所属栏目：应用电子技术论文范文发布时间：2011-02-25浏览量:194
副标题#e# 内容摘要：本文从理论简介到实例，从静态GPS控制网的布设方案、外业实测、基线解算、二维网平差到成果的精度分析，讲述了静态GPS在城市控制加密网中的应用。本文以武汉市武昌区5″级GPS控制网为实例，讲述了静态GPS在城市控制加密网中的应用的全过程。静态GPS在城市控制加密网中的应用，不但大大的提高了城市控制加密网的速度，减轻了外业的劳动量及内业计算量，而且提高了城市控制加密网的精度，使我们测绘行业更好更快捷地服务于城市规划和建设。
关键词：静态GPS星历基线重复基线同步环异步环基线残差基线绝对误差基线相对精度
一、前言
为提高武汉市城市规划、建设和管理的科学化、现代化水平，为建设“数字大武汉”提供基础地理信息。武汉市武昌区平面控制网已不能满足城市发展的需要，需加密首级控制网，建立5″级平面控制网，更好的为武汉市城市规划和建设服务。
1、测区概况
测区面积达50多平方公里，测区位于武昌区北部，东至东湖、西至长江、南至黄鹤楼、北至青山公园。等级公路纵横交错交通方便。测区地势平坦、建筑密集、高层建筑繁多。
测区地理位置位于北纬30°32′—30°39′东经114°17—114°25′。
测区呈长条壮，南北长、东西短，给选点构网和观测带来了一定的难度。
2、测区控制点资料
测区内有18个武汉市勘察测绘设计研究院93年测建的D级GPS点，坐标系为1954年北京坐标系。其中有9个GPS点保存完好、便于攀登，且分布比较均匀，满足本项工程首级平面控制的需要。
二、GPS布网方案和外业观测
1、布网方案
本项工程共布设了64个新点，由于地理条件限制有的边比较短，且64个新点均沿路布设，给GPS布网和外业实测工作带来了一定的难度。
以3-6台GPS接受机同时设站观测3-6个控制点，以此构成同步环，作为5″级GPS网的基本图形。再按每点至少设站不小于1.6次的原则，以边连接或点连接方式将各同步图形自北向南扩展构成整个测区的GPS网。
2、GPS外业观测
本次GPS网的外业观测采用了2台Trimble4700双频GPS接受机和4台Topcon单频GPS接受机。外业测绘前6台GPS接受机已通过“国家光电测距仪检测中心”的检测。
严格按《全球定位系统城市测量技术规程》CJJ73-97、《城市测量规范》CJJ8-99，进行的GPS外业观测。
外业观测每一时段同步观测时间不少于60分钟，具体观测时间的长短取决于基线的长短和星历的好坏。一般上午两个时段7：00—11：00星历比较好，观测时间为60分钟以上；下午两个时段15：40—19；30星历比较差，观测时间80分钟以上。每天外业实测前根据星历预报，安排外业观测。具体要求如下：
卫星高度角≥15°
有效观测卫星数≥4
数据采样间隔20秒
图形强度因子PDOP＜6
正确安置仪器，对中误差≤3mm
天线定向标志指向北方，定向误差不宜超过±5°
三次量取天线高读至mm，三次量取值的互差不得大于3mm，取平均值
外业观测统计如下：
表1GPS网概况
总点数 已知点数 未知点数 设站总数 重复设站数
73 9 64 133 1．82
表2GPS网基线情况
基线总数 重复基线数 最长基线 最短基线 基线均长
177 12 4.6km 2.5km 2.9km
三、GPS基线解算和观测成果质量分析
1、GPS基线解算
GPS基线解算，严格按《全球定位系统城市测量技术规程》CJJ73-97、《城市测量规范》CJJ8-99进行。
本项工程的所有基线均采用Topcon接受机的随机软件TGPSITN进行基线解算。Trimble接受机的原文件*﹒dat先转换为Rinex格式，然后用TGPSITN进行的基线解算。所用基线均采用双差固定解作为最终结果。
表示基线解算精度高低的3D值均小于0.00#p#副标题#e#5m，对于超限的基线采用了三种方法提高精度：
（1）、提高卫星的高度角，卫星的高度角提高至16°－20°时，可提高基线精度。
（2）、剔除多余时段，可提高基线精度。
（3）、删除不良卫星，可提高基线精度。
2、基线的质量分析
GPS网中共有基线177条，重复基线12条，异步环74个。其精度分析报告如下：
（1）、重复基线长度较差统计，见表3
较差区间 0.0～1.0PPm 1.0～8.0PPm 8.0～15PPM 最大值
数量 22 50 2 8.95.0PPm
百分率 30％ 68％ 2％
以上统计结果，来自GPS网异步环闭和差统计报告。各异步环闭和差均由以下公式算得：
Wx≤2√no
Wy≤2√no
Wz≤2√no
W≤2√3no
通过以上分析可知，基线计算结果符合《全球定位系统城市测量技术规程》CJJ73-97、《城市测量规范》CJJ8-99要求，基线计算结果可靠合理，177条基线均可以作为基本观测值，进行武昌测区5″级GPS网的平差计算。
四、GPS网二维平差计算和平差结果质量分析
1、GPS网二维平差
GPS网二维平差，严格按《全球定位系统城市测量技术规程》CJJ73-97、《城市测量规范》CJJ8-99进行。GPS网二维平差计算，使用武汉天任勘测科技有限责任公司开发的P0werAdj3.0网平差软件。
根据武汉市勘察测绘设计研究院的要求，采用BJ54坐标系（长半轴6378245.0m、短半轴6356863.0188m、扁率1/298.30），中央经度：东经114°，38带（三度带）。
由于测区内的首级控制D级GPS点不兼容，确定使用了五个D级点：D029、D042、D041、D080、D094、D098、D100，进行了二维强制性约束平差，DO52和D097作为检查点。
2、平差结果质量分析
平差后二维基线的残差，最大X误差-1.94cm，平均X误差0.019cm；最大Y误差2.30cm，平均Y误差0.012cm。
平差后二维基线的绝对误差，最大基线误差2.15cm,最小基线误差0.0cm平均基线误差1.61cm。
平差后D052和D097坐标与已知资料比较见表5：
表5检查点比较表
点号 X较差 Y较差 比较中误差
D052 -1.8cm -0.5cm 1.8cm
D097 0.1cm -1.7cm 1.7cm
平差后二维基线的相对误差和二维点的点位误差，见表6
表6GPS网的主要技术指标
最大值 最小值 平均值
点位误差 2.88cm 0.89cm 1.4cm
基线相对精度 1/60084 1/145849 1/78156
对应平面边长 2.5km 4.6km 2.9km
GPS网的各项指标均符合《全球定位系统城市测量技术规程》CJJ73-97、《城市测量规范》CJJ8-99的技术指标。
六、结论
1、对于GPS网的外业实测，事先查看本测区的星历预报，有着极其重要的意义。避开不好的时段，避免基线的重测，保证基线质量，提高GPS控制网的精度。
2、在GPS外业观测中，我们采用了单频和双频两种GPS接受机混合进行观测。对于点位不好的GPS点，采用双频GPS接受机进行观测，大大的提高了观测精度。
3、在基线处理时，对于精度差的基线，可根据实际情况通过三种方法，删除不良卫星、剔除多余时段和改变卫星高度角进行人工干预，尽可能解算出较理想的结果，提高GPS控制网的精度。
4、在网平差计算时，遇到已知起算数据D级GPS点不兼容的情况。我们单用9个D级GPS点进行构网平差，检查发现部分D级GPS点精度较差。后经分析研究发现：这是早期的常规（三角网）控制网测量与GPS新技术测量精度不一致，因考虑城市控制网成果的连续性，进行强制约束平差的结果。因此，我们在测区内均匀的选择了7个D级GPS点作为起算点，其余D级GPS点作为检查点，进行了约束#p#副标题#e#平差计算，计算结果较为理想。
5、测区南北长、东西短呈长条状，给布网带来了一定的困难，且给整网由WGS—84坐标系正确向BJ54坐标系的转换带来了一定的困难。对此我们联测了测区以外的4个D级GPS点，以其中3个GPS点和测区内均匀分布的4个D级GPS点作为转换点，以保证坐标系转换的正确性。
总之，从以上各精度统计可见，GPS网构网强度较高，平差计算精度较高，均符合《全球定位系统城市测量技术规程》CJJ73-97和《城市测量规范》CJJ8-99的精度指标要求，达到了5″级平面控制网的精度要求。
静态GPS在城市控制加密网中的应用，不但大大的提高了城市控制加密网的速度，减轻了外业的劳动量及内业计算量，而且提高了城市控制加密网的精度，使我们测绘行业更好更快捷地服务于城市规划和建设。
参考文献
[1]《城市测量规范》CJJ8-99
[2]《全球定位系统城市测量技术规程》CJJ73-97
[3]徐绍铨等编著，《GPS测量原理及应用》，武汉测绘科技大学出版社