边境地区大范围跨级GPS 控制网布设与精度评定

农硕 杨翼飞

(广西第一测绘院，广西 南宁 530023)

0 引言

随着全球卫星定位技术广泛应用，新的 GNSS大地测量技术(主要为GPS星座，随着我国北斗系统的运行，将与伽利略、GLONASS形成4大系统)已取代传统大地测量技术成为主流。GPS控制网布设方式灵活，其具有的定位精度高、观测时间短、测站间无需通视、可提供三维坐标、操作简便、全天候作业等特点，特别是随着多频多星座GPS接收机的投入使用，给大地测量技术带来新的技术革新。传统等级GPS大地测量控制网布设应具有良好空间网形，逐级控制，才能确保成果的严密性和有效性。然而在边境地区，由于已知控制点无法布设在待定控制网边境外，致使已知控制点只能采用单侧布设方式，这种布设方式并不符合GPS控制网布设一般原则。在对广西某中越边境100 km2地区GPS控制网布设过程中，采用已知控制点境内单侧布设，网连接方式为主的混连布网，通过特殊作业方式，提高外业观测效率，有效的内业精度解算，克服GPS网型弱所造成的点位偏移造成的误差，实现成果获取的可靠性和便捷性。

1 GPS E级网布设

在广西某中越边境地区100 km2待定网区域布设E级控制网，采用4个起算点单侧布设、网连接方式为主的混连布网，待定E级GPS控制点92个，均匀覆盖在100 km2待定控制区域。其中布设E级点点位间距为2 km～5 km不等，起算点位距离待定点的距离5 km～20 km不等。通过连测已知控制点，最终整网控制范围超过300 km2，具体的布网详见图1。起算点中有2个点为国家C级GPS控制点，另2个点为广西连续运行参考站系统(GXCORS)站点，连续稳定的观测数据确保后差分解算已知点位间基线的可靠性。

图1 100 km2E级控制网布网图

整网采用10台GPS双频接收机，其中2台固定于两个C级GPS控制点，采用5″采样间隔，与其他8台GPS接收机形成同步观测环;另2个已知点为GXCORS站点，采用5″采样间隔，24 h不间断观测;待定点采用5″采样间隔。整网灵活布设，不局限于逐级布网，在布设的过程中，根据站点的实际情况进行具体分析。

布设过程中，待定点观测时长根据点位距离已知点而定，由近及远45 min～60 min不等，若所在站点的有效观测卫星数较少(4＜Sat≤6)，那么应适当延长观测时间，若有效观测卫星较多(Sat≥8)，可适当减少观测时间;测区属于丘陵地带，四周有环绕的低山，进行卫星星历预报和实际观测经验知道，该区域最佳观测时段为上午12点之前，而12～16时的有效观测卫星最少，故而在整个观测过程中，有效的避开不利时段，提高了外业观测数据质量，减少了外业复工修侧的工作强度，减轻了内业数据解算的工作量。

2 精度评定

通过整网平差，最终得到100 km2E级GPS网各点位精度，如表1所示。全部92个点位最弱点误差为第15号点，其精度为Dx=0.95，Dy=1.28，Dp=1.60，最优点位为 84 号点，平均的点位误差为 Dx=0.55，Dy=0.64，Dp=0.85，按照 2009 年最新的《全球定位系统(GPS)测量规范》的相关要求，X≤2 cm，Y≤2 cm的平面点位精度要求，成果满足E级控制网的精度要求。

表1 E级网成果点位误差分布

在点位精度分布情况上，点位距离已知点的距离越远，其点位精度越差，从绘制的点位精度图可知，在已知点距离待定点15 km远的区域，跨级布设E级控制网，其点位精度符合E级控制网的精度要求(见图2)。但整体而言，随着离已知点距离的增大，其点位精度呈现下降趋势，但精度仍在限差范围，未影响整网精度。而从检测控制网精度的另一个指标基线相对误差而言，整网的最弱边边长为2402.1479 m，边长误差为4.45 cm，相对误差为1/54000，满足E级GPS控制对最弱边边长相对误差的限差要求。对于整网681个闭合环进行检测，绘制X方向，Y方向，以及闭合环总误差图如图3～图5所示，绝大多数边长的误差都在极小的范围内波动，而在长距离的边长上，出现相对大的误差，但仍在限差范围内。

图2 点位精度图网

图3 X方向闭合环误差图

图4 Y方向闭合环误差图

图5 闭合环总误差图

经检定681个闭合环均符合限差要求，满足E级控制网的精度要求。如图5所示，绝大部分环闭合差均在50～100之间，而出现环闭合差偏差较大的主要是由长边和短边组合形成的闭合环，但均在限差范围内，符合GPS控制网解算的限差要求。

3 结语

在边境特殊地区，采用网连接方式为主的混连跨级GPS控制布网方式，克服了由GPS控制网网型较差所造成的控制点点位精度低的缺点，在广西中越边境大范围跨级GPS等级控制布设中由C级点起算，跨级获得满足E级控制网精度的成果。通过项目实例验证，得到如下结论:

1)多星座多频GPS接收机的广泛使用，使GPS布网更趋灵活，可通过获取更多卫星观测数据，提高单位时间内的观测历元的数据有效性和丰富性，提高观测质量;2)利用网连接为主的混合布网方式，同时增加起算点的观测时长，可以有效减少起算点间边长的不稳定性，可靠的点位布网，远离辐射源、大面积水体等容易造成多路径效应的地方布点，确保数据解算起算观测数据的严密性和准确性;3)后差分处理时通常采用GPS精密解算软件和精密星历文件等产品(结合项目的快速响应性，主要采用快速精密星历产品)，可以有效减少卫星轨道运行计算的精度，有效控制卫星端的误差源;4)通过星历和大气层预报，减少对流层延迟、电离层电离效应，有效提高数据在观测时段的观测质量，同时减轻外业工作强度和避免不必要的返工作业;5)观测数据中有效利用GXCORS站点数据，减少外业工作强度，同时增强起算数据的可靠度。

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