GPS控制测量

GPS 控制测量测量工作必须遵循“有整体到局部，先控制后碎部，从高级到低级”的原则。

先建立控制网，然后根据控制网进行碎部测量。

控制网又分为平面控制网和高程控制网。

测定点的平面位置的工作，称为平面控制测量，测定点的高程工作，称为高程控制测量。

目前，数字化成图的外业控制测量普通分为GPS 首级控制测量和全站仪导线测量及水准测量。

(一) GPS 控制测量概述GPS 控制测量，按其工作性质可分为外业和内业两大部份，外业工作主要包括：选点、建立测站标志、埋石、野外观测作业以及成果质量检核等；内业工作主要包括：技术设计、测后数据处理以及技术总结等。

按照GPS 测量实施的工作程序，大体分为几个阶段：GPS 控制网的优化设计，选点与埋石，外业观测，成果检核，数据处理，编制报告。

GPS 测量是一项技术复杂、要求严格的工作，实施的原则是，在满足用户对测量精度和可靠性等要求的情况下，尽可能地减少经费、时间和人力的消耗。

因此，对其各阶段的工作，都要精心设计、组织和实施。

为了满足实际的要求，GPS 测量作业应遵守统一的规范和细则。

GPS 控制测量与GPS 定位技术的发展水平密切相关，GPS 接收机硬件与软件的不断改善，将直接影响测量工作的实施方法、观测时间、作业要求和成果的处理方法。

《全球定位系统 (GPS ) 测量规范》 将 GPS 控制网依其精度划分 为 A 、B 、C 、D 、E 等不同级别，表 6 列出了它们的精度和标准。

本 章主要讨论其中的 C 、D 和 E 级网的布设和观测。

表 6 GPS 网的精度标准级别A项目固定误差/mm比例误差系数相邻点最小距离/km相邻点最大距离/km相邻点平均距离/km 表 7 GPS 各等级网的基本技术要求等级平均距离10~15(km )a(mm)b(1×10-6)接收机类型≤(10mm+5标称精度观测量 至少有同步观测≥5接收机数 最简独立环 和附和路线的边数 卫星截至高 度角(°) 有效观测卫 星总数0.2~5双频或者单频≤(10mm+5 ×10-6×d ) L1、L2 载波相位≥2 5~10≤10≤10双频或者单频≤(10mm+5 ×10-6×d ) L1、L2 载波相位≥3 ≤10≤5双频或者单频≤(10mm+5 ×10-6×d ) L1、L2 载波相位≥4≤5≤0.1双频/全波长 ≤(10mm+2 ×10-6×d ) L1、L2 载波相位C≤10≤554015~10 ×10-6×d ) L1、L2 载波相位≥4D≤10≤1021510~5E≤10≤201105~2≤5≤0.11001000300B≤8≤11525070 ≤8≤1双频≥10≥20 ≥15≥6 ≥15≥4 ≥15≥4≥15≥9 ≤10≤5≤6≤6≤8300 70 A D CB E(二) GPS 控制测量技术设计的内容和步骤1、采集和分析测区经济地理等情况以及已有的测绘成果成图资 料通过对已有控制网测设数据及成果资料的了解和分析， 可获知控 制网的质量情况， 所设置的坐标系和高程、 中央子午线位置以及起始 点坐标、起始方位角等基本数据。

以决定是新建还是改建、扩建控制 网时的参考。

踏勘已有控制点标石的完好情况以便加以利用。

测区的 气象、地址、交通等情况对于选点、埋石及制定观测计划也很重要， 1 ：1 万国家基本图及大比例尺地形图对于图上设计、实地选点、野 外作业时必不可少的资料。

2、确定所采用的坐标系及起算数据如果已有控制网所采用的坐标系基本合理， 则尽量采用原有的坐 标系，即三类要素要取得一致。

在 GPS 网平差转换时予以保证，宜 选取已有网的起始点位 GPS 网平差时的位置基准，利用已有网的起 始方位角作为 GPS 网的方位基准。

至于 GPS 网的尺度基准本已隐含 在基线向量观测值中， 但也可以有已知点间的平面边长来确定 (若两 类控制网的平面边长之间尺度差小于 1/10~1/20 万时)。

观测时段数时段长度 min (静态) 时间采样间 隔 s (静态) 时段内任一 卫星有效观 测时间 min(静态)≥2≥6010~30≥15 ≥1.6≥4510~30≥15 ≥1.6≥4010~30≥15≥6≥54030≥15 ≥4≥24030≥153、控制网的网形设计控制点的位置及网形可在1 ：1~5 万比例尺的国家基本图上进行设计。

以往对三角网和测边网作图上设计是十分繁琐的，既要保证相邻点间互为通视，又要考虑图形结构良好，对每一个三角形的内角大小均有限制，除了抢占制高点外，有时还须借助于建立高标。

对于观测方向较多的中点多边形的中点位置更是难以确定。

固然，对于面积较小、边长较短的精密边角控制网，相对说来解决通视问题就容易些。

GPS 网点并不以点间通视为必要条件，点位的选定有很大的灵便性，可以先按需要选定点位，再来组织网形，为便于观测和使用，GPS 点选在交通方便容易到达的地方，尽量避免在山顶和河边设点。

图上设计的仅是概略的点位，在实地选点时可在图上初选点的附近选定合适的点位，以满足GPS 测量对点位的要求。

拟作为GPS 网的位置基准及方位基准的已有控制网的起始点及起始方位角的两端点必须选作GPS 点，设计的点位中应尽可能多地包括一些符合条件的已有控制网点(城市或者工程控制网点及国家网点)。

这样不仅可以充分利用已有的标石，更可获知GPS 网与原有控制网在同名点上的坐标差异，并可籍以进行坐标系之间的转换。

与此同时，在选点过程中应按所需的密度来进行布点。

如确定分两级布网，须先做首级网网形设计，首级网点应弥漫整个测区，但可疏密有致。

然后再做同期施测的次级网点的网形设计。

将各GPS 点挨次相联组成几何图形就能获得GPS 网形。

对于GPS 控制网宜采用有多个多边形闭合环组成，且相邻闭合环之间依边连接的图形。

在此，每条边代表两台GPS 接收机在该边两端点上同步连测所得的一个独立基线向量。

如果在一个测段内，同步连测的接收机多于两台 (设为m 台，m＞2)，则只能获得m- 1 个独立基线向量。

也就是说，在设计得GPS 网中所包含的任一观测时段中的独立基线向量只能使m- 1 个，多了则参入了不应有的观测值，少了则错失了实用的观测值。

为此，在安排观测纲要时，应根据设计好的网形，决定每测段中基线向量的取舍。

以确定GPS 网确实是由独立基线向量所组成的。

多边形中边数的多寡直接关系到网的精度、可靠性以及野外GPS 观测的工作量。

高精度控制网宜采用有三边形组成的网形，为增加多于观测值，甚至还需加测对角线。

对于大城市首级控制网，每一个独立闭合环的边数可限制在4~5 个，对于普通的GPS 控制网边数也不宜超过6 个。

因为随着闭合差边数的增加，闭合差的限差随之而增大，利用闭合差来检验发现基线向量观测值中可能存在的粗差的能力就会降低。

除了会降低可靠性以外，还由于多于观测值的减少而影响网的精度。

在两个已有的GPS 控制点之间可直接布设类似于附和导线那样的连线的GPS 基线边，而以两已知点的基线边为闭合边，边数也不得超过6 条。

即使在形状狭长的路线GPS 控制网中，每两个相邻异步环之间最好还是采用边连式(两环之间有两个公共点)，而不宜采用点连式 (两环之间一个公共点)。

因为有公共边毗连的多个闭合环的网形较之仅有一个公共点连接的网形具有更高的图形强度，并且在不增加野外工作量的条件下，却能获得相同的多余观测数。

由于GPS 观测作业方式和GPS 基线向量的选择具有较大的灵便性，有的施测单位在技术设计中注意布点，并不统一连点成网，作业中则采用某种推进方式施测，观测后再选择非同步的GPS 基线向量，以至构成网形不佳，往往浮现点连式的若干闭合环。

有的甚至不做选择的保留同步GPS 基线向量。

有时难以发现粗差，也难以给出准确的精度评定。

4、部份GPS 点的水准联测方案的制定GPS 定位测量不仅能得出GPS 点的平面位置，还能得出大地高。

但是大地高是以所取的椭球面上的法线为依据的，并非是工程上所需要的水准高程(正常高)。

为此需对部份GPS 点进行水准测定其正常高，从而获得在这些点上的高程异常，以便能用曲面拟合法来推估其余GPS 点的正常高。

在GPS 网图上先选取密度适当、分布较均匀，包围整个测区的若干个GPS 点，再来考虑水准联测方案。

固然最好是将这些GPS 点全部联结成三、四等水准网并附和到若干国家水准点上，无非这样做工作量很大，也可利用就近的已知水准点分别予以测定，但应采用符合水准路线并同时利用两个水准点的已知高程，以免单个水准点高程有可能不可靠。

在局部艰难地区，对少数难以与其它点连测得GPS 点也可以只测定这些点之间的高差。

5 、技术设计书大致包括以下内容：任务来源、任务要求、作业依据；测区概况；已有测量成果成图资料情况及对其的分析；所利用的水准点、水准联测路线等；采用的坐标系及起始数据；布网的方案的说明及论证；选点和埋石；观测精度标准(接收机标称精度、一测段的观测时间、定位方式、边长规格等) ；内、外业采用的仪器设备、人工及计算软件；平差计算方案、预期精度；经费预算；各种设计图表。

(三) GPS 控制网布设1、野外选点选点工作开始之前应搜集测区有关资料，如地形图、行政区划图和已有的测绘成果；了解和研究测区情况，如交通、通讯、供电、气象以及原有的控制点情况。

普通来说，在图上设计得GPS 点位与实地的点位可以不彻底一致，即使偏离数百米，对网的精度和可靠性也不会产生任何影响。

GPS 点的选定不以相邻点间的通视为先决条件，但应当保证能顺利接收到不受干扰的卫星信号。

具体而言应符合下述要求：①周围便于安置接收设备和操作，视野开阔、视场内障碍物的高度角应小于15°；②点位应选在地基稳固、交通方便的地方，便于保存且利于其他测量手段联测和扩展；③尽量避开大面积水域，以减弱多路经误差的影响；④远离大功率无线电发射源(如电视台、微波站等)，远离高压输电线和通讯线以避免周围磁场对 GPS 卫星信号的干扰。

为使点位长期保存和使用，不致移位和变形，应选在土质坚硬、地质情况良好之处，在城市建造区，常因平地上的点位难以确保其长期性而选在楼顶，此时应选择已有一定的建造年代、再也不会有沉降的较坚固的建造物的楼顶，标石的埋设应与混凝土梁柱固连。

如作为 GPS 形变监测网的基准点，则必须将点位埋在稳固、完整的基岩上。

如果再GPS 点上与其它GPS 点(不一定是相邻点)中的1~2 个点通视，则有利于用常规技术加密低级网点。

但对于间距较大的首级GPS 网点，而且加密次级网仍采用GPS 技术时，则就不必强求须有1~2 个通视方向。