浅谈数字黄冈GPS基础控制网建网经验

数字黄冈 GPS 基础控制网布设设计完成后，接下来就进入基础控制网具体的布设阶段。下面我们就基础控制网的布设技术进行阐述。

1. 布设 GPS基础控制网的工作步骤

布设 GPS 基础控制网主要分测前、测中和测后三个阶段进行。

(1)测前工作

对于GPS基础控制网的建立，了解的主要内容包括：

①测区的位置。

测区地理位置在东经 114°49′26″～115°09′08″，北纬 30°24′15″～30°40′10″范围内，面积约 450 km

2（含中心城区）；测区内地势平坦，最高海拔高程约为 240 m，最低海拔高程约为 15 m，平均海拔高程约为 32 m。地形特征为平地。

②等级相对应的精度等级。

根据 CJJ73-97《全球定位系统城市测量技术规程》, GPS 控制网分为二等、三等、四等、一级、二级共五个等级，以上各级 GPS 控制网的主要技术指标规定见表 1 所示。

③本工程沿线已知点点位分布及坐标值。

根据 CJJ73-97《全球定位系统城市测量技术规程》的规定，搜集了测区内国家已知点分布情况等特征，全线共有 6 个国家级控制点（中央子午线为 114°00′），其坐标见表 2 所示。

所选取的控制点均远离无线电发射源，并且控制点位置无强烈干扰卫星信号接受的物体，避免了周围磁场对 GPS 接受卫星信号的干扰与影响。

④在开始进行外业测量之前，外业人员对测绘资料还进行了搜理。主要收集整理了测区内或附近可利用的已知点的资料（点志记、坐标等）和测区的地形图等。

(2)测量实施

具体布设 GPS 网时，应与附近的国家地面控制点联测，联测点数不少于 3 个，且均匀分布于测区中，另外，还应有若干国家高等级点做检查。四等 GPS 网测量接收机选用：中海达 GPS 仪器 V8 卫星接收机（标称精度为 1cm+1ppm）。四等 GPS 网测量观测方法采用静态测量，作业的基本技术要求：卫星截止高度角≥15°，同时观测有效卫星数≥4，有效观测卫星总数≥4，观测时段数≥1.6（即 60％的测站应再观测一个时段），时段长度≥45 min，数据采样间隔 10 s，时段中任一卫星有效观测时间≥15 min。

观测时应避免在接收机近旁使用无线通信工具。出测前要认真检校仪器。每时段观测仪器高最好不低于 1.3 m，观测前后各量取天线高一次，量至毫米，两次量高较差应不大于 3 mm，取平均值作为最后天线高。若较差超限，应查明原因，提出处理意见并记录在观测手簿记事栏内。

①本次 GPS 外业作业中，选点埋石和测量是分别由三批不同人员完成，因此，当负责 GPS 测量作业的队伍到达测区后，要对测区的情况作一个详细的了解。主要需要了解点位情况（位置、上点的难度等）、测区内经济发展状况、民风民俗、测量人员生活安排等。

本工程项目经过的集镇和村庄比较多，所以工作之前，我们搜集到了 2004 年的 1∶50000 航摄地形图，可作为设计、实地选点和工作安排使用。②由于本工程项目处于丘陵，天然林地较多，对于卫星信号影响较大，所以，我们提前根据测区的具体地理位置，以及最新星历，对卫星状况进行预报，作为选择合适的观测时间段的依据。所需预报的卫星状况有卫星的可见性、可供观测的卫星星时间变化的 PDOP值、随时间变化的 PDOP 值等。对于较多或较大障碍物的测站，还评估了障碍物对 GPS 观测可造成的不良影响。

③根据卫星状况、测量作业的进展情况、以及测区的实际情况，我们确定出具体的作业方案。严格按照CJJ73-97《全球定位系统城市测量技术规程》中有关四等 GPS 网测量规定的技术要求进行。

④各 GPS 观测小组在得到作业指挥员所下达的作业指令后，进行外业观测。在进行外业观测时，外业人员除了严格按照作业规范、作业指令进行操作外，我们还要对一些特殊情况，灵活地采取应对措施，如对在外业中有不开机、仪器故障和电源故障等情况作了应对性的方案。

⑤在一段外业观测结束后，我们要及时地将观测数据传输出来，并根据要求进行备份，在数据传输时对照外业观测记录检查所输入的记录是否正确。

⑥内业期间，对所获得的外业数据及时地进行处理，解算向量，并组织各个业务组组长对解算结果进行质量评估。根据基线解算情况作下一步 GPS 观测作业的安排。

（3）测后工作

在外业实施结束后，我们要对观测的数据进行处理，观测数据的处理过程大体分为：精加工、基线解算、坐标系统的的转换或与己有地面网的联合平差等基本步骤，最终得出网中各点的坐标成果。GPS 测量数据的测后处理，一般均借助相应的处理软件自动地完成。随着 GPS 技术的迅速发展，GPS 测量数据后，处理软件的功能和自动化程度已极大提高。

2. 布设 GPS基础控制网的几点准则

在本次“数字黄冈”GPS 网布网作业过程中，我们总结出以下几点准则：

（1）布点：根据城市规划发展的需要，本次布点按照城区一平方公里一个点，即两平方公里一对点布设，城郊店去按照两平方公里一个点，即四平方公里一对点布设。且在后期的城市规划建设中方便利用此次四等 GPS 点，要求每个四等 GPS 点至少需要一个通视方向，实际操作中，按照一对通视点布设 GPS 点。

采用同步图形扩展式布设 GPS 向量基线网的观测作业方式有：点连式、边连式、网连式和混连式，通过对时间效率、费用等综合因素考虑这几种作业方式，本次“数字黄冈”观测作业方式采用的边连式。

（2）选点：在实际选点过程中，为保证对卫星的连续跟踪观测和卫星信号的质量，我们测站上空应尽可能的开阔，在 10°～15°高度角以上不能有成片的障碍物。为减少各种电磁波对 GPS 卫星信号的干扰，在测站周围约 200 m 的范围内不能有强电磁波干扰源，如大功率无线电发射设施、高压输电线等。为避免或减少多路径效应的发生，我们选择的测站远离对电磁波信号反射强烈的地形、地物，如高层建筑、成片水域等。为便于观测作业和今后的应用，测站选在交通便利，上点方便的地方而且选在易于保存的地方。

（3)提高 GPS 网可靠性的方法：第一种方法，增加观测期数（增加独立基线数）。

在布设 GPS 网时，适当增加观测期数（时段数）对于提高 GPS 网的可靠性非常有效。因为，随着观测期数的增加，所测得的独立基线数就会增加，而独立基线数的增加，对网的可靠性的提高是非常有宜的；第二种方法，保证一定的重复设站次数，保证一定的重复设站次数，可确保 GPS 网的可靠性。

一方面，通过在同一测站上的多次观测，可有效地发现设站、对中、整平、量测天线高等人为错误；另一方面，重复设站次数的增加，也意味着观测期数的增加。不过，在实际观测过程中需要注意的是：当同一台接收机在同一测站上连续进行多个时段的观测时，各个时段间必须重新安置仪器，以更好地消除各种人为操作误差和错误；方法三，我们保证每个测站至少与三条以上的独立基线相连，这样可以使得测站具有较高的可靠性。在布设 GPS 网时，各个点的可靠性与点位无直接关系，而与该点上所连接的基线数有关，点上所连接的基线数越多，点的可靠性则越高；方法四是在布网时要使网中所有最小异步环的边数不大于 6 条，在布设GPS 网时，检查 GPS 观测值（基线向量）质量的最佳方法是异步环闭合差，而随着组成异步环的基线向量数的增加，其检验质量的能力将逐渐下降。

（4)提高 GPS网精度的方法：为保证 GPS 网中各相邻点具有较高的相对精度，我们对网中距离较近的点强行规定要进行同步观测，以获得它们间的直接观测基线。为提高整个 GPS 网的精度，在测设过程中，在全面网之上布设框架网，以框架网作为整个 GPS 网的骨架。在布网时要使网中所有最小异步环的边数不大于6 条。

在布设 GPS 网时，引入高精度激光测距边，作为观测值与 GPS 观测值（基线向量）一同进行联合平差，或将它们作为起算边长。我们采用高程拟合的方法，测定网中各点的正常高 / 正高，同时组成水准测量组，选定 GPS 点即为水准点，水准点的数量和控制点的数量一致。为提高 GPS 网的尺度精度，我们采用如下方法：增设长时间、多时段的基线向量。

（5)由于不要求所布设的 GPS 网的成果完全与旧成果吻合，我们一般选 3～5 个起算点，这样既可以保证新老坐标成果的一致性，也可以保持 GPS 网的原有精度。为保证整网的点位精度均匀，选择的起算点均匀地分布在 GPS 网的周围。而且在军用图上，我们选择的所有的起算点分布在网中两侧。

（6)在布设 GPS 网时，可以采用高精度激光测距边作为起算边长，激光测距边的数量可在 3～5 条左右，它们可设置在 GPS 网中的任意位置。但激光测距边两端点的高差不应过分悬殊。

（7）在布设 GPS 网时，可以引入起算方位，但起算方位不宜太多，起算方位可布设在 GPS 网中的任意位置。