GPS技术在地籍控制测量中的应用

论文导读：的GPS技术所代替。本项目控制测量布设了四等GPS点19个。应用实例，GPS技术在地籍控制测量中的应用。
关键词：GPS，控制测量，应用实例
 

1 概述

全球定位系统(Global Positioning System，简称GPS),20世纪80年代以来，随着GPS定位技术的出现和不断发展完善，使测绘定位技术发生了革命性的变革，为工程测量提供了崭新的技术手段和方法。长期以来用测角、测距、测水准为主体的常规地面定位技术，正在逐步被以一次性确定三维坐标的、高速度、高效率、高精度

的GPS技术所代替，同时定位范围已从陆地和近海扩展到海洋和宇宙空间；定位方法已从静态扩展到动态；定位服务领域已从导航和测绘领域扩展到国民经济建设的广阔领域。对经典大地测量学的各个方面产生了极其深刻的影响，它在大地测量学及其相关学科领域，如地球动力学、海洋大地测量学、地球物理探测、资源勘探、航空与卫星遥感、地下工程变形监测、运动目标的测速以及精密时间传递等方面的广泛应用,充分显示了GPS卫星定位技术的高精度和高效益。

2 GPS简介

2.1 GPS构成。GPS主要由空间卫星星座、地面监控站及用户设备三部分构成。

2.1.1 GPS空间卫星星座由21颗工作卫星和3颗在轨备用卫星组成。24颗卫星均匀分布在6个轨道平面内，轨道平面的倾角为55。，卫星的平均高度为20200km，运行周期为11h58min。卫星用L波段的两个无线电载波向广大用户连续不断地发送导航定位信号，导航定位信号中含有卫星的位置信息，使卫星成为—个动态的已知点。在地球的任何地点、任何时刻，在高度角15。以上，平均可同时观测到6颗卫星，最多可达到9颗。

2.1.2 GPS地面监控站主要由分布在全球的—个主控站、三个注入站和五个监测站组成。主控站根据各监测站对GPS卫星的观测数据，计算各卫星的轨道参数、钟差参数等，并将这些数据编制成导航电文，传送到注入站，再由注入站将主控站发来的导航电文注入到相应卫星的存储器中。

2.1.3 GPS用户设备由GPS接收机、数据处理软件及其终端设备(如计算机)等组成。GPS接收机可捕获到按一定卫星高度截止角所选择待测卫星的信号，跟踪卫星的运行，并对信号进行交换、放大和处理，再通过计算机和相应软件，经基线解算、网平差，求出GPS接收机中心(测站点)的三维坐标。

2.2 GPS定位原理。CPS定位是根据测量中的距离交会定点原理实现的。如上图所示，在待测点Q设置GPS接收机，在某一时刻tk同时接收到3颗(或3颗以上)卫星S1、S2、S3所发出的信号。通过数据处理和计算，可求得该时刻接收机天线中心(测站点)至卫星的距离ρl、ρ2、ρ3。根据卫星星历可查到该时刻3颗卫星的三维坐标(Xi，Yj，Zj)，j=l，2，3，从而由下式解算出Q点的三维坐标(X，Y，Z)：

ρ2l=(X-Xl)2+(Y-Yl)2+(Z-Zl)2

ρ22=(X-X2)2+(Y-Y2)2+(Z-Z2)2

ρ23=(X-X3)2+(Y-Y3)2+(Z-Z3)2

2.3 GPS测量的技术特点。论文发表，应用实例。论文发表，应用实例。

2.3.1 测站之间无需通视。测站间相互通视一直是测量学的难题。GPS这一特点，使得选点更加灵活方便。论文发表，应用实例。但测站上空必须开阔，以使接收GPS卫星信号不受干扰。

2.3.2 定位精度高。一般双频GPS接收机基线解精度为5mm+lppm，而红外仪标称精度为5mm+5ppm，GPS测量精度与红外仪相当，但随着距离的增长，GPS测量优越性愈加突出。大量实验证明，在小于50公里的基线上，其相对定位精度可达12×10-6，而在100～500公里的基线上可达10-6～10-7。

2.3.3 观测时间短。采用GPS布设控制网时每个测站上的观测时间一般在30～40min左右，采用快速静态定位方法，观测时间更短。例如使用Timble4600LS接收机的RTK法可在5s以内求得测点坐标。

2.3.4 提供三维坐标。GPS测量在精确测定观测站平面位置的同时，可以精确测定观测站的大地高程。

2.3.5 操作简便。GPS测量的自动化程度很高。目前GPS接收机已趋小型化和操作傻瓜化，观测人员只需将天线对中、整平，量取天线高打开电源即可进行自动观测，利用数据处理软件对数据进行处理即求得测点三维坐标。而其它观测工作如卫星的捕获，跟踪观测等均由仪器自动完成。

2.3.6 全天候作业。GPS观测可在任何地点，任何时间连续地进行，一般不受天气状况的影响。

3 GPS系统在地籍控制测量工作中的应用

3.1工程项目及布网方案。论文发表，应用实例。台州市路桥区地籍控制测量。其基础控制（GPS四等）测量为路桥中心城区约60km2范围。四等 GPS点19个，其中新布设点2个，编号D0901、D0902，其他17个采用2003年布设的老点，编号采用原点名，联测GPS A级点1个及GPS C级点4个，四等网共实测24个，本次外业数据采集采用6台美国天宝GPS4600LS以静态模式观测。论文发表，应用实例。

3.2作业依据。《全球定位系统城市测量技术规程》(CJJ73-97)；《城市测量规范》(CJJ8—99)；本项目技术设计书。

3.3已有资料成果的利用。路桥区范围内的1:1万正射影像图；测区内1个GPS A级点台州市（A019）及4个GPS C级点黄岩、西山金、上林、路桥作为四等控制网的平面起算数据。

3.4坐标系统。①平面坐标：采用1980西安坐标系，中央子午线121度30分。②高程基准：采用1985国家高程基准（二期）。

3.5起算成果。①平面起算数据：起算数据根据省测绘资料档案馆提供的1个GPSA级点及4个GPS C级点；成果为1980西安坐标系，中央子午线123度，经COORD程序转换为中央子午线121度30分。②高程拟合起算数据：高程系统采用1985国家高程基准（二期），以1个二等水准点及3个四等水准点作为高程拟合起算数据，由于部分四等点在房顶或山头不便于施测水准，则采用拟合高程。

3.6 GPS网图形结构。为充分保证控制网精度，本项目控制测量布设了四等 GPS点19个， GPS网采用网、边联式布网方法，共实测了24个点，参与平差基线向量101条，多基线网中最长基线12397.357m(下水龟～黄岩），最短基线1410.122 m(下庄卢～凉溪),其图形结构主要技术指标见下表一，为全面加强测网图形强度以提高成果精度，增加检核条件，网中布设了11条复测边。

GPS网图形结构主要技术指标表一：

3.7数据采集及基线向量解算检核。

本次GPS野外数据采集使用六台美国天宝公司GPS4600LS单频接收机以静态模式进行观测。为方便记录使用，野外手簿仪器器具编号使用代码记录，其编号对应见下表二： 表二：

接收机标称精度最低为：平面5mm+1ppm、高程10mm+1ppm。观测过程中PDOP值不大于6，一般小于4，卫星高度角大于15°，有效卫星数大于4，一般大于5。观测时段长度均大于60分钟，数据采样间隔率为15秒，从而保证了较好的星座图形强度和数据采集量。天线高每时段前后各量取一次，互差小于3mm，取平均值记入观测手簿。

基线解算使用数据处理软件Gpsurvey 2.35处理，采用独立基线模式解算，处理后本网独立基线网平均基线边长为4.0885Km，其中网中最长基线12378.469m(螺洋～黄岩），最短基线1410.122 m(下庄卢～凉溪),经计算本网= =42.0900mm。全网共观测7个时段，本网选择多基线构成同步观测环52个, 异步观测环172个进行检核；同时又对独立基线构成31个环采用同济大学GPSNET软件进行检核，11条复测基线进行比较。检核数据见环闭合差分布统计、环闭合差精度统计；闭合环细节见环闭合差报告,其精度均满足《全球定位系统城市测量技术规程》的要求。

复测基线中长度较差均符合《全球定位系统城市测量技术规程》ds≤(其中d取网平均实际边长）的要求，复测基线较差最大值黄岩～桐屿 (ds=0.014m),允许限差为0.289m，小于限差要求，详见重复基线报告。

GPS网实际观测量主要技术指标统计 表三：

独立基线环闭合差分布统计 表六：

独立基线环闭合差精度分析表七:

3.8 平差计算。

3.8.1无约束平差：在基线向量解算结果各项指标符合要求后，采用天宝软件Trimble Geomatics Office 1.62进行平差,所取基线为独立基线。首先进行GPS基线网的无约束平差（最小约束平差），以GPS C级点路桥此点的平面和高程为固定点。无约束平差将更有效全面地考核GPS网的内部符合精度，并衡量已知点成果精度是否含粗差。测区GPS网无约束平差在WGS－84坐标系下进行，经x2(对整个观测量群)统计检验通过，各观测值t（对各观测元素）统计检验均通过，基线分量的改正数绝对值（V△x、V△y、V△z）均小于《全球定位系统城市测量技术规程》中相关要求,平差后单位权方差为1.0，观测值不含粗差。

3.8.2 约束平差：在无约束平差对观测值及已知数据全面检核通过后，进行GPS基线向量网的三维约束平差，以求得坐标系中的最终成果，本网采用1980西安坐标系，中央子午线121度30分，GPS网约束平差以1个GPS A级点及4个GPS C级点为平面约束值，测区以4个水准点为高程约束值,已知点成果见起算数据成果。无约束平差对控制网内部精度进行检核，精度良好;约束上述起算点后本网尺度比1.00000095，成果可靠作为本网的平面起算数据。约束平差x2统计检验通过，57条基线观测值t检验获通过，平差后单位权方为1.0，各基线向量改正数与无约束平差结果同一基线相应改正数的较差的绝对值（dV△x、dV△y、dV△z）均小于《全球定位系统城市测量技术规程》中2σ要求，最弱边相对精度为1/141657(迎宾桥～路桥第一医院),基线长1442.313m，边长改正数为0.010m,本网最弱点位中误差为0.014m(路桥第一医院),均符合精度限差要求。

4 结束语

本文通过对GPS系统在地籍控制测量工作中的应用，总结出：①GPS作业有着极高的精度。非常适合国家大地点破坏严重区、地形条件困难地区、局部重点工程地区等。②GPS测量可以大大提高工作效率及成果质量。整个作业过程由徽电子技术、计算机技术控制，自动记录、自动数据预处理、自动平差计算．③GPS测量可以极大地降低劳动作业强度，减少野外砍伐工作量，提高作业效率。论文发表，应用实例。一般GPS测量作业效率为常规测量方法的3倍以上。④GPS高精度测量同高精度的平面测量一样，是GPS测量应用的重要领域。特别是在当前较不发达的山区进行测量时，往往由于这些地区地形条件的限制，实施常规的几何水准测量有困难，GPS高程测量无凝是一种有效的手段。

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