趙青芬 胡軍杰

摘 要：結(jié)合清遠(yuǎn)市GPS控制實例，實施了從圖上設(shè)計到GPS外業(yè)、再到GPS數(shù)據(jù)處理及精度分析的整個過程。

關(guān)鍵詞：GPS控制網(wǎng)；基線解算；誤差分析

引言

通常將應(yīng)用GPS衛(wèi)星定位技術(shù)建立的控制網(wǎng)稱為GPS網(wǎng)。從目前的情況看，大致可以將GPS網(wǎng)分為兩大類：一類是國家或區(qū)域性的高精度GPS控制網(wǎng)；另一類是局部性的GPS控制網(wǎng)。盡管GPS測量具有精度高、速度快等優(yōu)越性，但為了得到可靠的觀測成果，也必須有科學(xué)的技術(shù)設(shè)計，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)淖鳂I(yè)管理和工作作風(fēng)，而且GPS測量也必須遵循一些統(tǒng)一的規(guī)范。

1 測區(qū)概況簡述

為滿足清遠(yuǎn)市城市規(guī)劃建設(shè)和加強(qiáng)土地管理的需要，做好城區(qū)地籍測量和地籍調(diào)查工作，清遠(yuǎn)市國土資源局?jǐn)M在清遠(yuǎn)市城區(qū)范圍內(nèi)布設(shè)高等級地籍控制網(wǎng)。清遠(yuǎn)市城區(qū)地處東經(jīng)112°58′至113°09′、北緯23°30′至23°46′之間，地勢由東向西傾斜，北部為平原及丘陵、山地。北江沿岸多為沖積平原。市區(qū)交通較為方便，107國道貫穿市區(qū)。

2 GPS控制網(wǎng)設(shè)計與建立

（1）圖上設(shè)計。在該測區(qū)原有1：1萬的地形圖上，根據(jù)測圖標(biāo)準(zhǔn)和精度要求，綜合測區(qū)實際地形、地貌，在室內(nèi)作出圖上設(shè)計。

（2）踏勘、定點(diǎn)、埋石。圖上設(shè)計完成后，應(yīng)攜帶圖上設(shè)計圖形到實地探勘，根據(jù)GPS測量應(yīng)注意的原則在實地大概位置選定觀測點(diǎn)，并埋石以備后用和防止破壞。

（3）完善圖上設(shè)計。根據(jù)原有圖紙的現(xiàn)勢性，結(jié)合目前地形的變化，為有利于GPS的實測，可以適當(dāng)調(diào)節(jié)、改動圖上設(shè)計。對已有控制點(diǎn)可以采納利用，但必須對其已知數(shù)據(jù)作出必要的檢核。

（4）網(wǎng)形設(shè)計圖。根據(jù)圖上設(shè)計和實地調(diào)整的結(jié)果，在原有圖紙上優(yōu)化生成設(shè)計網(wǎng)形。其目的是實時檢核GPS外業(yè)有無出現(xiàn)漏測的現(xiàn)象和在突發(fā)情況下的緊急處理（例如標(biāo)石被意外破壞等）。圖1是清遠(yuǎn)市GPS控制網(wǎng)，圓形點(diǎn)表示該點(diǎn)坐標(biāo)已知?？刂凭W(wǎng)為網(wǎng)狀圖形，共有59個控制點(diǎn)，27個同步環(huán)，4個異步環(huán)。

（5）外業(yè)觀測。外業(yè)采用相對靜態(tài)定位。GPS外業(yè)數(shù)據(jù)采集使用3臺Trimble 4000SE GPS接收機(jī)（標(biāo)稱精度10mm+2ppm*D）同步觀測，每時段觀測30-50min不等。

3 數(shù)據(jù)處理

清遠(yuǎn)市GPS控制數(shù)據(jù)處理利用武漢大學(xué)LIP軟件進(jìn)行基線解算和網(wǎng)平差。

4 誤差分析與處理

4.1 單基線解算及分析

任意取定一條基線（本例取A044-A043），施以LIP基線解算命令，結(jié)果如表1所示。

結(jié)論：在其他解算參數(shù)（例如標(biāo)高改正等）不變的情況下，選擇合適的cutoff-angle，一般選擇大于等于15°，可以使解算結(jié)果較好，即使rms≤0.012，ratio≥3。本例中選取15°較為合適，當(dāng)取25°時，基線解算的ratio（信噪比）明顯降低，都小于3。經(jīng)過對所有基線的抽樣解算結(jié)果可知，單基線解算在cutoff-angle合適的情況下都能產(chǎn)生良好的解算結(jié)果。

4.2 同步環(huán)解算及分析

任意取定一個同步環(huán)（本例取A056-A058-A001），施以LIP基線解算命令，結(jié)果如表2所示。

表2 同步環(huán)解算（A056-A058-A001）

結(jié)論：當(dāng)其他參數(shù)不變時，改變cutoff-angle可以改變解算結(jié)果。選取合適的角度可以使結(jié)果良好，在本例中，選取15°較為合適。對于本測區(qū)內(nèi)的其他同步閉合環(huán)，抽樣解算結(jié)果類似。

4.3 二維網(wǎng)平差及閉合差分析

采用LIP3.3對GPS網(wǎng)進(jìn)行WGS-84自由網(wǎng)平差，基本操作與基線解算類似，在網(wǎng)形優(yōu)化之前，即所有基線，共92條基線參與網(wǎng)平差，選用A059、A057為已知點(diǎn)，進(jìn)行平差。再對優(yōu)化后的網(wǎng)形平差。所謂優(yōu)化，就是根據(jù)上文提供的步驟方法，檢驗基線邊之間的夾角是否介于30-150°之間，檢核基線解算結(jié)果是否合格，將角度不符合要求、基線解算不合格的基線剔除，不參與平差。按照此要求進(jìn)行網(wǎng)形優(yōu)化，剔除8條基線，即共84條基線參與平差。

根據(jù)試驗結(jié)果可知：

對于基線，其相對誤差甚小，相對誤差介于1/1444827- 1/27212之間，解算結(jié)果符合任務(wù)設(shè)計要求，只有基線A017-A037相對誤差稍微偏大（但仍然滿足≤1/20 000）。在優(yōu)化設(shè)計中剔除該基線，即優(yōu)化網(wǎng)形對網(wǎng)平差產(chǎn)生了積極的影響。

對于整個網(wǎng)平差及其閉合差，任何三邊網(wǎng)的閉合差優(yōu)化平差前后基本沒有變化，例如上述結(jié)果中的三邊網(wǎng)A002-A004-A006、A001-A002-A003等，其閉合差不受網(wǎng)形變化的影響。

初步分析產(chǎn)生上述結(jié)果的原因如下：（1）網(wǎng)形設(shè)計剔除了不良基線，因此對基線解算的基線相對誤差產(chǎn)生積極影響（使該誤差減?。?，但是對坐標(biāo)的改正數(shù)的影響無規(guī)律，即在保證改正數(shù)不超限的情況下，改正數(shù)數(shù)值有微小的變化。（2）網(wǎng)形優(yōu)化對閉合環(huán)的閉合差沒有影響，是因為，第一，起算數(shù)據(jù)相同，兩次平差都是采用A059、A057作為二維網(wǎng)平差的起算數(shù)據(jù)，即起算數(shù)據(jù)不存在差別；第二，組成閉合環(huán)的基線數(shù)據(jù)合格，解算結(jié)果良好，優(yōu)化前后基線相對誤差雖然有差別，但差別甚微（10-6-10-8 數(shù)量級）。因此，由基線組成的網(wǎng)平差兩次結(jié)果相差甚微。

4.4 三維網(wǎng)平差及結(jié)果分析

對該控制網(wǎng)進(jìn)行三維無約束平差，平差在WGS-84坐標(biāo)系中進(jìn)行。三維無約束平差時剔除了8條精度較差的基線向量（基線剔除率為0.08%）后，順利通過了？漬2檢驗（對整個觀測量群統(tǒng)計檢驗）和τ檢驗（對各觀測元素統(tǒng)計檢驗），說明清遠(yuǎn)市GPS網(wǎng)內(nèi)部符合精度比較高。由各向量解所確定的協(xié)方差陣的相互比例關(guān)系合理，結(jié)果可靠。

5 結(jié)束語

本文闡述了GPS控制網(wǎng)的建立過程，簡單提到了GPS外業(yè)的操作，重點(diǎn)解說和分析了GPS基線解算、網(wǎng)平差及誤差分析，討論了基線解算過程中參數(shù)變換對整個GPS網(wǎng)的精度的影響，對比討論了網(wǎng)形優(yōu)化設(shè)計對GPS控制網(wǎng)平差的影響，并結(jié)合清遠(yuǎn)市GPS控制網(wǎng)的建立初步分析了產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因，論證了GPS數(shù)據(jù)處理過程中網(wǎng)形優(yōu)化和參數(shù)選取的必要性。

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