湖北某市城区四等GPS控制网测量实践.pdf

第5 9 卷第3 期 2007 年8 月 有色金属 N o n f e r r o u sM e m l s V 0 1 ．5 9 。N o ．3 A u g u s t2007 湖北某市城区四等G P S 控制网测量实践 陶歆贵 中山市水利水电勘测设计咨询有限公司，广东中山5 2 8 4 0 3 摘要介绍某山区城市四等G P S 控制网的施测过程和测量效果。针对影响山区G P S 测量的客观因素，分析主要误差来 源，选择设计合适的网形。参考星历预报，G P S 点环视图和基线长度，特别是现场反馈的测站信息。有选择变更观测时段长度甚至 待定点位置可有效减弱山区交通、地形给G P S 测量带来的不利因素。在保证精度的基础上，减少外业工作量、提高效率、降低成本。 关键词测量；G P S 控制网；山区城市测量；精度；效率 中图分类号P 2 2 8 ．4 ；P 2 2 1 ；P 2 2 5 ．8文献标识码A文章编号1 0 0 1 0 2 1 1 2 0 0 7 0 3 0 1 0 0 0 3 随着城区建设的不断发展，原有测量控制点大 部分被破坏，为了满足城市建设和规划的需要，受湖 北省某市建设局委托开展该市城区G P S 控制网的 测量，控制面积约5 0 k i n 2 。 ’测区以山区地貌为主，山区地形起伏较大，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。G P S 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G P S 测量具有很大 的灵活性。采用4 台徕卡5 3 0G P S 测量系统，以静 态相对定位的作业模式施测控制网，仪器标称精度 为水平精度3 r a m , 0 ．5 p ．mXD ，高程精度6 m m - 1 - ， 0 ．5 p m D 的。 1网形设计 1 ．1 坐标及高程系统 平面控制采用独立坐标系 挂靠1 9 5 4 年北京坐 标系 ，高程控制采用1 9 8 5 国家高程基准。 1 ．2 技术依据及规范 所采用的规范和技术依据是城市测量规范 C J J8 9 9 和全球定位系统城市测量技术规程 C J J7 3 9 7 。 1 ．3 已有资料的利用 测区及其附近有二等三角点石灰塘1 点，三等 收稿日期2 0 0 7 0 4 3 0 作者简介陶歃贵 1 9 6 4 一 。男．江西万年市人，工程师，主要从事 工程测量等方面的工作。 三角点九茎山、惠亭山、窑山3 点，四等水准点闵湾、 Ⅳ1 1 、马家3 点，经实地踏勘。各点标石保存完好， 可作为起算点。控制点情况见表1 。 表1 控制点情况 ’T a b l e1S i t u a t i o no fc o n t r o lp o i n t s 注表中数据为1 9 5 4 年北京坐标系和1 9 8 5 国家高穗基准 1 ．4 选点埋石 布设四等G P S 网作为测区首级控制网，共埋设 2 2 个四等G P S 点。控制点选埋时尽可能避开高树 木、高楼、高压电线、无线电发射源，保证卫星信号的 接收效果。每点都有一个以上的通视方向。 标石埋设除利用原有的标石外分三种类型。 a 水泥路面标。在水泥路面用电钻钻孔，嵌入直径 1 6 m m 、长l O c m ，顶面刻有“十”字的不锈钢标芯用水 泥浇灌于内，并刻2 5 c m X 2 5 c m 方框及编号，保证标 石能长期保存并易于寻找。 b 一般地面标。在一 般地面现场浇灌混凝土埋设，地面标石规格为上面 2 5 e m X2 5 c m 、底面4 0 e m 4 0 c m 、高6 0 c m ，标石中心 镶有 1 2 m m 不锈钢标志，顶端刻有“十”字丝。埋设 时，坑基添入石子，处理坚实，标石顶露出地面约 5 e m 。 c 房顶标。房顶上的四等点，在处理好屋顶 以后，用梯形模型板 顶2 5 c mX2 5 c m ，底3 5 c mX 3 5 e m 、高1 5 c m 现场浇灌混凝土，中心镶上巾1 2 m m 不锈钢标志。所有埋石点均绘制点之记。 万方数据 第3 期陶歆贵湖北某市城区四等G P S 控制网测量实践 1 0 1 1 ．5 四等G P S 点的编号 四等G P S 点编号为G E 0 1 ～G E l 9 。闵湾、马家 、供销仓库利用旧点。G E 0 1 、G E 0 2 、G E l 4 、G E l 5 、 G E l 6 、G E l 7 、G E l 8 、G E l 9 、供销仓库标石类型为房 顶标石；G E 0 6 、G E l 0 为水泥路刻字标石；G E 0 3 、 G E 0 4 、G E 0 5 、G 劢7 、G E 0 8 、G E 0 9 、G E l l 、G E l 2 、 G E l 3 、闵湾、马家为地面埋石标石。 2G P S 网的观测及平差计算 四等G P S 控制网由2 6 点组成，其中惠亭山、九 茎山、窑山、石灰塘作为本网的起算点。G P S 的观 测使用4 台徕卡S R 5 3 0G P S 双频接收机，G P S 网以 边连式组网，观测严格按规范进行。 表2G P S 网的观测参数 T a b l e2P a r a m e n t e r sf o rG P Sn e to b s e r v a t i o n 基线向量采用徕卡数据处理包进行解算，共观 测9 6 条基线，其中有7 2 条是独立基线。组成了1 2 对重复基线、3 9 个同步环和4 9 个异步环，对其质量 检验均符合规范要求，如表3 所示。 表3 基线向量检验精度 T a b l e3D e r m i n a t i o na c c u r a c yo fb a s ev e c t o r 在W G S 8 4 坐标系下进行了三维无约束平差， 评定G P S 网的内部符合精度，发现和剔除G P S 观 测值中可能存在的粗差。由于三维无约束平差的结 果完全取决于G P S 网的布设方法和G P S 观测值的 质量，因此，三维无约束平差的结果就完全反映了 G P S 网本身的质量好坏，如果平差结果质量不好， 则说明G P S 网的布设或G P S 观测值的质量有问 题，反之，则说明G P S 网的布设或G P S 观测值的质 量没有问题。 表4G P S 网三维无约束平差精度 T a b l e43 Du n r e s t r a i n ta c c u r a c yo fG P Sn e t 。在三维无约束平差的基础上，经检验全部基线 和整个G P S 网的内部精度合格后，在1 9 5 4 北京坐 标系下采用空间二维平差模型进行约束平差，再将 平差结果投影到高斯平面上得到二维平差结果，固 定点为石灰塘、九茎山、窑山和惠亭山。1 9 5 4 北京 坐标系各参数为椭球长半轴口 6 3 7 8 2 4 5 ．0 0 0 0 0 0 ；椭球扁率厂 1 ／2 9 8 ．3 0 0 0 0 0 ；投影 为高斯投影；尺度1 ．0 0 0 0 0 0 ；投影高0 ．0 0 0 0 0 0 ；z 加 常数0 ．0 0 0 0 0 0 ；Y 加常数5 0 0 0 0 0 ．0 0 0 0 0 0 ；中央子午 线1 1 4 。。 由表5 得知平差后最大点位中误差为1 ．5 4 c m 。 足可见本次测量满足四等G P S 控制网精度良好。 表5G P S 网二维约束平差精度 T a b l e52 Du n r e s t r a i n ta c c u r a c yo fG P Sn e t 统计项 二维基线残差最大值／c m 瓷 二维基线绝对误差最大值／e m 二维基线相对误差最大值 点位误差最大值／e r a 残差精度 点或基线 1 ．1 6。一G E l 9 ．供销仓库 1 ．0 7 一 G E 0 9 一G E l 3 1 ．5 5一 G E l 9 一供销仓库 一 1 ／8 4 1 4 8G E l 9 一供销仓库 一1 ．5 4G E 0 6 因为测区处在高斯投影3 。带3 8 。带往西约 8 5 k m 处，长度投影变形达8 c m ／k I T I 。为了使坐标反 算的边长与实地丈量边长尽可能高的吻合，测量的 平面控制成果为独立坐标系 挂靠1 9 5 4 年北京坐标 系 。具体操作步骤将1 9 5 4 年北京坐标系 3 。带高 斯投影，3 8 。带，中央子午线1 1 4 。 换算为3 。带高斯投 影，中央子午线1 1 3 。1 77 ，平均测区高程面7 0 m 的新 坐标系 ．2 7 1Y 1 。 再顾及到测区1 1 0 0 0 地形图与国家1 1 万地 形图拼接的方便，把新坐标系 z 1y 1 经旋转平移得 到独立坐标系 挂靠1 9 5 4 年北京坐标系 测区内独 立坐标系与1 9 5 4 年北京坐标系坐标最大差值为 0 ．6 3 m 。有关参数为旋转角口 0 2 2 7 1 2 “ ；平移量 A x 3 4 8 3 ．0 0 3 m ；y 一9 0 5 9 4 ．2 3 8 m ；x z l c o s 口 一y l s i n a △z ；y2y l C O S a z l s i n a △y 。 为了业主能够更方便的使用测量结果，提供 万方数据 有色金属第5 9 卷 1 9 5 4 年北京坐标系及独立坐标系 挂靠1 9 5 4 北京 坐标系 两套坐标测量结果。 3G P S 控制网的检查 使用日本T o p c o n7 0 1 型全站仪 测距精度为 3 m m 2 肛m 对G P S 网的3 条基线边进行了实测检 查。经加乘常数、气象、倾斜、投影改正后与G P S 坐 标成果反算边长进行比较，结果见表6 。实测边长 与G P S 坐标成果反算边长 的相对中误差最低为1 ／ 5 ．6 万。符合规范 要求。 ． 表6G P S 网实测边长与平差后边长精度 T a b l e6O b s e r v a t i o ns i d el e n g t ha n di t sa c c u r a c y a f t e fe r r o rc o r r e c t i o nf o rG P Sn e t 参考文献 4结语 基线测量的主要误差来源为多路径误差、天线 相位中心位置的偏差、接收机的位置误差、地面起始 点的误差、卫星的P D O P 值。针对影响山区G P S 测 量的客观因素，分析主要误差来源，选择设计合适的 网形，参考星历预报，G P S 点环视图和基线长度，特 别是现场反馈的测站信息，有选择变更观测时段长 度甚至待定点位置可有效减弱山区交通、地形给 G P S 测量带来的不利因素，在保证精度的基础上， 减少外业工作量、提高效率、降低成本。 1 ] 孔样元，梅是义．控制测量学[ M ] ．武汉武汉测绘科技大学出版社，2 0 0 0 I 一6 0 ． [ 2 ] 刘大杰．全球定位系统 G P s 的原理与数据处理[ M ] ．上海同济大学出版社，1 9 9 6 8 5 1 8 0 ． C o n t r o lS u r v e yP r a c t i c ew i t h4 - g r a d eG P SN e ti naC i t yo fH u b e i T A OX i n - g u i Z h o n g s h a nW a t e rC o n s e rv a n c yP r o j e c tS u r v e y i n g C o n s u l t i n g 国．L t d ，Z h o n g s h a n5 2 8 4 0 3 ，G u a n g d o n g ，C h i n a A b s t r a c t T h ec o n t r o ls u r v e yp r a c t i c ew i t h4 一g r a d eG P Si nt h em o u n t a i n o u sc i t ya n dt h es u r v e y i n ge f f e c tared e - s c r i b e d ．T h es o u r c e so ft h es u r v e ye r r o ra r ea n a l y z e db a s e do nt h ee x t e m a lf a c t o ro fa f f e c t i n gt h es u r v e ym o u n t a i n o u sb yu s i n gG P S ．T h eo u t w a r dw o r k l o a da n dt h ec o s tared e c r e a s e d ，a n dt h ee f f i c i e n c yo fw o r ki nt h em e a n t i m ei si m p r o v e do nb a s i so fa s s u r i n gt h ep r e c i s i o no fs u r v e yr e s u l t sb ym e a n so ft h ea p p r o p r i a t et h en e tf o r m8 e l e c t i o na n dd e s i g n ，t h ee p h e m e r i sf o r e c a s tr e f e r e n c e ，t h es p o ta n n u l a rm a po fG P Sa n dt h el e n g t ho fb a s el i n e ， e s p e c i a l l yt h ei n f o r m a t i o no ft h es p o ts u r v e yf e e d b a c k ，s e l e c t i v e l yv a r i a t i o no ft h eo b s e r v a t i o np e r i o d sa n dt h ep o s i t i o no ft h eu n f i x e ds p o tt Oe f f e c t i v e l yd e c r e a s et h ed i s a d v a n t a g e o u sf a c t o ro ft h el a n d f o r ma n dm o u n t a i n o u st r a f - f i ct ot h es u r v e yo fG P S ． ’ K e y w o r d s s u r v e y ；c o n t r o ln e to fG P S ；s u r v e yo fm o u n t a i n o u sc i t y ；p r e c i s i o n ；e f f i c i e n c y 万方数据