清远市地籍测量中GPS—D级控制网的设计与建立

赵青芬 胡军杰

摘 要：结合清远市GPS控制实例，实施了从图上设计到GPS外业、再到GPS数据处理及精度分析的整个过程。

关键词：GPS控制网；基线解算；误差分析

引言

通常将应用GPS卫星定位技术建立的控制网称为GPS网。从目前的情况看，大致可以将GPS网分为两大类：一类是国家或区域性的高精度GPS控制网；另一类是局部性的GPS控制网。尽管GPS测量具有精度高、速度快等优越性，但为了得到可靠的观测成果，也必须有科学的技术设计，严谨的作业管理和工作作风，而且GPS测量也必须遵循一些统一的规范。

1 测区概况简述

为满足清远市城市规划建设和加强土地管理的需要，做好城区地籍测量和地籍调查工作，清远市国土资源局拟在清远市城区范围内布设高等级地籍控制网。清远市城区地处东经112°58′至113°09′、北纬23°30′至23°46′之间，地势由东向西倾斜，北部为平原及丘陵、山地。北江沿岸多为冲积平原。市区交通较为方便，107国道贯穿市区。

2 GPS控制网设计与建立

（1）图上设计。在该测区原有1：1万的地形图上，根据测图标准和精度要求，综合测区实际地形、地貌，在室内作出图上设计。

（2）踏勘、定点、埋石。图上设计完成后，应携带图上设计图形到实地探勘，根据GPS测量应注意的原则在实地大概位置选定观测点，并埋石以备后用和防止破坏。

（3）完善图上设计。根据原有图纸的现势性，结合目前地形的变化，为有利于GPS的实测，可以适当调节、改动图上设计。对已有控制点可以采纳利用，但必须对其已知数据作出必要的检核。

（4）网形设计图。根据图上设计和实地调整的结果，在原有图纸上优化生成设计网形。其目的是实时检核GPS外业有无出现漏测的现象和在突发情况下的紧急处理（例如标石被意外破坏等）。图1是清远市GPS控制网，圆形点表示该点坐标已知。控制网为网状图形，共有59个控制点，27个同步环，4个异步环。

（5）外业观测。外业采用相对静态定位。GPS外业数据采集使用3台Trimble 4000SE GPS接收机（标称精度10mm+2ppm*D）同步观测，每时段观测30-50min不等。

3 数据处理

清远市GPS控制数据处理利用武汉大学LIP软件进行基线解算和网平差。

4 误差分析与处理

4.1 单基线解算及分析

任意取定一条基线（本例取A044-A043），施以LIP基线解算命令，结果如表1所示。

结论：在其他解算参数（例如标高改正等）不变的情况下，选择合适的cutoff-angle，一般选择大于等于15°，可以使解算结果较好，即使rms≤0.012，ratio≥3。本例中选取15°较为合适，当取25°时，基线解算的ratio（信噪比）明显降低，都小于3。经过对所有基线的抽样解算结果可知，单基线解算在cutoff-angle合适的情况下都能产生良好的解算结果。

4.2 同步环解算及分析

任意取定一个同步环（本例取A056-A058-A001），施以LIP基线解算命令，结果如表2所示。

表2 同步环解算（A056-A058-A001）

结论：当其他参数不变时，改变cutoff-angle可以改变解算结果。选取合适的角度可以使结果良好，在本例中，选取15°较为合适。对于本测区内的其他同步闭合环，抽样解算结果类似。

4.3 二维网平差及闭合差分析

采用LIP3.3对GPS网进行WGS-84自由网平差，基本操作与基线解算类似，在网形优化之前，即所有基线，共92条基线参与网平差，选用A059、A057为已知点，进行平差。再对优化后的网形平差。所谓优化，就是根据上文提供的步骤方法，检验基线边之间的夹角是否介于30-150°之间，检核基线解算结果是否合格，将角度不符合要求、基线解算不合格的基线剔除，不参与平差。按照此要求进行网形优化，剔除8条基线，即共84条基线参与平差。

根据试验结果可知：

对于基线，其相对误差甚小，相对误差介于1/1444827- 1/27212之间，解算结果符合任务设计要求，只有基线A017-A037相对误差稍微偏大（但仍然满足≤1/20 000）。在优化设计中剔除该基线，即优化网形对网平差产生了积极的影响。

对于整个网平差及其闭合差，任何三边网的闭合差优化平差前后基本没有变化，例如上述结果中的三边网A002-A004-A006、A001-A002-A003等，其闭合差不受网形变化的影响。

初步分析产生上述结果的原因如下：（1）网形设计剔除了不良基线，因此对基线解算的基线相对误差产生积极影响（使该误差减小），但是对坐标的改正数的影响无规律，即在保证改正数不超限的情况下，改正数数值有微小的变化。（2）网形优化对闭合环的闭合差没有影响，是因为，第一，起算数据相同，两次平差都是采用A059、A057作为二维网平差的起算数据，即起算数据不存在差别；第二，组成闭合环的基线数据合格，解算结果良好，优化前后基线相对误差虽然有差别，但差别甚微（10-6-10-8 数量级）。因此，由基线组成的网平差两次结果相差甚微。

4.4 三维网平差及结果分析

对该控制网进行三维无约束平差，平差在WGS-84坐标系中进行。三维无约束平差时剔除了8条精度较差的基线向量（基线剔除率为0.08%）后，顺利通过了？渍2检验（对整个观测量群统计检验）和τ检验（对各观测元素统计检验），说明清远市GPS网内部符合精度比较高。由各向量解所确定的协方差阵的相互比例关系合理，结果可靠。

5 结束语

本文阐述了GPS控制网的建立过程，简单提到了GPS外业的操作，重点解说和分析了GPS基线解算、网平差及误差分析，讨论了基线解算过程中参数变换对整个GPS网的精度的影响，对比讨论了网形优化设计對GPS控制网平差的影响，并结合清远市GPS控制网的建立初步分析了产生这种现象的原因，论证了GPS数据处理过程中网形优化和参数选取的必要性。

参考文献

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