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城市GPS控制網(wǎng)施測質(zhì)量控制措施探討
【摘 要】 本文作者在深入研究全球定位系統（GPS）靜態(tài)定位原理的基礎上，結合多年生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗，就城市GPS控制網(wǎng)的布網(wǎng)原則、等級劃分、作業(yè)方法及成果整理要求進(jìn)行了探討。通過(guò)全面質(zhì)量控制以確保城市GPS控制網(wǎng)測量成果符合現行測量規范的要求。
【關(guān)鍵詞】 GPS 基線(xiàn)向量 約束平差
全球定位系統（Global Positioning System，縮寫(xiě)GPS）是美國第二代衛星導航定位系統。該系統以其全能性（陸地、海洋、航空和航天）、全球性、全天候、連續性和實(shí)時(shí)性的導航定位功能，已被廣泛地應用于各種等級精度的城市控制測量中。如何對城市GPS控制網(wǎng)施測進(jìn)行有效的質(zhì)量監控，將會(huì )直接影響到成果的測量精度。為此，筆者結合多年的生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗，就如何有效保證城市GPS控制網(wǎng)測量精度制定了一套質(zhì)量控制措施，以供城市測量GPS用戶(hù)參考。
一、技術(shù)標準
※ 中華人民共和國國家標準《全球定位系統（GPS）測量規范》GB/T 18314-2001
※ 中華人民共和國行業(yè)標準《全球定位系統城市測量技術(shù)規范》CJJ 73-97
※ 中華人民共和國測繪行業(yè)標準《全球定位系統（GPS）測量型接收機檢定規程》CH 8016-95
※ 中華人民共和國測繪行業(yè)標準《測繪產(chǎn)品檢查驗收規定》CH 1002-95
二、專(zhuān)業(yè)技術(shù)設計
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根據《全球定位系統（GPS）測量規范》和《全球定位系統城市測量技術(shù)規程》中規定的城市各級GPS控制網(wǎng)相鄰點(diǎn)間平均距離，要求在城市GPS控制網(wǎng)布設時(shí)，其相鄰點(diǎn)間平均距離應符合表1要求。同時(shí)，允許相鄰點(diǎn)的最小距離可為平均距離的1/3~1/2，最大距離可為平均距離的2~3倍�？紤]到南方地區丘陵、山地地形復雜，因此，在南方地區布設C級GPS控制網(wǎng)時(shí)，其平均邊長(cháng)限制可根據實(shí)際情況適當放寬到20~25公里，同時(shí)規定邊長(cháng)超過(guò)25公里的同步環(huán)應增測一個(gè)時(shí)段，以確保GPS測量數據的質(zhì)量。
城市各級GPS控制網(wǎng)平均邊長(cháng) 表1（單位：km）
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根據GPS控制網(wǎng)相鄰點(diǎn)間基線(xiàn)長(cháng)度精度計算公式：
式中：σ為標準差，單位mm；
d為相鄰點(diǎn)間距離，單位mm。
計算得到各級GPS控制網(wǎng)最弱邊相對中誤差限差，同時(shí)規定了觀(guān)測相應等級GPS控制網(wǎng)時(shí)所選GPS接收機標稱(chēng)精度不應低于表2的要求。布設一級、二級GPS控制網(wǎng)時(shí)，由于邊長(cháng)通常都較短，如用最弱邊相對中誤差來(lái)評定控制網(wǎng)精度則很難達到要求，因此，《全球定位系統城市測量技術(shù)規程》中規定了當邊長(cháng)小于200米時(shí)，則以其邊長(cháng)中誤差應小于20毫米為限差要求。
城市各級GPS控制網(wǎng)最弱邊相對中誤差 表2
�。ㄈ┚帉�(xiě)技術(shù)設計書(shū)
根據測量任務(wù)需要，收集測區范圍既有的測量資料、有關(guān)地形圖、圖、測區總體建設規劃和近期發(fā)展方面資料，進(jìn)行資料分析研究，必要時(shí)進(jìn)行實(shí)地勘察，按照最優(yōu)化原則進(jìn)行室內圖上設計。同時(shí)，根據控制網(wǎng)的精度設計要求編寫(xiě)技術(shù)設計書(shū)，技術(shù)設計書(shū)應包含如下內容：
※ 項目來(lái)源：介紹項目的來(lái)源、性質(zhì)。
※ 測區概況：介紹測區的位置、氣候、人文、發(fā)展狀況、交通條件、通訊條件等。
※ 工程概況：介紹工程目的、作用、要求、等級（精度）、完成時(shí)間等。
※ 技術(shù)依據：介紹作業(yè)所依據的測量規范、工程規范、行業(yè)標準等。
※ 施測方案：介紹測量所采用的儀器、采取的布網(wǎng)方法等。
※ 作業(yè)要求：介紹外業(yè)觀(guān)測時(shí)的具體操作規程、技術(shù)要求等，包括儀器參數的設置（如采樣率、截止高度角等）、對中精度、整平精度、天線(xiàn)高的量測方法及精度要求等。
※ 觀(guān)測質(zhì)量控制：介紹外業(yè)觀(guān)測的質(zhì)量要求，包括質(zhì)量控制方法及各項限差要求等。
※ 數據處理方案：說(shuō)明詳細的數據處理方案，包括基線(xiàn)解算方法、網(wǎng)平差處理方法等。
技術(shù)設計書(shū)經(jīng)過(guò)總工程師審批后即生效，后續所有工作都必須按照技術(shù)設計書(shū)設計的要求進(jìn)行生產(chǎn)實(shí)施。
三、外業(yè)施測
�。ㄒ唬┻x點(diǎn)埋石
GPS控制網(wǎng)點(diǎn)位選擇應符合技術(shù)設計的要求，點(diǎn)位基礎堅實(shí)穩定、易于長(cháng)期保存、方便觀(guān)測，視野開(kāi)闊、交通方便，并應遠離大功率無(wú)線(xiàn)電發(fā)射源。利用舊點(diǎn)時(shí)，應檢查舊點(diǎn)的穩定性、可靠性和完好性，符合技術(shù)設計要求的方可使用。
城市各級GPS控制網(wǎng)可參照下圖所示選用相應的標石類(lèi)型。如C級、D級、E級選用Ⅰ類(lèi)、Ⅱ類(lèi)、Ⅲ類(lèi)，一級、二級選用Ⅳ類(lèi)。埋石時(shí)，各層標志中心嚴格在同一鉛垂線(xiàn)上，其偏差不得大于2毫米。強制對中裝置的對中精度不得大于1毫米。
選點(diǎn)、埋石結束后應繪制GPS點(diǎn)之記和GPS控制網(wǎng)選點(diǎn)圖。如點(diǎn)位周?chē)懈哂?0°障礙物時(shí)應繪制該點(diǎn)的點(diǎn)位環(huán)視圖。
�。ǘ〨PS外業(yè)觀(guān)測
GPS控制網(wǎng)外業(yè)觀(guān)測時(shí)，作業(yè)人員應參照表3靜態(tài)觀(guān)測基本作業(yè)技術(shù)要求來(lái)執行。天線(xiàn)對中誤差不應大于3毫米，基座圓水準氣泡必須居中，觀(guān)測前后在天線(xiàn)互為120°方向上量取天線(xiàn)斜高，互差應小于5毫米。開(kāi)機后把測站相關(guān)信息輸入GPS接收機并做外業(yè)觀(guān)測記錄。
四、內業(yè)數據處理
�。ㄒ唬〨PS基線(xiàn)向量解算
各級GPS控制網(wǎng)基線(xiàn)解算可采用隨機配備的商用軟件或經(jīng)有關(guān)部門(mén)試驗鑒定過(guò)的基線(xiàn)解算軟件進(jìn)行GPS基線(xiàn)向量解算�；�(xiàn)解算后應按以下指標進(jìn)行質(zhì)量檢核。
1、重復基線(xiàn)長(cháng)度較差ds應滿(mǎn)足下式要求：
2、同步環(huán)坐標分量及環(huán)線(xiàn)全長(cháng)閉合差應滿(mǎn)足下式要求：
3、異步環(huán)坐標閉合差應滿(mǎn)足下式要求：
式中：n：閉合環(huán)邊數；
б：相應級別規定的精度（按實(shí)際平均邊長(cháng)計算）。
（二）GPS控制網(wǎng)平差計算
1、三維無(wú)約束平差
各級GPS網(wǎng)整體平差計算可采用隨機配備的商用軟件或經(jīng)有關(guān)部門(mén)試驗鑒定的商用平差軟件進(jìn)行平差計算。在基線(xiàn)向量檢核符合要求后，以三維基線(xiàn)向量及其相應方差——協(xié)方差陣作為觀(guān)測信息，以一個(gè)點(diǎn)的WGS-84系下三維坐標作為起算依據，進(jìn)行GPS控制網(wǎng)三維無(wú)約束平差。三維無(wú)約束平差報表須提供各點(diǎn)在WGS-84系下的三維坐標、各基線(xiàn)向量及其改正數和其精度信息�；�(xiàn)分量的改正數絕對值應滿(mǎn)足下式：
否則，認為該基線(xiàn)或其附近的基線(xiàn)存在粗差，應在平差中采用軟件提供的自動(dòng)方法或人工方法剔除，或者重新解算不合格的基線(xiàn)，直至上式滿(mǎn)足為止。
2、二維約束平差
利用三維無(wú)約束平差后可靠的觀(guān)測量，根據實(shí)際要求選擇在WGS-84坐標系、國家坐標系或地方獨立坐標系下進(jìn)行三維約束平差或二維約束平差。在約束平差計算中，可以對已知點(diǎn)坐標、已知距離和已知方位進(jìn)行強制約束或加權約束。約束平差成果報表中應輸出約束平差計算后的坐標、基線(xiàn)向量改正數、基線(xiàn)邊長(cháng)、方位、轉換參數及其相應的精度信息。在約束平差計算中，基線(xiàn)分量的改正數與經(jīng)過(guò)粗差剔除后無(wú)約束平差結果的同一基線(xiàn)其相應改正數的絕對差值應滿(mǎn)足下式：
否則，認為作為約束的已知坐標、已知距離、已知方位中可能存在一些誤差較大的值，因此，需要采用自動(dòng)或人工的方法剔除這些誤差較大的約束值，直至上式滿(mǎn)足為止。
3、GPS高程擬合
在三維無(wú)約束平差計算后，根據軟件的功能和聯(lián)測已知水準數據的數量選擇適當的高程擬合模型進(jìn)行高程擬合計算。
（三）成果整理及檢查驗收
GPS內業(yè)數據處理完成后應按技術(shù)設計書(shū)的要求進(jìn)行項目成果整理。成果整理包括對平差計算手簿、成果表、GPS構網(wǎng)圖、點(diǎn)之記、技術(shù)等相關(guān)資料進(jìn)行打印裝訂，刻錄數據光盤(pán)并標注內容。
成果整理完成后應送質(zhì)量監督檢查部門(mén)進(jìn)行產(chǎn)品檢查驗收，經(jīng)質(zhì)量監督檢查部門(mén)檢查驗收評定合格且經(jīng)過(guò)作業(yè)中隊按照驗收意見(jiàn)進(jìn)行徹底修改完善后，方可將測量成果上交用戶(hù)使用。
【城市GPS控制網(wǎng)施測質(zhì)量控制措施探討】相關(guān)文章：
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