阜新市测量控制网改造工程技术设计

阜新市测量控制网改造工程技术设计

[摘要] 文中利用GPS对阜新市三等控制网（城市首级控制网）进行重测并与国家网进行联测，对城市四等控制网进行改造，在局部地区增设部分控制点，完成其基础控制系统，在基础控制网基础上，重新布设城市I、II级GPS加密控制网。

[关键词] GPS 控制网控制点

0.前言

随着城市规模的不断扩大，建设速度的加快和高层建筑的逐年增加及道路的改造拓宽，使原城市测量控制网遭到严重破坏，几乎丧失使用功能，用于基础控制的测量标志近l／3遭到破坏，为建设工程服务的导线点标志破损率达80％以上，为满足建设工程和适应城市的发展需要，测量控制网的改造势在必行。

1.概述

这次控制网改造的目的就是使原来残缺不全的控制网得以完善，以满足各项建设工程的需要，适应城市高速发展的需要；其次是采用GPS技术和手段高精度、高效率完成控制网改造，首先对阜新市三等控制网（城市首级控制网）进行重测并与国家网进行联测；二是对城市四等控制网进行改造，在局部地区增设部分控制点，完成其基础控制系统。三是在基础控制网基础上，重新布设城市I、II级GPS加密控制网。使之适应高科技发展要求，满足社会各界对测量工作的高质量、高速度、现代化的需求，为我市空间基础地理信息系统建设打下良好空间数据基准。

2.GPS控制网方案

2.1城区控制网与国家控制网的联测

92年控制网是以单点靠挂的形式与国家网进行联接的，这种形式的可靠性难以保证，实现的精度也只是内部精度。鉴于这种情况，这次改造决定城区控制网要与国家网进行联接测量，使之完全符合到国家网中。根据搜集的资料，在控制网东端（新邱附近）有国家二等点1个（二郎庙），军控点1个（金家洼子）；控制网西部有国家二等点3个（孙家沟、九营子北沟、北哈拉火烧），联接测量方案为以西部三个国家点与城市网的首级点组成一个中点多边形，东部以小五家子和海州营子与国家点（二郎庙）组成三角形进行连接，并用军控点金家洼子进行检核，测量方法用双频静态GPS按国家二等网精度要求进行测量。

根据GPS观测数据解算出GPS基线向量，并与已知数据进行比较分析，达到对以上起算点数据检验的目的，剔除误差较大的起算数据点，其余点作为本次设计的国家二等平面控制点。

2.2城区首级控制网设计

92年城市控制网的首级点（三等点）大多数都分布在城市四周的山顶部，首级控制网完全能够满足此次改造的需要。但是因韩家店、太平沟两点被破坏，西山水塔丧失使用价值，所以在这次改造中，在西山地区增设一个首级点（西颐园）；在韩家店点附近用国家点北哈拉火烧代替；在太平沟附近把原四等点海州营子、小五家子提升为首级控制网点（三等点），首级控制网共由14个点组成

2.3四等控制网设计

由于92年四等控制网遭到严重破坏，丧失使用价值的测量标志较多，占总数的1／3左右，而且在城市中心区内尤为严重，所以这次对原四等网要进行全面改造。设计原则是对原四等点保存完好的标志全部利用外，采用GPS布网灵活，点与点间不要求通视的特点进行设计。四等控制网由29个点组成。

2.4加密控制网设计

由于近几年来城市道路的大范围改造拓宽，至使原加密控制网遭到极大破坏，几乎完全丧失使用功能，因此在这次改造中，要重新布设GPS加密控制网。这次按GPS要求在市中心区内各主要道路交叉口布设控制点，以满足城市各项建设工程的需要和测绘地形、地籍图的需求，这次加密控制网的设计范围为东起玍海西桥、西至化工街、北起北环路、南到煤城路，面积近50平方公里。由181个点组成。

本次设计拟试验采用GPS-RTK动态测量技术进行施测，直接获得各点的平面坐标，经一定的数据检验合格后提交使用。该方法突破规范要求，证明在地势平坦地区，采用动态RTK－GPS技术施测，平面控制点位精度小于5厘米，完全满足城市一、二级导线点的精度。

3.投影带和投影面的选择

高程面的高斯正形投影统一3度带平面直角坐标系。本市测区位于121º33’~121º52’之间，北纬41º58’~42º10’。利用这两点的坐标，可以求得整个测区中心的横坐标y（自然值），测区平均高程为150m，将其带入公式

式中，y表示测区中心的横坐标（自然值），H表示测区平均高程，y与H 均以km作单位。公式表明，采用国家统一坐标系统所产生的长度综合变形，与测区所处投影带内的位置和测区平均高程有关。利用公式，可以便捷地计算出测区所用坐标系统的长度相对变形的大小。

可以看出，长度综合变形为20cm/km，大于2.5cm/km，所以在测区内要从新选择投影带和投影面。

选择任意带高斯正形投影平面直角坐标系，仍把地面观察结果归算到参考椭球面上，但投影带的中央子午线不按国家3°带的划分方法，而是依据补偿高程面归算长度变形而选择的某一条子午线作为中央子午线，也就是下面式子中

保持不变，于是求得

但在实际应用这种坐标系时，往往是选取过测区边缘，或测区中央，或测区内某一点的子午线作为中央子午线，而不经过上述计算。

本测区位于东经121°33′至121°52′，北纬41°58′至42°10′，位于6°分带第21带中央子午线123°的西边缘，所以拟定选择测区的约中心经度121°30′为新选择的3°带的中央子午线。

4.坐标转换

为了限制高斯投影的长度变形，将椭球面按一定经度的子午线划分成不同的投影带或者为了抵偿长度变形，选择某一经度的子午线作为测区的中央子午线。由于中央子午线的经度不同，使得椭球面上统一的大地坐标系，变成了各自独立的平面直角坐标系。为了解决不同投影带之间测量成果的转换和联系，就需要将一个投影带的平面直角

坐标，换算成另外一个投影带的平面直角坐标。本设计是将中央子午线为123°的6°带的坐标换算成中央子午线为121°30′的3°带坐标。

目前广泛采用高斯投影坐标正、反算的方法，它适用于任何情况下的换带计算工作。这种方法的计算程序是：首先将某投影带的已知平面坐标（，），按高斯投影坐标反算公式求得其大地坐标（B,L）；然后根据纬度B和对于所选定的中央子午线的经差（其中为以弧度做单位的经度差，L为从起始子午面起算的大地经度，为高斯投影分带后的中央子午线，取57.295779513°），按高斯投影坐标正算公式求其在选定的投影带内的平面坐标（，）。

5.起算数据的检测

利用已知点之前对其精度是否可靠要进行检测，所以要对国家二等点­­­-二郎庙，军控点-金家洼子和国家二等点（孙家沟、九营子北沟、北哈拉火烧）进行检测。用坐标反算边长比测距边长，得出边长相对误差，检测的相对误差不能超过1/80000。

6.GPS网的图形设计

常规测量中控制图形设计是一项非常重要的工作，而在GPS图形设计时，因GPS同步观测不要求通视，所以图形设计具有很大的灵活性，但还应注意以下几点：