摘 要：隨著科學(xué)技術(shù)和社會經(jīng)濟的高速發(fā)展，人們已經(jīng)進入信息時代，獲取信息的手段也不斷升級。其中的全球定位系統(tǒng)（GPS）是目前和將來最行之有效的空間數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施之一，因具有全球性、全能性、實時性和精確性的定位導(dǎo)航功能，已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用于城市控制測量之中。而GPS控制網(wǎng)施測質(zhì)量控制就是基礎(chǔ)中的基礎(chǔ)，其能夠保證獲得精確的計算數(shù)據(jù)，所以如何進行城市GPS控制網(wǎng)施測質(zhì)量控制將會直接決定測量和控制結(jié)果的精確性，從而決定城市規(guī)劃的整體性和精確性。文章將分析我國城市GPS控制網(wǎng)施測質(zhì)量控制方面的問題，并提出適當(dāng)?shù)慕鉀Q和優(yōu)化方法，和一些切實可用的操作技術(shù)，為從業(yè)者提供一些參考和借鑒。

關(guān)鍵詞：城市；GPS控制網(wǎng)；測量；控制技術(shù)

一、概述

（一）GPS控制網(wǎng)質(zhì)量控制技術(shù)研究的意義

GPS全稱為全球定位系統(tǒng)，是美國第二代衛(wèi)星定位導(dǎo)航系統(tǒng)，自誕生以來，就因其具有的精度高、速度快、成本低、操作簡便等特性被廣泛地應(yīng)用于各種工程施工控制測量工作中，尤其在各種等級精度的城市控制測量中得到了廣泛而且深入的應(yīng)用，不僅提高了測量數(shù)據(jù)的可靠性，而且大大提高了測量工作的效率。如何進行城市GPS控制測量的質(zhì)量控制，將會直接影響到測量結(jié)果的精度，為了保證城市GPS控制測量的質(zhì)量和精度，必須研究質(zhì)量控制相關(guān)技術(shù)，并制定一套質(zhì)量控制措施，在實際操作過程中做到有理可循，為實現(xiàn)高精度的控制測量提供切實可信的理論依據(jù)。

（二）GPS控制網(wǎng)質(zhì)量控制技術(shù)研究的內(nèi)容

GPS測量過程中出現(xiàn)質(zhì)量問題的最重要的一個原因就是缺乏對作業(yè)過程中的質(zhì)量控制和對作業(yè)結(jié)果的分析論證。GPS控制網(wǎng)質(zhì)量控制技術(shù)的研究將從測量外業(yè)、內(nèi)業(yè)和對結(jié)果的可靠性分析這三個方面出發(fā)進行分析和研究，制定出一套可信度高、可用性強的質(zhì)量控制措施。

（三）GPS控制網(wǎng)質(zhì)量控制技術(shù)研究思路

此次研究的思路為：首先對數(shù)字城市建設(shè)進行了相關(guān)探索，《談數(shù)字城市建設(shè)》一文中指出：數(shù)字城市建設(shè)是構(gòu)建數(shù)字中國的基礎(chǔ)和重要組成部分，即將我國城市建設(shè)成為互聯(lián)互通的數(shù)字城市地理空間框架網(wǎng)絡(luò)，為城市經(jīng)濟發(fā)展和信息化建設(shè)以及市民生活提供可靠、適用、及時的地理信息服務(wù)，最終實現(xiàn)全國“一張圖、一個網(wǎng)、一個平臺”的構(gòu)想。其次對GPS技術(shù)在工程測繪中的應(yīng)用進行了研究，得出GPS全球定位系統(tǒng)測量技術(shù)具有觀測效率高、定位準確性高、操作簡單的特點；GPS技術(shù)在控制城市建設(shè)中、房地產(chǎn)工程和地籍測繪中都得到了很廣泛的應(yīng)用。最后對城市GPS控制測量中的技術(shù)標準、測量等級、內(nèi)外業(yè)施測的質(zhì)量控制方法、平差分析等進行了研究，提出一些解決方案和技術(shù)。

二、城市GPS控制網(wǎng)施測質(zhì)量控制應(yīng)用現(xiàn)狀及已有研究成果

（一）我國城市GPS控制的發(fā)展

新中國成立以后，我國積極發(fā)展航空航天事業(yè)，自1974年將第一顆人造衛(wèi)星送入軌道以來至今我國已成功發(fā)射了幾十顆不同類型的人造衛(wèi)星，為空間測量技術(shù)和城市GPS控制網(wǎng)建設(shè)創(chuàng)造了有利條件。

80年代初期，我國一些院校和科研單位已經(jīng)開始研究GPS技術(shù)，經(jīng)過幾十年的研究，我國的測繪工作者在GPS定位基礎(chǔ)理論研究和應(yīng)用開發(fā)方面做出了大量工作。80年代中期，我國引入GPS接收機，開始將GPS應(yīng)用到各個領(lǐng)域。與此同時，我國也著手研究建立自己的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。

在城市GPS控制網(wǎng)施測方面，利用GPS技術(shù)開展國際聯(lián)測，建立全球大地控制網(wǎng)，提供高精度的地心坐標，測定大地水準面。近幾年，我國已經(jīng)建成了北京、上海、武漢、拉薩西安、烏魯木齊等永久性的GPS跟蹤站，進行對GPS衛(wèi)星的精密定軌，為高精度的GPS定位測量提供觀測數(shù)據(jù)和精密星歷服務(wù)。

（二）我國城市GPS控制的現(xiàn)狀

目前我國使用的GPS控制網(wǎng)是2000國家大地控制網(wǎng)，該控制網(wǎng)由國家測繪局布設(shè)的高精度GPS A、B級網(wǎng)，總參測繪局布設(shè)的GPS一、二級網(wǎng)，中國地震局、總參測繪局、中國科學(xué)院、國家測繪局共建的中國地殼運動觀測網(wǎng)組成。2000國家大地控制網(wǎng)整合了上述三個大型的、有重要影響力的GPS觀測網(wǎng)的成果，共2609個點。通過聯(lián)合處理將其歸于一個坐標參考框架，形成了緊密的聯(lián)系體系，可滿足現(xiàn)代測量技術(shù)對地心坐標的需求，同時為建立我國新一代的地心坐標系統(tǒng)打下了堅實的基礎(chǔ)。

特別是1992年建設(shè)部規(guī)劃部成立“全國城市測量GPS應(yīng)用研究中心”，在之后的時間里GPS測量技術(shù)在城市測量和工程測量中得到了廣泛的應(yīng)用，完成了全國各大城市首級GPS控制網(wǎng)和工程GPS控制網(wǎng)的布設(shè)任務(wù)，提高了原有城市控制網(wǎng)的精度，更新了城市坐標系統(tǒng)，為城市建設(shè)、城市規(guī)劃和城市深化改革提供可靠的、準確的資料和數(shù)據(jù)支持。

（三）我國城市GPS控制網(wǎng)施測質(zhì)量控制存在的問題

雖然我國城市GPS控制網(wǎng)發(fā)展迅速，但是在快速發(fā)展過程中仍然存在很多問題，比如：技術(shù)標準不規(guī)范、專業(yè)等級劃分不明確、硬件設(shè)施跟不上等等。這些問題都嚴重影響城市GPS控制網(wǎng)施測質(zhì)量控制，影響測量精度和準確性，需要研究人員加以重視，提出解決方案。

三、城市GPS控制網(wǎng)質(zhì)量控制技術(shù)理論分析

（一）精度設(shè)計

根據(jù)城市GPS控制網(wǎng)相鄰各點之間的基線長度精度計算公式計算可得城市各級GPS控制網(wǎng)的固定誤差、比例誤差和最弱邊相對中誤差。其中最弱邊相對中誤差如下表所示：

（二）外業(yè)施測技術(shù)改進

外業(yè)工作首先要注意一下幾個方面原則：（1）在各控制點之間設(shè)置相同次數(shù)的測站；（2）對相距較遠的高等級已測點進行聯(lián)測；（3）優(yōu)先測量距離較近的控制點，并且按照最短距離原則遷站；（4）各控制點的每次重復(fù)設(shè)站不能使用相同的接收機。

其次城市GPS布網(wǎng)方式主要有跟蹤站式、會戰(zhàn)式、多基準站式、同步圖形擴展式、單基準站式五種。控制點所選點位必須堅實穩(wěn)定、方便觀測、便于長期保存、交通方便，如果利用已有舊點，應(yīng)該提前檢查測點的可靠性、可用性和穩(wěn)定性，確定符合設(shè)計要求后才能使用。

外業(yè)施測技術(shù)就是利用GPS定位技術(shù)，確定各觀測站之間的相對位置的作業(yè)方式，主要包括：靜態(tài)相對定位、快速相對定位、準動態(tài)相對定位、動態(tài)相對定位。每種定位技術(shù)在作業(yè)方式、定位精度和適用范圍方面都有不同之處，需要根據(jù)具體情況具體選擇相應(yīng)技術(shù)。

四、外業(yè)分析與質(zhì)量控制

GPS測量控制網(wǎng)設(shè)計要嚴格遵守GPS測量規(guī)范的規(guī)定，并且應(yīng)該注意一下三個方面事項：（1）異步環(huán)相鄰的兩個很近的控制點要進行同步觀測；（2）如果采用單頻接收機進行觀測時，應(yīng)該使基線邊不超過20千米；（3）在GPS測量所得結(jié)果中有些成果會存在很大的精度較差，例如電磁波測距和天文方位角等，這些成果不應(yīng)作為固定值進行內(nèi)業(yè)處理。因此，如果已知點的質(zhì)量和數(shù)量都符合質(zhì)量要求，便可選擇不使用上述成果。

GPS施測過程中需要人為操作很少，因為其自動化程度很高，但是要獲得高質(zhì)量的數(shù)據(jù)，還需要操作人員注意一下幾個方面：（1）每次測量前要檢查接收機、天線、電纜、電池、筆記簿等設(shè)備是否完整可用，高溫高濕天氣下，溫差較大，要防止天線進水，注意清除潮氣。（2）GPS接收機插卡具有正反之分，所以要注意插卡正反順序；基準站電臺電源同樣具有正負，使用時要注意紅正黑負，同樣不能弄反。（3）對觀測結(jié)果精度要求高時，觀測時段要做到日夜平均分布，以減少對流層、電離層的折射影響。

五、數(shù)據(jù)處理理論分析

（一）參數(shù)約束平差法

參數(shù)約束平差法是目前最普遍采用的方法，就是把重合點包含的基準信息當(dāng)作約束條件，將GPS測量結(jié)果轉(zhuǎn)換到城市坐標系統(tǒng)中。在參數(shù)約束平差法中，所有參數(shù)都作為未知數(shù)。參數(shù)約束平差法這是一種平差概念，它的實質(zhì)就是賦有未知數(shù)先驗精度的平差模型的一種擴展，能夠統(tǒng)一所有的平差問題，只要形成觀測網(wǎng)，觀測方程不會因為平差問題而改變，能夠使觀測方程規(guī)范化。

（二）自由網(wǎng)平差法

自由網(wǎng)平差法與參數(shù)約束平差法的區(qū)別就在于是否引入必要的基準信息進行轉(zhuǎn)換，自由網(wǎng)平差法能夠保證GPS觀測的精度，同時將其轉(zhuǎn)入原坐標系統(tǒng)。但是僅僅以2個重合點進行轉(zhuǎn)換，很難實現(xiàn)GPS網(wǎng)與原控制網(wǎng)整體上的較好的符合。實際操作中，大多數(shù)情況兩套坐標之差是在允許范圍內(nèi)，但是也有少數(shù)情況相差比較大，這種情況下就要利用原有的測繪成果進行坐標系的轉(zhuǎn)換。

（三）三維無約束平差法

GPS控制網(wǎng)的三維無約束平差就是指平差在WGS-84三維空間直角坐標系下進行，平差時不引入使GPS網(wǎng)產(chǎn)生由非觀測量所引起的外部約束條件。具體地說，就是在進行平差時，采用的平差條件不超過三個。

GPS網(wǎng)的三維無約束平差有以下三個主要作用：（1）評測GPS控制網(wǎng)的內(nèi)部符合精度，發(fā)現(xiàn)和消除GPS觀測值中的粗差。因為GPS控制網(wǎng)的三維無約束成果完全取決于GPS控制網(wǎng)的布設(shè)方法和GPS觀測數(shù)據(jù)的質(zhì)量，如果三維無約束平差質(zhì)量不好，則說明GPS網(wǎng)的布網(wǎng)方法和觀測數(shù)據(jù)質(zhì)量不高；反之，則說明兩者的質(zhì)量較好；（2）得到GPS控制網(wǎng)中各測點在WGS-84坐標系中的三維空間直角坐標；（3）為以后的高程擬合，提供處理過的大地高數(shù)據(jù)。GPS應(yīng)用的一個較新的領(lǐng)域是用GPS擬合方法求得的局部測站點的正常高，一般情況是利用測區(qū)的公共點進行高程擬合，擬合之前必須獲得經(jīng)過平差分析的大地高數(shù)據(jù)，三維無約束平差便可以獲得這些數(shù)據(jù)。

六、已知點的可靠性檢驗

城市GPS控制網(wǎng)中的已知點的可靠性將直接影響GPS施測所得所得結(jié)果的精度和質(zhì)量，在實際操作中因為已知點的粗差而引起數(shù)據(jù)誤差較大甚至返工的現(xiàn)象屢見不鮮。因此，對已知點的可靠性檢驗?zāi)軌虼蠓岣逩PS控制網(wǎng)施測的精度和質(zhì)量。常用方法有約束平差法和回歸分析法，其中約束平差法已經(jīng)提到過，以下主要對回歸分析法進行分析。

回歸分析法定義如下：利用數(shù)理統(tǒng)計原理，對大量的統(tǒng)計數(shù)據(jù)進行數(shù)學(xué)處理，在掌握大量觀察數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，利用數(shù)理統(tǒng)計方法建立因變量與自變量之間的回歸關(guān)系函數(shù)表達式（稱回歸方程式）。

回歸分析法在GPS施測中適用于含有4個或者4個以上的已知點的GPS控制網(wǎng)在無約束平差之后進行已知點可靠性檢測。該方法具有計算量小的特點，能夠檢測出多個已知點的粗差。

與回歸分析法相似，約束平差法則是選兩個已知點為約束條件進行約束平差，根據(jù)非約束點的約束平差坐標異常值，按照迪克松異常值探測法，便可檢測出含有粗差的已知點。

七、結(jié)語

隨著GPS技術(shù)在各個領(lǐng)域逐漸得到應(yīng)用，尤其是在城市控制測量中的相關(guān)應(yīng)用，使得城市控制測量工作的效率得到了非常大程度的提高，測量精度也是得到了質(zhì)的飛躍，對城市控制測量起到了極大地推動作用。對城市GPS控制網(wǎng)質(zhì)量控制的研究和分析有助于幫助人們加深對城市GPS控制測量的重要性的認識，理解其工作原理及操作流程，從而進一步提高城市GPS控制測量的實施效率和結(jié)果精確度，為城市規(guī)劃、國土管理、施工建設(shè)、基礎(chǔ)測繪、交通管理等等的各個方面提供一個全能、精確、及時的技術(shù)保障和基礎(chǔ)設(shè)施。文章在分析我國城市GPS控制測量的發(fā)展以及現(xiàn)狀和存在的問題的基礎(chǔ)上，深入研究城市GPS控制網(wǎng)質(zhì)量控制的技術(shù)理論，分別從外業(yè)觀測、內(nèi)業(yè)計算和已知點可靠性檢驗三個方面提出一些方案和技術(shù)以供從業(yè)人員進行參考和應(yīng)用。

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