GPS技术在淮南控制网中的应用

　　摘要：控制网测量的结果关系到工程施工的质量的好坏，工程质量主要是有可靠的施工技术实现的。GPS控制网测量技术是工程施工中目前最理想的空间定位技术，GPS技术不仅定位精确，提高了工作效率，而且可以减轻人们的劳动强度。本文主要进行探讨GPS在淮南控制网中的应用，并对GPS控制网的设计、观测及精度进行分析，提出了一些提高GPS定位精度的方法。
　　关键词：GPS技术；淮南控制网；定位准确；应用
　　引言：全球卫星定位系统(NavigationSatelliteTimingandRanging／globalPositioningSystem)简称GPS，GPS系统主要是以卫星为基础的无线电卫星导航定位系统导航卫星进行测量距离和时间。GPS系统具有全能性（陆地、海洋、航空和航天）全球性、全天候、连续性和实时性的导航定位和定时功能，并且抗干扰能力强，精度高，实时性强，能为各类用户提供精确的三维坐标。
　　随着GPS卫星轨道精度的提高，数据处理模型的完善，GPS测量技术在我国得到了广泛的应用和发展。1998)．GPS技术是当今世界上最高新的技术之一，它给测绘和3S行业带来了一场新的技术革命，大大提高了工作效率，减轻了劳动强度，提高了定位精度。在全面启动“数字淮南”之际，面对信息化进程的飞速发展，矿区的塌陷使淮南区域范围内大部分控制点遭到破坏，目前仅剩下的控制点已不能满足城市测量工作的需要。现采用GPS技术的方法在淮南1600平方公里范围内布设四等GPS控制网，确定淮南城市1980西安坐标系与1954年北京坐标系统的转换关系，为城市测量、工程测量、地籍与房产测量、规划建设提供服务。
　　一、测区概况
　　测区位于安徽省淮南市，地处安徽省中部偏北，位于淮河中游，淮河两岸，在江淮丘陵与淮北平原的过渡带。舜耕山及八公山绕淮南市老城区的南部及西部。南与合肥市的长丰县接壤，西南与六安市的寿县、霍邱县相连，西及西北与阜阳市的颍上县，亳州市的利辛、蒙城县交界，东北与蚌埠市的怀远县相交。测区的地理坐标为：东经116°20′—117°13′、北纬32°22′—33°00′。
　　二、技术依据与作业设备
　　1、技术依据
　　测量技术主要根据国家质量技术监督局发布的《全球定位系统（GPS）测量规范》简称《GPS规范》GB/T18314-2009；国家城乡建设环境保护部颁布的《全球定位系统城市测量技术规程》简称《GPS规程》CJJ73-97为主要的技术依据[1]。
　　2、作业设备
　　使用天宝5800II双频接收机4台，出厂时各项指标全部合格，作业前通过了安徽省测绘局仪器检定站的检测，性能和精度均符合规范要求，标称精度为（3+1ppm）。
　　3、GPS网布设方案
　　在进行GPS网布设前，现根据卫星预报的卫星分布情况，选择最佳的时间进行外业的数据采集，并且应该保证外业采集数据的质量，这样可以方便做好GPS网测量的方案。通过进行测量得知，淮南市四等控制网总控制面积1600平方公里，由105个待定点和五个已知C级点构成。采用点连式和边连式观测方法，最长基线17607.977米，最短基线1696.252米，基线平均长度4979米。施测29条复测基线，最大较差8mm，较差允许值97mm。三边形同步环211个,三边形同步环相对闭合差最大3.892ppm，ΔX=0.014m，ΔY=-0.028m，ΔZ=-0.023m，Δ3D=0.038m。异步环25个，异步环相对闭合差最大7.020ppm,ΔX=0.027m，ΔY=-0.032m，ΔZ=-0.047m，Δ3D=0.063m。重复设站数1.99。
　　4、GPS网的施测
　　基本技术要求
　　卫星
　　高度角 有效观测卫星数 平均重复设站数 时段长度（min） 数据
　　采样间隔（s） 几何强度因子PDOP
　　≥15 ≥4 ≥1.6 ≥60 15 6
　　在实际观测过程中，由于受外界因素的影响，个别长边观测时间达到90分钟。在进行作业时，应该严格按照操作规范进行操作，并且应该在保证基本作业的原则下，作业人员对测站的环境、基线与时段的长短进行综合分析，以灵活掌握观测时间和采取必要措施．同时为确保数据安全，及时将数据输入微机存盘。
　　三、基线解算阶段的质量控制分析
　　1、GPS基线解算的精度一方面取决于误差改正模型与周跳的剔除,另一方面取决于卫星的轨道。广播星历是预报星历,在有SA政策时,它的精度为100m左右,无SA政策时,其精度一般为10m左右,而精密星历是后处理星历,它是通过分布在全球的GPS跟踪站,进行定轨而得到的,它的精度高。选择广播星历或精密星历对基线结果的精度影响很大。所以,选择一种高精度的卫星星历是非常必要的。一般采用IGS精密星历,所以本网的基线解算采用IGS精密星历[2]。基线解算采用天宝商用软件TrimbleBusinessCenter进行，以双差固定解做为最终结果。对一些在整体处理中不合格的基线，采用改变基准卫星，删除产生周跳及信号受影响大的数据，对不合格的基线进行独立处理。处理后基线水平精度最大误差9mm。平均误差5mm。复测基29条，最大较差8mm。
　　2、同步环闭合差的检验
　　同步环闭合差是有同步观测基线所组成的闭合环的闭合差，由于同步观测基线间具有一定的内在联系，从而使得同步环闭合差在理论上应总是为0的。如果同步环闭合差超限，则说明组成同步环的基线中至少存在一条基线向量是错误的。但反过来，如果同步环闭合差没有超限，只能认为静态基线在质量上，绝大部分情况下是合格的[3]。通过对同步环闭合环进行检验得出：全网使用4台机观测，产生211个独立三边同步环，同步环闭合差小于二分之一限差的有76%，
　　3、异步环闭合差的检验
　　异步环是指不是完全由同步观测基线所组成的闭合环，有同步环闭合差可知，当异步环闭合差满足限差要求时，则表明组成异步环的基线向量的质量是合格的。当异步环闭合差不满足限差要求时，则表明组成异步环的基线向量中至少有一条基线向量的质量不合格。要确定出哪些基线向量的质量不合格可以通过多个相邻的异步环或重复基线来进行，通过进行检验得出：全网使用4台机观测，产生25个异步环异步环闭合差小于二分之一限差的有85%。
　　四、四等GPS网平差的分析
　　本网使用TrimbleBusinessCenter软件进行严密平差，在约束平差之前，先在WGS—84坐标系统下进行无约束平差，对网的内部附合质量进行检验，无约束平差通过后，在1980西安坐标系下进行约束平差，以C级GPS点223、225、292、335四点为起算点，C级GPS点264作未知点处理，平差结果显示X坐标较差2mm,Y坐标较差11mm。网最弱点D099中误差10mm，最弱边D045—D044的相对中误差为1/406467。由上述分析可知，整个GPS网内部符合精度完全达到GPS网的精度要求。
　　五、坐标系转换
　　通过网平差后即可获取WGS-84系的高精度3维地心坐标，而实际工作中使用的1980西安坐标系或1954年北京坐标系，必须通过转换参数。本网采用测区周围8个C级点做为重合点算出4个转换参数，（2个平移参数，1个旋转参数和1个尺度因子。最终求得测区所有点1980西安坐标系和1954年北京坐标系之坐标。坐标转换精度均在3mm内。精度可靠。
　　六、结论与建议
　　通过在淮南市控制网运用的GPS测量技术可以得知：相对于传统的测量技术，运用GPS进行测量城市控制网不仅测量精确度高，而且提高了工作的效率，减少劳动强度。由此可见，GPS新技术能够为今后工程建设提供可靠技术基础，随者GPS技术在各应用领域的日益普及，它将发挥着更加重要的作用。
　　
　　参考文献：
　　[1]岳迎春；明祖涛；吴北平：《控制网测量的新技术应用工程》地球物理学报；2009,6(1)：78--81
　　[2]邵晓明：《GPS技术在城市控制网改造中的应用》测绘技术装备；2003,5(1):16--21
　　[3]陈炳超；罗成；覃振康；包华海；陈依静；苏爱国：《城市GPS控制网的建设问题研究》广西师范学院学报（自然科学版）；2005,22(3)：69--75