浅议丘陵山区GPS-D级网建设技术方法

　　摘要：介绍了泉州市洛江区D级GPS控制网建设中控制网的布设、GPS点位的选取、观测与外业数据的检核、GPS网形分析及精度分析等技术步骤的实施方法和过程。实践表明，通过以上方法和技术过程建立的D级GPS控制网精度良好，满足相应规范要求，对同类丘陵地区GPS控制网建设具有一定借鉴意义。
　　
　　关键词：丘陵地区，GPS-D级控制网，建设技术
　　
　　1洛江区概况
　　丘陵地区地形有一定的起伏，待定点间通视、近地面大气密度、透明度、折光影响成为以往导线测量、三角测量、高程引测的很大障碍，而网形设计，传算边角观测的各项误差也限制着成果的精度。GPS测量由于全天候、精度高、省费用等鲜明优点，已成为目前测绘单位首选基础控制测量方式。特别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测量具有很大的灵活性。
　　洛江区地处福建省东南沿海、泉州市区东北部，地理坐标为东经118°34′～118°43′，北纬24°55′～25°18′之间。西与南安市接壤，东与惠安相连，北面与仙游交界，南与丰泽区毗邻，全区土地面积375km2，南北长42.8km，呈南北向长带状。地势北高南低、东南面临海。地貌类型有低山、丘陵、台地、平原，主要以丘陵为主，由于长期流水对地面的切割，在马甲、河市、罗溪形成部分河谷盆地。海拔在500m以上，占全区面积的12.69%，海拔在50～500m之间，占全区总面积的65.34%，呈带状分布向东南蜿蜒没入泉州湾，海拔10～50m之间，占全区总面积的3.18%。
　　近年来，洛江区测绘保障服务能力不断加强，已经建设了C级GPS控制网和高分辨率的厘米级似大地水准面，建成了覆盖全区的农村土地利用现状数据库。城区城镇地籍调查、1：500地形测绘、新农村建设用图等一批重大测绘工程进展顺利。为满足国土资源管理、优化利用的需要，加快国土资源信息化建设，又统一建立了D级GPS控制网。
　　2控制网的布设
　　控制网的布设、GPS网点的选择和埋石在整个网的布设中是关键的一步，也是非常重要的，不仅关系整个网的精度，也关系到控制网完成后的利用效率和产生的经济效益。
　　2.1控制网布设
　　将200个GPS点平均地设在375平方公里，为充分利用已知点资源，本次求洛江区GPS控制网建设尽量将原国家控制点包含在控制网中，全网共布设15个点，其中利用国家二等三角点8个，三等点2个，泉州市C级点10个。确保GPS点与点通视，以便点与点之间的通视。确保每个平差区内有3个(含3个)以上的约束点，并尽量均匀分布。选择不同数量的点，按四等水准的要求进行水准联测，高程中误差不大于±5cm。如果一级GPS点和旁边的点不足150米那么应该用图布网。
　　
　　2.2GPS点位选取的原则
　　每幅村庄地籍图上布设2个以上GPS控制点，洛江区2个街道、3个镇和1个乡城镇缘增设的GPS点不少于12～30个。新增的五条公路的转折点中心均布设GPS控制点。GPS控制网点位选择涉及的因素很多，也比较灵活。为了使控制网更稳定更长时间地存在，所选取的点需要结合实际地图的比例，从而建立更准确的控制网。此控制网还要便于安置和操作GPS接收机点位周围开阔，交通方便，附近无大面积水域和大型建筑物及反射物，点位周围仰角l0度以上应无障碍物。既利于观测，又利于其它测量手段扩展和联测，为了减少了许多路径的干扰，选点不能选在离有高压电或者大型电台及微波强的地方。地基稳定，易于控制点的保存。点位离大功率无线电发射台、站400m上，离高压输电线200m以上。
　　2.3标石埋设
　　标石的埋设是为了更准确地标致先点的位置，标石要高出地面，但是不应该埋得太浅，在裸露出来的石面清楚标明记号。所有利用的旧点皆为混凝土标石，都可以利用，不需重新埋设。新点按照国家相应等级要求埋设。利用旧点时，应对旧点的稳定性、完好性以及站标的安全讲行检查。
　　2.4连接及分区
　　如何对测区进行分区，主要是看仪器数量及其区的位置、天气，同时看分区能接受的机数量。对测区分区应该预定哪个是第一区，哪个是第二区，有顺序地进行。这样一来可以更好地调配人力物力，加快观测的速度，减少经费等。间都有连接点，连接点的主要作用是控制整个网的结构和精度的传递。
　　3GPS数据观测
　　3.1观测模式的选择
　　快速静态定位模式是比较常用的观测模式，这种模式应该在精度的前提下考虑到节省时间所确定的。其做法即在分区中部选取两个GPS点，在这两个GPS点上安装接收机对所有可见卫星进跟踪，在测试时间内要有四颗以上可见卫星在观测，并且不能隔断。从观测得到的流动点与流动点距离不大于20km，pdop数值变小，即更适合其点定位。
　　3.2仪器检测
　　使用GPS接收机对测区进行观测，在观测前应该对仪器作短基线检测，检测方法可以在平坦的地面进行，最好是水泥地，在地面上用钢尺量出边长3m的三角形，然后用3台GPS接收，在60min时间内观测三角形三个角的GPS所接收到的数据。仪器经福建省测绘仪器鉴定中心进行鉴定，鉴定结果为合格。出测前，制定具体作业计划，选择作业路线，开机时间，用移动电话或对讲机联络。观测过程中，对仪器操作严格按要求进行，架设天线好后，开机前和关机后量取仪器高。观测时，GPS接收机各项性能要良好，检测结果达到仪器的标称精度。记录测站点名、测站点号、观测时的年月日、时段号、接收机和天线号、天线高及点周围障碍物等信息。
　　3.3GPS数据采集
　　(1)接收机种类：双频GPS。接收机数量：5台。精度规格：±(5mm+1ppm×D)。观测方式：同步。观测目标：卫星6颗以上。每颗卫星观测时长：大于或者等于20min。观测时间：白天。如果PDOP小于或者等于六时，卫星大于或者等于150高度角时，间隔15s采用L1，L2双频采集。
　　（2）对天线的高度进行两次测量，前后两次测量出来的差距不要大于3mm，然后在两个测出来的数值里取中数。
　　（3）如果复设站占据全网的58％，高质量采集应均剔除量都小于10％。
　　3.4GPS外业数据处理及检核
　　(1)数据处理
　　电脑处理软件：Trimvec—plus。检验：多基线批处理程序自动处理数据。对自动处理数据结果做方差比中误差周跳数和测站数据剔除率等。
　　(2)外业观测
　　在进行质量检核的同时也进行环检验，接收机5台，同步观测，每时段16个同步环，统计基线向量，环线坐标增量闭合差：△X=—0.007m，△Y=0.008m，△Z=0.007m；小于1/2，限差1/3内，精度小于0.9ppm。
　　独立多边异步环检每条边不低于一次，71个，环线坐标增量闭合差：△X=+0.027m，△Y=+0.025m，△Z=+0.028m；小于1/2，精度小于4.0ppm。
　　对边重查：7条。时长：2小时。最大互差0.021m，最小互差0.01m，最低精度1／9.4万(10.64ppm)。
　　4GPS网形分析及精度分析
　　4.1观测成果计算
　　选出4条在同步环中的独立基线向量作为异步环，6条为平差网，基线GPS内部精度是GPS最小约束平差，在平差后，边长精度最低1／38.5万(2.60PPm)(边长为1.13km)，最高1／317万(0.32PPm)，平均1／141万(0.771PPm)。可见，GPS网内精度好。
　　(2)GPS网中二维约束平差
　　1)基准：WGS-84坐标系。协方差阵从GPS三维基线向量换成高斯平面坐标系中的二维基线向量，得出二维平差阵。
　　2)GPS网约束平差。用比例因子放大一倍进行协调GPS网和地面网做权比关系，在计算出二维平差后，可见GPS点位中误差1.18cm，基线相对精度1／20.3万(4.9PPm)。
　　4.2影响高程拟合精度的因素
　　GPS网形结构影响高程似合精度，某点的参考椭球体面与似大地水准面间的差距等于大地高减去某点的高。经过计算得出4.0cm为GPS高程拟合成果外符合精度，10.5cm为内符合精度，从而可能GPS高程拟合成果精度好。
　　5结语
　　泉州市洛江区D级控制网建设中采用的技术方法和技术过程，克服了地形复杂、通视度低、起算数据复杂，基线解算量大等困难，平差计算资料正确，各项不符值均在限差以内，建立的控制网符合相应规范要求。
　　5.1点位的选择
　　点位的选择对于保证观测工作的顺利进行和可靠地保证测量成果精度具有重要意义。观测站(即接收天线安置点)应远离大功率的无线电发射台和高压输电线，以避免其周围磁场对GPS卫星信号的干扰。接收机天线与其距离一般不得小于200m；观测站附近不应有大面积的水域或对电磁波反射(或吸收)强烈的物体，以减弱多路径效应的影响；观测站应设在易于安置接收设备的地方，且视野开阔。
　　5.2精度分析
　　1)在保证外业精度的情况下还要考虑GPS网的构网质量才能使GPS定位测量更高精度。合理的全网效率指标和高技术的观测方案是提高可靠、效率的必要性，认清GPS网的精度和可靠性即是网设计的主要内容。
　　2)正确判别和已知高级控制点兼容。
　　3)在测量时间上应该有足够的时间，40分钟以上，如果在测量过程中捕捉卫星数很少，应该将测量时间延长。
　　通过该D级GPS控制网的布设与实施的实践，为丘陵山区布设施工控制网提供了很好的范例。
　　
　　
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