1概述
　　GPS定位技術(shù)具有高精度、全天候、測(cè)站間無(wú)需保持通視等優(yōu)點(diǎn)，因而已基本取代傳統(tǒng)方法而成為建立各級(jí)平面控制網(wǎng)的主要手段。國(guó)內(nèi)外資料表明，利用GPS來(lái)布設(shè)平面控制網(wǎng)時(shí)，所需的工天數(shù)大約為常規(guī)方法的1/6，所需費(fèi)用在國(guó)外為常規(guī)方法的1/6左右，在國(guó)內(nèi)為常規(guī)方法的1/3左右，而且精度也比常規(guī)方法好，因而已得到了廣泛的應(yīng)用。
　　GPS系統(tǒng)是一種采用距離交會(huì)法的衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)。在GPS測(cè)量中通常采用空間坐標(biāo)系統(tǒng)和地心坐標(biāo)系統(tǒng)（如WGS-84地心坐標(biāo)系）。在實(shí)際使用中需要根據(jù)坐標(biāo)系統(tǒng)間的轉(zhuǎn)換參數(shù)進(jìn)行坐標(biāo)系統(tǒng)的變換。這樣更有利于表達(dá)地面控制點(diǎn)的位置和處理GPS觀測(cè)成果，因此在測(cè)量中得到了廣泛應(yīng)用。
　　2GPS工程控制網(wǎng)的布設(shè)
　　2.1控制網(wǎng)點(diǎn)的分布設(shè)置
　　工程控制網(wǎng)的布設(shè)原則和大地控制網(wǎng)是一致的，但也有一些區(qū)別。工程控制網(wǎng)的點(diǎn)位分布情況視工程需要而定，一般來(lái)講，工程控制網(wǎng)的范圍和點(diǎn)位間距都不是很大，點(diǎn)位選擇的機(jī)動(dòng)性較小，但對(duì)點(diǎn)位的要求與大面積控制網(wǎng)基本相同，埋石時(shí)，由于點(diǎn)位精度要求不是很高，可靈活處理。當(dāng)測(cè)區(qū)范圍不太大時(shí)，由于GPS測(cè)量受地面圖形影響很少，可以靈活布設(shè)，點(diǎn)位選擇時(shí)，則根據(jù)工程需要布點(diǎn)，而不必考慮點(diǎn)距及點(diǎn)的通視情況。
　　總的來(lái)說(shuō)，GPS控制網(wǎng)的布設(shè)需要進(jìn)行綜合設(shè)計(jì)。路線過長(zhǎng)時(shí)，可視需要分為多個(gè)投影帶。在各分帶交界處，應(yīng)布設(shè)一對(duì)通視的GPS點(diǎn)。選點(diǎn)時(shí)，通常為了便于使用光電測(cè)距儀測(cè)距，做一、二級(jí)導(dǎo)線加密，應(yīng)使兩GPS點(diǎn)間可通視。為了使GPS控制網(wǎng)投影長(zhǎng)度變形值小于2.5cm/km，必要時(shí)可采用測(cè)區(qū)抵償高程面進(jìn)行投影或任意帶辦法。在平差時(shí)，應(yīng)先以一個(gè)點(diǎn)的WGS-84系坐標(biāo)作為起算邊，進(jìn)行無(wú)約束平差。檢查該網(wǎng)本身的內(nèi)符合精度，基線向量間有無(wú)明顯的系統(tǒng)誤差。剔除含有粗差的基線邊。設(shè)計(jì)GPS控制網(wǎng)時(shí)，應(yīng)由一個(gè)或多個(gè)獨(dú)立觀測(cè)環(huán)組成，并包含較多的閉和條件。GPS控制網(wǎng)由非同步GPS觀測(cè)邊構(gòu)成多邊形閉合環(huán)或附和路線時(shí)，其邊數(shù)應(yīng)符合下列規(guī)定：一級(jí)GPS控制網(wǎng)應(yīng)不超過5條；二級(jí)GPS控制網(wǎng)應(yīng)不超過6條；三級(jí)GPS控制網(wǎng)應(yīng)不超過7條。三級(jí)GPS網(wǎng)應(yīng)采用絞鏈導(dǎo)線式、點(diǎn)連式布網(wǎng)，且GPS控制網(wǎng)中不應(yīng)出現(xiàn)自由基線。在測(cè)設(shè)GPS控制網(wǎng)時(shí)，GPS控制網(wǎng)應(yīng)同附近等級(jí)高的國(guó)家平面控制網(wǎng)點(diǎn)聯(lián)測(cè)，聯(lián)測(cè)點(diǎn)數(shù)應(yīng)不少于3個(gè)，并力求分布均勻，且能控制本控制網(wǎng)。
　　2.2GPS網(wǎng)的選點(diǎn)與埋石
　　1）選點(diǎn)：既要求點(diǎn)位置具有良好的衛(wèi)星窗口，以滿足觀測(cè)的需要，又要方便施工而且安全、穩(wěn)定，便于長(zhǎng)期保存和利用。雖然GPS網(wǎng)不需要點(diǎn)與點(diǎn)之間的通視，但為了便于測(cè)圖和便于校核，每個(gè)點(diǎn)至少和網(wǎng)中的另外一個(gè)點(diǎn)相互通視。2）埋石：網(wǎng)中充分利用原有完好的控制點(diǎn)的標(biāo)石，新點(diǎn)均為預(yù)制砼標(biāo)石，埋石規(guī)格要求執(zhí)行《城市測(cè)量規(guī)范》。
　　2.3坐標(biāo)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換
　　在工程測(cè)量中，為了和原有的資料一致，常常要求給出當(dāng)?shù)刈鴺?biāo)系統(tǒng)。用GPS測(cè)量布設(shè)工程控制網(wǎng)時(shí)，獲得的是WGS-84坐標(biāo)，這就需要將GPS測(cè)量的WGS-84坐標(biāo)轉(zhuǎn)換成地方坐標(biāo)，因此布網(wǎng)時(shí)需要重合部分具有地方坐標(biāo)的點(diǎn)位，一般來(lái)講，重合點(diǎn)最少要有3個(gè)。如果需要正常高，還應(yīng)重合若干水準(zhǔn)點(diǎn)，進(jìn)行高程擬合，或?qū)�GPS點(diǎn)進(jìn)行水準(zhǔn)聯(lián)測(cè)。坐標(biāo)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換的方法一般根據(jù)測(cè)區(qū)范圍的大小和精度要求而定。
　　1）強(qiáng)制符合法。
　　如果測(cè)區(qū)內(nèi)已知點(diǎn)的坐標(biāo)為北京54，平差前，先將這些點(diǎn)的大地坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為空間直角坐標(biāo)；平差時(shí)，以這些已知點(diǎn)作為固定點(diǎn)，與GPS觀測(cè)值一起平差。這樣在平差過程中就完成了WGS-84坐標(biāo)向北京54坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換，然后將平差后的大地坐標(biāo)投影到高斯平面上。
　　2）轉(zhuǎn)換參數(shù)法。
　　首先將GPS觀測(cè)量在空間直角坐標(biāo)系下進(jìn)行平差，求出已知大地點(diǎn)上的空間直角坐標(biāo)，然后利用已知大地點(diǎn)上的兩種坐標(biāo)（WGS-84坐標(biāo)和北京54坐標(biāo)），用轉(zhuǎn)換模型求出空間轉(zhuǎn)換參數(shù)，最后利用轉(zhuǎn)換參數(shù)求解其它點(diǎn)的北京54坐標(biāo)，這樣就將平差后的結(jié)果轉(zhuǎn)換到了北京54坐標(biāo)系上，再將此結(jié)果投影到高斯平面上。使用以上兩種方法時(shí)，點(diǎn)位精度受當(dāng)?shù)刈鴺?biāo)的影響很大，體現(xiàn)不出GPS測(cè)量高精度的特點(diǎn)，另外當(dāng)已知大地點(diǎn)的精度不統(tǒng)一時(shí)，求出的轉(zhuǎn)換參數(shù)誤差較大，有時(shí)轉(zhuǎn)換的結(jié)果滿足不了工程網(wǎng)的精度要求。因此進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換時(shí)，已知大地控制點(diǎn)應(yīng)選擇相同等級(jí)的點(diǎn)，這樣求得的轉(zhuǎn)換參數(shù)才能滿足需要。
　　2.4GPS測(cè)量的主要誤差來(lái)源
　　GPS測(cè)量中出現(xiàn)的各種誤差按其來(lái)源大致可分為以下幾種類型：
　　⑴與衛(wèi)星有關(guān)的誤差。主要包括衛(wèi)星星歷誤差、衛(wèi)星鐘的誤差、地球自轉(zhuǎn)的影響和相對(duì)論效應(yīng)的影響等；
　　⑵信號(hào)傳播誤差。因?yàn)镚PS衛(wèi)星是在距地面20200km的高空中運(yùn)行，GPS信號(hào)向地面?zhèn)鞑ナ且��?jīng)過大氣層，因此，信號(hào)傳播誤差主要是信號(hào)通過電離層和對(duì)流層產(chǎn)生的影響。此外，還有信號(hào)傳播的多路徑效應(yīng)的影響；
　　⑶觀測(cè)時(shí)采用的接收設(shè)備誤差。
　　⑷儀器對(duì)中誤差和天線高的量取誤差。
　　3工程實(shí)例
　　隨著社會(huì)的發(fā)展日新月異，原高等級(jí)控制點(diǎn)密度不夠，加之建設(shè)過程中的人為破壞，如何高效快速建立高等級(jí)控制網(wǎng)就成為測(cè)繪工作者當(dāng)前面臨的一大難題。以前主要采用三角網(wǎng)和光電測(cè)距導(dǎo)線網(wǎng)進(jìn)行，耗時(shí)長(zhǎng)，耗資大，工作強(qiáng)度大。本文通過對(duì)某工程平面控制網(wǎng)的建立實(shí)例，闡述GPS測(cè)量的過程和優(yōu)勢(shì)。
　　3.1測(cè)區(qū)概況
　　測(cè)區(qū)地理位置為：
　　東經(jīng)118°30’～118°57’
　　北緯25°11’～25°13’
　　3.2技術(shù)依據(jù)
　　⑴《全球定位系統(tǒng)（GPS）測(cè)量規(guī)范》（GB/T18314-2001）。
　　⑵《城市測(cè)量規(guī)范》（CJJ8－99）
　　3.3平面控制設(shè)計(jì)
　　本項(xiàng)目一級(jí)GPS控制網(wǎng)在國(guó)家三、四等控制點(diǎn)的基礎(chǔ)上，以邊連接的方式布設(shè)，點(diǎn)位滿足GPS觀測(cè)條件要求，交通便利，能夠長(zhǎng)期保存，有利于其它測(cè)量手段擴(kuò)展和聯(lián)測(cè)。根據(jù)測(cè)區(qū)形狀和分布范圍情況，實(shí)地布設(shè)GPS控制點(diǎn)6個(gè)，編號(hào)依此為GPS1、GPS2……GPS6，標(biāo)石按《城市測(cè)量規(guī)范》制作，中心標(biāo)志均為：Φ5cm×0.5cm的不銹鋼頂蓋，中間焊接10cm長(zhǎng)Φ0.8cm的實(shí)心不銹鋼螺絲，底部有螺絲帽。不銹鋼頂蓋中間有球面隆起，并刻有“＋”字叉，不銹鋼標(biāo)志面上部刻有“××測(cè)繪院”，下部刻有“GPS”字樣。
　　3.4選點(diǎn)和埋石
　　所選的GPS點(diǎn)點(diǎn)位滿足GPS觀測(cè)的要求，但也要兼顧交通便利，有利于今后使用等因素。具體要求如下：
　　（1）控制點(diǎn)選點(diǎn)時(shí)，已保證每點(diǎn)至少與一個(gè)相鄰點(diǎn)通視，并照顧到便于四等水準(zhǔn)施測(cè)；
　　（2）被測(cè)衛(wèi)星的地平高度角應(yīng)大于15°；
　　（3）測(cè)站遠(yuǎn)離建筑物、水體等衛(wèi)星信號(hào)反射物，以消除或削弱多路徑誤差；
　　（4）測(cè)站離無(wú)線電臺(tái)、電視臺(tái)、微波中繼站等強(qiáng)信號(hào)源的距離應(yīng)大于200m；
　　（5）測(cè)站離高壓電線、變壓器等設(shè)施的距離最好大于50m。
　　3.5外業(yè)觀測(cè)
　　使用中海達(dá)HD-5800型接收機(jī)4臺(tái)套同步觀測(cè)。觀測(cè)前編制了GPS衛(wèi)星可見性預(yù)報(bào)表，觀測(cè)組嚴(yán)格按規(guī)定的時(shí)間進(jìn)行作業(yè)，保證同步觀測(cè)同一組衛(wèi)星。時(shí)段長(zhǎng)度≥45min，衛(wèi)星截止高度角為15°，有效衛(wèi)星個(gè)數(shù)≥4，時(shí)段中任一衛(wèi)星有效觀測(cè)時(shí)間≥15min，數(shù)據(jù)采樣間隔為15s，重復(fù)設(shè)站數(shù)≥1.6。
　　3.6GPS數(shù)據(jù)處理
　　1）基線解算：一級(jí)GPS網(wǎng)基線采用雙差固定解，基線解算主要考慮的因素：衛(wèi)星鐘差的模型改正；接收機(jī)鐘差的模型改正；電離層折射影響用LC觀測(cè)值消除；對(duì)流層折射根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)大氣模型用薩斯坦莫寧（Saastamoinen）模型改正，采用分段線形的方法估算折射量偏差參數(shù)；
　　2）觀測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量檢核：復(fù)測(cè)基線誤差是衡量基線解質(zhì)量的一個(gè)重要指標(biāo)。表1為部分基線解、同步環(huán)、異步環(huán)結(jié)算結(jié)果。
　　表1部分重復(fù)基線解、同步環(huán)、異步環(huán)
　　
　　3）網(wǎng)平差
　　（1）平差采用的觀測(cè)量。GPS網(wǎng)采用TGO軟件進(jìn)行同步觀測(cè)網(wǎng)的基線解算，平差時(shí)采用各同步觀測(cè)網(wǎng)的獨(dú)立基線向量及其全協(xié)方差矩陣作為觀測(cè)量。
　　（2）三維無(wú)約束平差。一是進(jìn)行粗差分析，以發(fā)現(xiàn)觀測(cè)量中的粗差并消除其影響；二是調(diào)整觀測(cè)量的協(xié)方差分量因子，使其與實(shí)際精度相匹配；三是對(duì)整體網(wǎng)的內(nèi)部精度進(jìn)行檢驗(yàn)和評(píng)估。
　　（3）三維約束平差。約束平差的目的是將GPS網(wǎng)的所有獨(dú)立基線向量及其經(jīng)調(diào)整后的協(xié)方差陣作為觀測(cè)量，平差時(shí)應(yīng)消除因星歷和網(wǎng)的傳遞誤差引起的整網(wǎng)在尺度和方向上的系統(tǒng)性偏差。
　　（4）二維平差：平差在二維平面坐標(biāo)系下進(jìn)行，觀測(cè)值為二維觀測(cè)值，解算出的結(jié)果為點(diǎn)的二維平面坐標(biāo)。二維平差一般適合于小范圍GPS網(wǎng)的平差。
　　經(jīng)基線解算、質(zhì)量檢核、網(wǎng)平差后，得到GPS控制點(diǎn)的二維坐標(biāo)，其各項(xiàng)精度指標(biāo)符合技術(shù)設(shè)計(jì)要求。整個(gè)作業(yè)僅花6d時(shí)間，其效率較常規(guī)測(cè)量手段至少提高4倍。
　　4結(jié)論與展望
　　（1）GPS作業(yè)有著極高的精度。它的作業(yè)不受距離限制，非常適合于國(guó)家大地點(diǎn)破壞嚴(yán)重地區(qū)、地形條件困難地區(qū)、局部重點(diǎn)工程地區(qū)等。GPS測(cè)量自動(dòng)化程度很高，自動(dòng)記錄、自動(dòng)數(shù)據(jù)預(yù)處理、自動(dòng)平差計(jì)算，大大減輕了作業(yè)員的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了勞動(dòng)效率，一般GPS測(cè)量作業(yè)效率為常規(guī)測(cè)量方法的4倍以上。
　　（2）使用GPS在平面控制中作平面控制網(wǎng)，點(diǎn)位布設(shè)靈活、網(wǎng)形結(jié)構(gòu)合理、成果可靠，點(diǎn)位精度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于經(jīng)典測(cè)量方法，能更好地滿足以后施工的需要。
　　（3）GPS有著顯著的優(yōu)越性，不僅在城市平面控制網(wǎng)中大顯身手，而且可以在高等級(jí)公路、高原隧道、房產(chǎn)、大型機(jī)場(chǎng)等特殊
　　環(huán)境下作業(yè)，并能保證效率和質(zhì)量。
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