山区建立GPS控制网的优化方法研究

张杰

[摘要]本文主要以山区数字地形图测量为例，通过施测一级GPS过程，就GPS控制网的测量中提高精度、减小误差，提高测量效率的方法作了一些探讨。

[关键词]山区 GPS控制网 误差 优化

[中图分类号] P2 [文献码] B [文章编号] 1000-405X（2015）-9-173-1

山区地形变化差异大，折光影响、近地面的大气密度、待定点间通视、透明度等因素都对传统的三角测量、导线测量以及高程引测带来很大的测量障碍，也极易增大网形设计、传算边角观测的误差，影响控制测量的精度以及测量成果。而GPS测量具有全天侯、成本低、精度高的特点，特别是相对定位的精度基本上与待定点间构成网形无关以及不需通视等，使得GPS测量的灵活性更高，可有效避免传统测量存在的问题，现已成为测量单位首选的控制测量方式。本文以山区测量为例，通过施测一级GPS过程，就GPS控制网的测量中提高精度、减小误差，提高测量效率的方法做一些探讨。

1测区概况

吉林省白山地区境内位于山区的40个村庄近9万平方公里1：500比例尺地形图。测区位于东经126°59′至127°10′范围内，测区内的村庄较为分散，村庄之间距离1～10公里不等，且多分布于山岙里。测区内交通条件较好，有水泥路可通达。为更好的完成本次数字化地形图施测，决定在测区四等以上平面控制点基础上，直接布设一级GPS网作为基础控制，每平方公里≥16个固定点。根据该市行政区划图可知施测的40个村约分布在500平方公里范围内。根据数字化地形图施测要求以及点位精度的考虑，本次测量决定采用南方测绘仪器公司四台套灵锐S86

GPS测量系统，该系统高程精度为10mm+2ppm*D、水平精度5mm+1ppm*D，本次施测采用静态相对定位作业模式。

2网形设计

本次离测已获得测区内3个2000年同网平差的已知四等控制点，采用1954年北京坐标系参考椭球几何参数，中央子午线经度126°。此次控制网施测考虑到村庄多分布在山岙且村庄之间相距较远的现状，计划每个村庄布设3个点，其中2个点保证通视，布设124个未知点，控制网采用点连式。为了尽量减小尺度比误差，以及保证GPS控制网在约束平差后点位坐标精度的均匀性，将已知等级的控制点纳入整网观测，同时适当构成长边图形。对离已知点较远的未知点和网边缘的未知点采用边连式，以增加重复基线、非同步图形闭合条件。

3外业实施

对短基线而言，由于基线两点距离较短，星历误差对短基线的两个测站的影响基本相同，数据处理时采用差分形式，电离层和对流层对信号的延迟对基线两端点的影响大致相同，均可忽略。总体分析，短基线测量误差的主要来源有：地面起始点的误差、卫星的PDOP值、接收机的位置误差、天线相位中心位置的偏差和多路径误差。

针对GPS信号的传播误差主要通过选择合适站址的方式消除。本次所使用的接收机内置抑制板，可有效抑制截止高度角以下反射波，可显著削弱多路径误差。但因山区地形加之村庄分布特点为满足数字测图需要，除依据《全球定位系统城市测量技术规程》关于选点外，因客观原因，部分点选择在山坡或存在障碍的地方，且对周围有高于10°障碍物的点绘制GPS点的环视图。

原则上，对5公里以内基线长度观测45分钟，5～10公里观测60分钟，个别地区由负责人根据实际情况增加观测时长。采样间隔15秒，高度截止角15°。根据近30天内星历预报，选择卫星的PDOP值较小的时段观测，同时综合各方面因素制定观测计划和每天观测表。

对每天观测的数据进行检查和验收，确认观测数据质量符合实际。采用随机软件进行基线处理，以合格双差固定解作为本次短基线处理的合格解。对于软件未能解算出合格解的基线的处理，可改变解算条件重新解算。然后对所有解算出合格固定解的基线进行检核：包括每个时段同步观测的数据、重复观测边、同步观测环、异步环的检核。一旦发现检核超过限差，首先分析原因，平差处理后单位权中误差一般值为0.05周以下；短基线双差实数解、双差固定解之间的基线向量坐标通常要求其差小于5cm。对经过检核以及综合分析各种客观因素基础上超限的基线，进行野外返工，对点位不符合GPS测量要求而造成一个测站多次重测仍不能满足各项限差技术规定时。在整网观测完后重测基线、有关同步图形或按技术设计要求另增选新点进行重测。

4结论与总结

山区地形复杂、起伏变化大，其测量误差源多，施测中应认真分析主要误差来源，选择设计合适的网形，以有效减弱地形条件给GPS测量带来的不利因素，尽可能提高测量的精度。GPS测量得到WGS84坐标系下的基线向量，而通常采用的是国家坐标系或独立坐标系，应该首先确定GPS成果所采用的坐标系统合起算数据，即GPS网基准设计。若GPS测量成果需要进行坐标转换，应该选择或联测足够多的两坐标系的公共点，一般大于3，以保证坐标系转换参数的精度和可靠性；起算点数目越多，GPS网和原有网的吻合越好，但会损失现有GPS网的测量精度，起算点为3～5个时，既能保证两坐标系的一致，又可保证GPS网的测量精度；起算点在GPS网中应该均匀分布，避免分布在网中的一侧；起算方位不宜过多，可以布设在网中的任意位置GPS网得到大地高，联测水准高程后才能将高程转换为正常高。水准联测点应均匀分布整个测区，未知点正常高程的求解应采用内插的方法。由于点间不需要通视，且点位精度主要取决于卫星与测站间的几何网形、观测数据质量和数据处理方法，因此GPS网的设计主要取决于用户的要求和用途。本次测量，GPS控制网主要采用了点连式和边连式，均属于同步图形扩展式，具有测量速度快、方法简单、图形强度较好等优点。但对于高精度控制网易采用网连式，但网连式至少需要4台GPS接收机，全对图形的条件要求很强且成本较高。而混连式相邻两个同步图形可能通过点、边、网等形式连接，自检性和可靠性较好，能有效发现粗差，在GPS工程控制网中广采用。

参考文献

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