1、城市 GPS 网的布设及精度分析摘要：本文是作者根据实际施工操作经验介绍城市 GPS 网的布设及精度分析。 关键词: 技术设计的一般原则；图形设计控制；精度分析 中图分类号：P228.4 文献标识码：A 文章编号： 前言： 为了满足城市建设和发展的需要，提出了应用全球定位系统（）技术分级布设城市控制网的方法和相应的数据处理手段，通过对实例的计算，充分说明了在大中城市中控制网分级布设的优越性和必要性，同时还探讨了分级布网对点位精度的影响，通过对不同布网方案的比较、分析，得出分级布网不但能保证全网的精度均匀、一致性，而且能明显地改善点位精度，特别是当首级网布设均匀、合理时，效果尤其显著。GPS 技
2、术的发展为大地测量提供了一种新的高精度的测量手段。GPS 测量不需要两点间通视、不受天气影响、能直接获得三维坐标，精度高，速度快，费用省，操作简便，GPS 技术已成为大地测量的重要手段。 1.工程概述 某城市某地区 GPS 网的野外布设，这个地区共 34 平方公里，地势较为平坦。 2.技术设计的一般原则 2.1 充分考虑建立 GPS 控制网的应用范围 对于工程建设的 GPS 网，应该既考虑勘测设计阶段的需要，又要考虑施工放样等阶段的需要。对于城市 GPS 控制，既要考虑近期建设和规划的需要；又要考虑远期发展的需要；还可以根据具体情况扩展 GPS 控制网的功能，充分发挥 GPS 网和测绘工作在城
3、市建设中的作用。 2.2 采用分级布网的方案 适当地分级布设 GPS 网，有利于根据测区的近期需要和远期发展分阶段布设，而且可以使全网的结构呈长短边相结合的形式。与全网均由短边构成的全面网相比，可以减少网的边缘处误差的积累，也便于 GPS网的数据处理和成果检核分阶段进行。分级布网是建立常规测量控制网的基本方法，因为 GPS 测量有许多优越性，所以并不要求 GPS 网按常规控制网分很多等级布设。例如，大城市的 GPS 控制网可以为三级：首级网中相邻点的平均距离大于 5km；次级网中相邻点平均距离为 15km；三级网相邻点平均距离可小于 1km，且可采用 GPS 与全站仪相结合的方法布设。对于小城
4、市，分两级布设 GPS 网即可。为提高 GPS 网的可靠性，各级 GPS 网必须布设成由独立的 GPS 基线向量边（或简称为 GPS 边）构成的闭合图形网，闭合图形可以是三边形、四边形或多边形，也可以包含一些附和路线，GPS 网中不允许存在支线。 2.2.1 本项目要在 34 平方公里单位内布设约 170 个 GPS 点,点与点之间的平均边长约为 300m。 2.2.2 每幅 1:500 图上布设 4 个以上 GPS E 级控制点。 2.2.3 为了提高本 GPS 控制网的利用效率，须保证任意一个 GPS 点与一个(含一个)以上的 GPS 点通视。 2.2.4GPS 控制点在满足基本要求的前提
5、下，应尽量均匀分布，以提高网的图形强度，必要时可增设若干一级 GPS 点。 2.2.5 应联测测区内所有的 D 级 GPS 控制网及等外以上级水准点。确保每个平差区内有 3 个(含 3 个)以上的约束点,约束点在不同的平差分区内可重复利用。 2.2.6 如果联测的已知高程点数量或分布均匀度不能满足高程拟合的不同，选择不同数量的点，按四等水准的要求进行水准联测，以确保高程拟合达到要求。 2.3 精度和密度设计 GPS 控制网的精度取决于网的用途。精度设计时，根据任务要求和具体的服务对象，以充分满足工程要求为前提，用于工程及城市的 GPS控制网可根据相邻点的平均距离和精度进行设计。 2.4 坐标系
6、统与起算数据 GPS 网的坐标系统应尽量与测区过去采用的坐标系统一致，如果采用的是地方独立坐标系，一般应该了解以下几个参数： a、所采用的参考椭球体，一般是以国家坐标系的参考椭球为基础； b、坐标系的中央子午线的精度值； c、纵、横坐标的加常数； d、坐标系的投影面高程及测区平均高程异常值； e、起算点的坐标 GPS 网的位置基准，通常都是由给定的起算点坐标确定。方位基准可以通过给定起算方位角值确定，也可以由 GPS 基线向量的方位作为方位基准，尺度基准可以由地面的电磁波测距边确定，或由两个以上的起算点之间的距离确定，也可以由 GPS 基线向量的距离确定。 3.GPS 控制网的图形设计控制 网
7、的图形设计主要是根据网的用途和用户要求，侧重考虑如何保证和检核 GPS 数据质量，同时还要考虑接收机类型、数量和经费、时间、人力及后勤保障条件等因素，以期在满足要求的前提条件下，取得最佳的效益。 3.1 设计的一般原则 3.1.1GPS 网一般应采用由独立观测边构成的闭合图形。例如三角形、多边形或附和线路，以构成检核条件，提高网的可靠性。 3.1.2GPS 网点尽量与原有的地面控制网点相重合。重合点数应多于3 个，以便可靠地确定 GPS 网与地面网之间的转换参数。 3.1.3GPS 网点应考虑与水准点相重合，而非重合点一般应根据要求以水准测量方法进行联测。 3.1.4 为便于观测和水准联测，G
8、PS 网点一般应设在视野开阔和交通方便的地方。 3.1.5 为了便于用常规方法联测或扩展，C、D、E 级控制网点应有12 个方向通视。 3.2 GPS 网的基本形式 根据 GPS 测量的不同用途，GPS 网的几何图形结构，有以下三种形式。 3.2.1 三角形网 各三角形边是由非同步观测的独立边所组成。这种网的几何图形结构强，具有良好的自检能力，能有效地发现观测成果的粗差，确保网的可靠性。经平差后网中相邻点间基线向量的精度分布均匀。 这种网的主要缺点是观测工作量较大，尤其当接收机的数量较少时，将使观测工作的时间大为延长。因此，通常只有当网的可靠性和精度要求较高时，才单独采用这种图形结构的网。 3
9、.2.2 环形网 由若干个含有多条独立观测边的闭合环所组成的网，称为环形网，这种网的图形结构强度较三角网差，其优点是观测工作量较小，具有较好的自检性和可靠性。其缺点主要是非直接观测的基线边（或称间接边）精度较直接观测边低，相邻点间的基线精度分布不均匀。 3.2.3 附和线路和星形网 （1）在 GPS 高级网中需进一步加密控制点时，可采用附和线路，为保证可靠性和精度，附和线路所包含的边数也不能超过一定限制。 （2）星形网的几何图形。其图形简单，直接观测边之间不构成任何闭合图形，所以检验和发现粗差的能力差。这种图形的主要优点是观测中只需要两台 GPS 接收机，作业简单。它广泛地应用于工程测量、边界
10、测量、地籍测量和碎部测量等方面，定位中采用快速定位的作业模式。 4.精度分析 4.1 为保证 GPS 定位测量的高精度，除保证必要的外业精度外还应考虑 GPS 网的构网质量。GPS 网的精度和可靠性是网优化设计主要内容，在此前提下，需采用合理适用全网的效率指标，优化观测方案才能达到高精度，高可靠和高效率的目的。本文根据城市 D 级控制网的精度和密度要求进行网形设计和观测方案设计，既达到了相应的精度，又保证了布设的控制网的质量，并且较传统方法快速，节省人力物力。 4.2 保证 GPS 网的高精度的另一重要因素，即已知高级控制点必须兼容，目前对已知数据兼容性进行判别的方法有多种，本文仅采用尺度参数
11、分析法进行了初步尝试，通过检验保证了网的精度达到了预期目的。 4.3GPS 测量时要保证有足够的观测时间，时间至少需要 40 分钟，测量时当捕捉到的卫星较少时，可采用延长测量时间的方法，也可满足观测精度。 4.4 网型设计布网时，应根据实际的情况，综合精度、费用、可靠性等因素进行选择网形，本文通过构造优化设计的目标函数来分别进行了费用最低、精度最高的网形设计，最后确定费用与精度的最佳配合，在布网时尽量采用正三角形布网，这样不仅可以保证布网的精度较高，还可以保证密度分布较均匀，边有足够的强度，为以后进行其他低等级测绘提供良好的基础。在实际工作中，由于不同地区地形条件不同，应根据实际情况进行布网，
12、不必严格采用正三角形，有的地形无法布设正三角形时，可以灵活一些，地形复杂地区多加密些点，多布设些短边三角形，形状尽量接近正三角形，以保证网的整体精度和密度。 5.结束语 随着科学技术的发展，传统的测量方法正被日益发展的 GPS 技术所取代，控制网的布设方法越来越灵活、简单。控制网布设方法应根据网的不同用途选择采用，同时还要考虑接收机类型、数量和经费、时间等，这样才能扬长避短，取得最佳的经济效益。 参考文献： 1 CJJ/T73-2010 卫星定位城市测量技术规范. 2GPS 控制网的设计与应用J.物探装备,2003,13(3):193-216. 3城市 GPS 控制网工程研究J.辽宁工程技术大学学报,2004,23(1):28-31.3 徐绍铃. 4起算点精度对 GPS 基线的影响J.桂林工学院学报,2004,24(3):337-339.7 来丽芳.
