【 摘　要】　為滿足城市測量工作的需要，采用GPS技術進行首級控制，建立城市E級GPS控制網。

【關鍵詞】　采樣率 幾何精度因子（PDOP） 高程異常值 轉換參數

　　0 前言

　　隨著全球定位技術的不斷發展和成熟，GPS儀器設備已可以滿足城市總體控制精度要求，并且具有其特有的優勢：效率高、全天候、工作量小、不受通視條件限制。但其在高程系統上的條件要求較高，起算高程點的位置分布及密度都直接影響控制網的整體高程精度。因而，采用全球定位技術布設城市總體控制網，需對起算數據的分布及網形結構進行篩選和加強，從而提高網形精度和控制精度。

　　1 GPS網形設計
  

　　因為我們只用三臺靜態GPS接收機，GPS網采用邊聯式組網，為了加強網形的幾何精度，在基礎網形的基礎上再加測幾個時段（如圖上所示：X001-002-004～X002-003-004～X004-003-009～X003-009-013），從而提高控制網的整體精度。點位選擇應遵循自然條件相對較好，遠離對GPS信號有影響的反射源，考慮到城市測量工作中的實際需要，點位間至少有兩點需互相通視。

　　上圖所示GPS控制網中：同步環15個，異步環25個，獨立基線35條，復測基線邊8條，占獨立基線邊的23%，大于《GPS測量規范》中規定的10%。因此，此控制網結構具有較好的內符合精度。

　　2 數據采集及分析

　　2.1 時段與觀測線路設計

　　1．觀測時段設計：監測網中共有24個三角網，包括了全部的控制點，初步設計總時段數為23個，NGS-200接收機標定精度僅有（10mm+2ppm），為了能夠獲取成功有效的數據，接收時間設計為1～1.2h。

　　2．觀測線路設計：GPS控制網控制面積大，站間距離大。進入新一觀測時段時，接收機的固定與移動及移動的線路都需進行優化設計，以免出現漏測或重測。GPS控制網的觀測線路及接收機移動設計如下：

　　2.2 數據采集

　　接收GPS信號時：衛星幾何精度因子PDOP值≤4，數據采樣率設為10s/次，衛星高度截止角設為15度，天線高采用三次平均值。為了減少聯系方式對接收機信號的影響，我們在開機前聯系統一開機接收信號，接收時間達到設計時間后，再進行聯系準備移站。接收信號過程中，做好信號最強的衛星號記錄。

　　2.3 數據處理

　　數據處理采用南方NGS-200型接收機配套處理軟件，對觀測數據進行處理。基線處理設置：歷元間隔取10s，衛星高度角取15度。一些基線在整體處理中沒能解算合格，我們采用改變基準衛星，修改有效歷元，剔除產生周跳及信號受影響大的數據，增加歷元間隔，對不合格基線進行獨立處理。基線解算合格后，對控制網進行自由網平差，然后將聯測的已知點數據引入其中，進行三維約束平差。

　　考慮到GPS的相對高程精度較高，根據聯測的部分控制點的水準高程推算控制區域的高程異常值，對GPS高程值進行糾正，從而獲取較高精度的高程值。

　　2.4 數據分析

　　全球定位系統為84坐標系統，須轉換為城市坐標系統（比如北京54系統），往往對轉換參數的求取要求較高，精度差異較大，同時受地形地貌自然條件影響較大，再加上柳州是山區，地球曲面變化大。所以，起算數據的分布及密度直接影響控制網的精度等級。在此，就其對整個控制網的精度影響進行比較分析。

　　分別以方案（1）X001-002-013、（2）X004-011-007、（3）X001-002-006-013、（4）X001-002-006-007-013作為起算
數據對控制網進行平差求解，其平面、高程值與精度對比如下表：
各方案平面位置偏移量S（單位：毫米）

各方案高程不符值（單位：毫米，-表示偏小，+表示偏大。）

　　以上平面數據是以城市三等的導線測量所得數據為基準，高程數據則是以聯測國家Ⅲ等點水準數據為基準，各方案下求取得數據與其比較得出。從以上數據可以看出整個GPS控制網平面精度較高，且對起算數據（位置與密度）的要求相對較低，同時受此影響的程度較小，完全能夠達到城市測量工作中首級控制網的平面精度要求。然而高程系統則變化較大，不同方案間的高程值變化也較大，甚至出現粗差或是錯誤。其中方案（一）的起算數據均位于控制網的外圍處，有兩個數據還是位于高山上，其它多數控制點是位于地勢平坦處。根據上表數據所示，由其解算所得高程值誤差很大、精度很低；方案（二）的起算數據位于控制網的中心部的平坦地勢上，同樣由其解算所得的高程值偏差較大，精度很低，而且還出現了粗差；上述兩種方案求解的轉換參數與高程異常值精度較低，偏差較大，不能很好地反映控制區的實際地形地勢變化情況，從而大大降低了GPS控制網整體的測量控制精度。

方案（三）在方案（二）的基礎上，再增加一個處于平坦地勢上的起算數據，增加控制量，重新解算。根據表中數據可見，高程值的不符值有很大變化，精度有很大的提高，而且基本達到城市測量精度需求；方案（四）則是在方案（三）的基礎上對GPS控制網的起算數據進一步優化，使得起算數據較合理的分布于控制區的不同地勢處，且分布密度較大，從而得出上表中的數據。高程偏差較小，精度也較為理想。其中X014在四套方案中的偏差都很大，主要是因為此點位于網的外邊緣且在一座獨立的山頭上，四套方案都沒能充分反映出此處的地勢起伏，即高程異常未能正常反映此處的情況。因此，采用此方案求解84系統到54系統的轉換參數及高程異常值較為合理，能夠較準確的求出其間的具體參數值，從而使兩種參考面經過轉換能獲得較大的重合面，提高整個GPS控制網在54系統中的精度。

　　3 總結

　　根據上面的實際應用和分析，我們不難得出以下結論：在現有GPS設備和技術，采用GPS技術進行城市首級控制是完全可行的，可靠的。但其在高程方面受已知數據的分布、密度影響明顯，區域高程異常值的解算要求較高。

　　采用GPS技術進行城市首級控制時，應充分考慮以下幾個問題：①GPS控制網要具有較強的幾何精度及內符合精度；②數據采集盡量根據衛星星歷預報選擇理想時間進行；③根據上面的數據分析，起算數據的分布以及密度將直接影響GPS控制網的整體精度，特別是高程點的選取。因而，在實施的過程中要盡量多聯測一些高等級的控制點，特別是高程點，同時這些點的分布要相對合理，比較能夠反映控制區的地形變化（主要是山地與平地的區分）。與此同時，這些起算點的密度也同樣重要，密度不夠，精度就很難達到要求；④轉換參數的求取及高程異常值的應用應與實地相符。

　　綜上所述，隨著GPS技術的不斷發展和提高，GPS技術的應用領域也將不斷增加，技術要求也不斷降低。在城市測量中，如能總體設計測設大量GPS控制點，精確求解區域內的轉換參數和高程異常值，這將使得GPS應用更加方便，精度更高。


【參考文獻】

[1] 劉基余、李征航.《全球定位系統原理及其應用》.測繪出版社出版
[2] 徐紹銓、張華海、楊志強、王澤民等編著.《GPS測量原理及應用》.武漢測繪科技大學出版社出版