn)測(cè)量偶然中誤差為2.710mm；每公里水準(zhǔn)測(cè)量全中誤差為5.425mm；點(diǎn)最大高程中誤差為15.11mm（對(duì)應(yīng)點(diǎn)為SZ03）；測(cè)段最大高差中誤差為9.70mm（對(duì)應(yīng)測(cè)段為GD10—SZ03）。由平差結(jié)果分析可知，各統(tǒng)計(jì)項(xiàng)均技術(shù)設(shè)計(jì)要求。

　　四等水準(zhǔn)（和四等光電高程導(dǎo)線測(cè)量）共聯(lián)測(cè)點(diǎn)11個(gè)，以FM02、FM03、FM08和GD11為起算點(diǎn)。經(jīng)過檢驗(yàn)，兩對(duì)標(biāo)尺尺長(zhǎng)改正分別為：9429/9430—-0.55mm和7065/7088—-0.6mm.四等（和四等光電高程導(dǎo)線測(cè)量）水準(zhǔn)聯(lián)測(cè)網(wǎng)共由5個(gè)閉合環(huán)構(gòu)成。經(jīng)計(jì)算每公里水準(zhǔn)測(cè)量偶然中誤差為3.299mm；每公里水準(zhǔn)測(cè)量全中誤差為5.976mm；點(diǎn)最大高程中誤差為14.02mm（對(duì)應(yīng)點(diǎn)為GPS18）；測(cè)段最大高差中誤差為9.82mm（對(duì)應(yīng)測(cè)段為GD11—GD19）。由平差結(jié)果分析可知，各統(tǒng)計(jì)項(xiàng)符合規(guī)范和技術(shù)設(shè)計(jì)要求。

　　水準(zhǔn)聯(lián)策略圖

　　4.2高程擬合

　　根據(jù)測(cè)區(qū)實(shí)際情況，GPS14、GPS16采用高程擬合的方式來擬合上述兩點(diǎn)的高程。GPS高程擬合使用水準(zhǔn)聯(lián)測(cè)成果作為高程擬合的起算點(diǎn)，共9個(gè)水準(zhǔn)成果點(diǎn)。即GPS13、GPS15和GPS17等3個(gè)三等水準(zhǔn)點(diǎn)；GPS11、GPS12、GPS18、GPS19、GPS20和GPS21等6個(gè)四等水準(zhǔn)點(diǎn)。采用曲面擬合的形式進(jìn)行高程擬合。擬合高程均滿足規(guī)范和設(shè)計(jì)要求。

　　5體會(huì)

　　1）應(yīng)用GPS技術(shù)施測(cè)高等級(jí)城市控制網(wǎng)，實(shí)踐證明有著極高的精度，它不受人為因素的影響。不要求測(cè)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(cè)，成本低，效率高。

　　2）野外數(shù)據(jù)采集是GPS測(cè)量的核心工作。制定周密的觀測(cè)計(jì)劃，作好衛(wèi)星狀況預(yù)報(bào)，選擇好觀測(cè)時(shí)間，編寫作業(yè)調(diào)度表，對(duì)于順利的完成觀測(cè)任務(wù)，保障成果的精度，提高效益起到事半功倍的效果。

　　3）GPS網(wǎng)平差應(yīng)對(duì)起算點(diǎn)進(jìn)行內(nèi)部復(fù)核性檢核，選用精度高的起算點(diǎn)，舍去精度低的已知點(diǎn)，利用外部已知點(diǎn)進(jìn)行檢核，提高二維約束平差的整體精度。

　　4）GPS網(wǎng)的基線邊長(zhǎng)盡量保持均勻，不宜長(zhǎng)短差距過大保證網(wǎng)的精度均勻。施測(cè)長(zhǎng)邊GPS控制網(wǎng)，應(yīng)盡量選用雙頻GPS接收機(jī)，可以有效削弱電離層折射影響，同時(shí)能有效探測(cè)和修復(fù)整周跳變。

　　5）高精度高程測(cè)量同高精度的平面測(cè)量一樣，是GPS測(cè)量應(yīng)用的重要領(lǐng)域。高程起算點(diǎn)應(yīng)均勻分布于GPS網(wǎng)中，特別是網(wǎng)的邊緣要有足夠的高程起算點(diǎn)控制，從本次航測(cè)GPS控制網(wǎng)的高程精度看，采用三、四等水準(zhǔn)測(cè)量高程精度是適宜的。

　　以上是本溪市新城航測(cè)GPS控制網(wǎng)建立的一點(diǎn)膚淺體會(huì)，供同行們共同探討。

　　參考文獻(xiàn)：

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　　[5] 本溪市石橋子新城測(cè)量技術(shù)總結(jié)。