大区域GPS控制测量的方法与应用研究

李涛

摘  要：为进一步提升GPS控制测量精度，满足经济发展对于定位测量数据的使用要求，文章从GPS控制网络布局层面出发，对大区域内GPS控制测量方法进行探讨，并以案例形式对GPS控制测量的施测工艺和数据精度进行了检核分析，为类似GPS控制网的优化提供参考依据。

关键词：GPS控制测量;静态观测;数据检核

中图分类号：P228.4        文献标志码：A         文章编号：2095-2945（2019）06-0117-02

与现有的常规性控制测量相对比，GPS控制测量在测量精度、操作难度以及使用成本等方面表现出明显的优势。利用GPS接收机等数据采集终端，通过合理的布设控制网的网形，优化控制测量的数据精度与可靠性，确保了工程建设领域对测量数据的使用需求。伴随网络CORS技术的发展，以市域、省域为范围建设的连续运行多基准站网络，逐步淡化了分级布网、逐级控制的控制测量网络建设，为多维度、多尺度、高等级无缝测绘，提供了技术手段。

1 大区域 GPS控制测量特点

城市控制测量普遍采用的GPS等级为C级、D级和E级，其中C级为市域范围内的基准控制网，点位等级要求相对较高，而E级GPS网多为工程测量控制网，多直接应用于项目施工、低等级控制测量起算等方面[1]。

GPS控制测量与其它测量方式有着一定的差异，GPS控制网无需控制点间的相互通视，大大降低GPS控制网运行成本，避免了资源浪费。

2 大区域 GPS控制测量网络布设原则

针对大区域GPS控制测量的特点，其布设原则可分析如下：

（1）GPS控制测量应独立布网。以独立观测、闭合几何网形观测方式，实现对区域空间数据的有效获取，提升测量数据的准确度。以边连式、网连式等有效组合，并保证一定的重复观测边与时段，在降低数据采集与解算的劳动强度的同时，增强控制网的自检条件。

（2）与已知控制点联测，且网形应布设均匀。为确保GPS控制测量的可靠性，应将新布设的GPS控制网点与原有地面控制点相结合，且已知控制点不得少于3个网形分布均匀，实现GPS控制网与地面控制网的联测解算;GPS测量控制点应与等级水准点联测，优化区域似大地水准面精化模型，提升GPS控制点的高程精度[2]。

（3）GPS控制网点的选址，应布设于交通便利、净空开阔的区域，应与高压线、通讯基站和大区域水面等相距较远，降低多路径效应和电磁信号对GPS观测数据的影响。

3 大区域GPS控制测量建设方法

伴随大地测量技术的不断发展，大区域GPS控制测量应结合现有技术手段，提升控制测量的数据精度：

3.1 平面与高程基准

工程测绘与基础测绘框架当前所用的平面坐标系多为北京54系统、西安80坐标系统，以及现常用的CGCS2000大地坐标系，高程多采用1985国家高程基准，因此GPS控制测量应选用国家测绘基准;当因工程施工建设要求，选用独立坐标系时，应建立独立坐标系与国家坐标系间的转换联测[3]。

3.2 GPS测量设备与测量方式的确定

作为大区域GPS控制测量的主要工具，以某城市区域控制网建设案例为对象分析，工程测绘中共设置了24个C级控制测量点，作为高等级GPS控制测量的基础控制网，并分别布设了D、E级和一级城市导线点。

其中，C、D、E级GPS点，由于点位精度要求较高，采取静态观测的方式，按照《全球定位系统城市测量技术规程》（CJJ73-2010）指标要求，选取Topcon Hiper系列双频接收机，依照观测时段要求，采用架设三脚架的方式开展静态观测;针对一级导线点密度较高、精度要求相对较低的情况，采取CORS-RTK快速动态观测的方式，采用GSM网络连接参考站服务器，采取无线网络差分定位的形式，分别2次采集同一点的三维坐标数据，每次独立观测30历元并相互对比，若两次观测差值平面低于2cm、高程低于3cm，则取二者均值为点位实际观测数据。

4 GPS控制测量应用分析

现有某地区为更新矿区原始地形图，现需依托部分C级GPS控制点，建设矿区内部高精度控制网，其中X001、X002和X013为高等级控制点，即控制网的起算点，控制点网形如下图1所示。

控制网点选择和埋设时，设置于稳固坚实的区域，为保证網形加密与施工的便捷性，控制点之间应至少保证一个方向通视;采用双频GPS接收机按照E级控制网的指标和精度要求施测，其中卫星截止高度角15°，观测时段2个，每时段为40min，采样间隔为10s;控制网解算时，将天线高等信息输入解算软件，并初步剔除部分信号噪声较大的观测历元，首先进行基线向量计算，解算相应的数据观测边，若数据质量不符合要求，适当降低卫星截止角要求，其次进行三维网无约束平差，即在WGS-84坐标框架下解算控制点的大地坐标;最后输入X001、X002和X013的三维坐标数据，完成约束网的平差，转换至相应的国家基准坐标系统，从而达到GPS控制网解算的目的，并检核相应的基线解算、无约束平差和约束平差的数据精度。

为检核GPS控制网的数据精度与可靠性，现采用全站仪坐标观测、水准仪联测等方式，对新建立的控制网点进行精度检核，并将部分统计成果汇总如表1所示。

5 结束语

通过表1可发现，GPS测量的精度与控制点间距的相关性不明显，且平面精度略高于高程解算精度，但总体精度在1.5cm以内，完全满足控制测量的数据精度要求;同时通过全站仪测距，网形的内部符合度较高。

伴随现代CORS定位技术与无线网络通讯技术的发展，以连续运行基准站差分定位服务系统为代表的，现代测绘地理信息服务体系，切实提升了大区域GPS控制测量工作的作业效率与数据质量。

参考文献：

[1]布金伟，左小清.GPS在山区大比例尺数数字测图及控制测量中的应用[J].昆明冶金高等专科学校学报，2016（7）：68-68.

[2]刘阳.区域长剖面测线GPS控制测量方法探讨[J].内蒙古石油化工，2017（2）：80-82.

[3]唐磊，张海波.GPS在山区大比例尺数字测图及控制测量中的应用[J].科技创新与应用，2017（4）：102-103.

[4]华尔特.基于GPS的矿山山区控制测量方法与技术流程[J].科技创新导刊，2016（10）：56-57.

[5]张彦.利用GPS观测技术建立独立坐标系的方法与实践[J].测绘与空间地理信息，2016（3）：57-57.