数字吴川GPS首级控制网建立及精度分析

苏晓斌　曾宇

【摘要】数字城市的建设方兴未艾，控制网的布设作为数字城市建设中的一个普遍现象，历来为建设者所重视。本文以数字吴川GPS首级控制网建设为例，详细介绍了数字吴川GPS首级控制网技术设计、外业观测、基线解算、网平差及精度分析和可靠性检验的整个过程，包括外业观测和内业解算的技术要求及数据解算的过程，并对已知数据的合理性和GPS控制网成果的正确性进行了分析。

【关键词】GPS首级控制网基线解算网平差可靠性分析

中图分类号：P22 文献标识码：A文章编号：1672-3791（2016）05（a）-0000-00

1前言

吴川市位于广东省西南部的鉴江平原上，北纬21°11′～21°39′、东经110°28′～111°05′之间，东接茂名市茂南区、电白区、北接化州，西接湛江市坡头区，南濒南海。境内有三江流过、水系发达、日照充足、资源丰富、气候宜人，是中国南海之滨的具有江海文化特色的安康宜居城市。吴川市交通发达，国道325线横贯东西全境，茂湛铁路和广湛高速公路分别从该市经过；境西10余公里可达南方大港湛江港，境北10余公里有水东港，境内有可直航港澳的黄坡港及将扩建成为万吨级泊位的渔商两用博茂港；航空运输有正在筹建中的粤西国际机场。测区共计20.6平方公里，大部测区都属城镇范围，人车流量大，通视条件较差，埋设控制点较困难，且施测期间气候变化无常，暴雨及酷暑天气交错，外业观测受到极大限制，给GPS首级控制网建立带来极大困难。

2 GPS网的布设

测区及周边已有GPS-C及GPS-D级网，可直接布设I级控制网作为首级控制网。首级GPS控制网的布设根据《卫星定位城市测量技术规范》、《城市测量规范》及数字吴川的技术设计书要求结合当地地形地貌等地理情况进行综合布设。考虑整体可靠性、稳定性和经济性基础上，充分利用原有已知高级控制点（C级、D级），在测区均匀选取4个已知点；根据选点情况和观测作业接收机台数，首级控制网沿着鉴河及海岸线呈网状布设，采用边连接形式构网，由同步三边形、四边形、五边形、六边形及异步环四边形、五边形、六边形闭合图形组成。全网共104个点，其中已知点4个。高程测量利用测区内已有国家二等水准点作为起算点（Ⅱ化电18、Ⅱ化电19），施测一个四等水准结点网，共计84个高程控制点。数字吴川GPS首级控制网如图1所示。

根据规范要求，每平方公里需布设5个I级点，点之间至少有一个方向通视，平均距离500米，选刻点位时应选在地质情况稳定，地基坚实，且地下水位较低、四周较开阔的地方，在地面高度角15度内没有成片的障碍物，点位均选在交通方便、且利于安全作业的地方。

3 外业观测

控制网外业观测采用GPS静态模式方法观测平面位置，采用四等水准观测高程。平面观测中共使用6台套中海达V30双频接收机，观测前均对各接收机、天线和基座进行了全面检验，检定合格并在有效期内使用，观测基本参数满足规范要求。

观测方案采用网联式（即6台接收机同步观测，每次至少保持2台接收机与前一时段架设同一点位，其余向前滚动作业），联测测区周边的四个C级或D级点，共计观测255个时段，设站104站，有效基线299条，重复设站数1.8，完全符合技术要求。

.四等水准测量采用索佳C30II水准仪施测，观测前均对水准仪、脚架和水准尺进行了全面检验，检定合格并在有效期内使用，并检测I角误差，观测基本参数满足规范要求。

4数据处理

4.1 GPS数据解算

每天GPS外业观测完成后，均及时下载观测数据，并检查修改点名与加注标天线高。采用HGO数据处理软件进行基线解算，解算重复基线、同步环、异步环，最后所有外业观测完成后，进行网平差与高程拟合。具体解算流程和相关结果如下：

（1）建立项目设置好项目属性、中央子午线、坐标系统及限差。

（2）基线解算经数据预处理，控制网共获得有效基线299条，基线向量解类型均为固定解，符合技术规范要求。

（3）重复基线 GPS控制网共有重复基线43条，长度较差均符合限差要求，说明基线观测质量可靠、数据处理合格、结果可靠、内部符合精度较高，如图2所示。

（4）闭合环闭合环分为同步环与异步环，共计558个（同步环173个，异步环385个）。由GPS三维基线向量所构成的坐标分量相对闭合差和环线全长相对闭合差均小于规范要求。异步环解算结果如图3所示。

（5）网平差与高程拟合 GPS网平差计算先按WGS-84坐标系进行无约束平差，利用了4个GPS-D级点作为平面起算点和二等水准点2个作为高程起算点，其中82个I级点过四等水准，计算通过Tau检验和x2检验，各点坐标均为整周固定解。在无约束平差确定的有效观测基础上，进行三维约束平差。约束平差中，基线向量的改正数与剔除粗差后无约束平差结果的同名基线相应改正数的较差（dVΔx，dVΔy，dVΔz）应满足下式要求：dVΔx≤2σ、dVΔy≤2σ、dVΔz≤2σ，否则应调整起算点联测方案，剔除不兼容的起算点。

I级GPS网平差后最弱点I008，点位中误差为±0.0078m， 最弱边I008-I017的相对精度为1：45881，精度满足规范和技术设计书的要求。

4.2四等水准数据处理

四等水准数据处理采用南方平差易，高程系统采用1985国家高程基准。利用测区内已有国家二等水准点作为起算点（Ⅱ化电18、Ⅱ化电19），共施测四等水准结点网一个，共计84个控制点共计58.87公里。每公里高差中误差5.35mm，其中高程中误差最大的5.6mm；均符合规范要求的每公里高差中误差10mm，最弱点高程中误差2cm。

5 结束语

城镇首级控制网建设中，选点和布设一般都在较为繁华地带，人多车多，高大建筑物、高压线、无线电发射装置等较多，GPS观测受到影响大。这种情况下，要尽量避开，同时要考虑整网网形，加强重要网点重复观测次数，延长观测时间或挑选最佳观测时段。

数字吴川GPS首级控制网采用了边连接形式构网，由同步三边形、四边形、五边形、六边形及异步环四边形、五边形、六边形闭合图形组成，联测4个已知大地点并利用两个二等水准点进行四等水准测量，对整网进行平差。GPS基线向量解算中严格利用同步环、异步环闭合差及重复基线较差三个指标来判定基线解算质量。在二维约束平差前对已知点进行可靠性检验，对参与的已知点进行分析并利用四等水准进行整网的高程拟合，保证I级控制点的平面与高程的精度，该GPS首级控制网平面中误差达到7.76 mm，高程中误差达到20 mm。为下一步II级控制网与图根控制网提供准确可靠的平面和高程坐标。

参考文献

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