GPS网技术设计-园林工程测量

GPS 控制网的技术设计是进行GPS 测量的基础。应根据用户提交的任务书或测量合同所规定的测量任务进行设计。其内容包括测区范围、测量精度、提交成果方式、完成时间等。设计的依据主要包括2009 年国家质量技术监督局发布的国家标准《全球定位系统（GPS）测量规范》、2010 年建设部发布的行业标准《全球定位系统城市测量技术规程》等。

1）各级GPS 测量的精度指标

各级GPS 测量中，相邻点间基线长度的精度用下式表示：

式中　σ——标准差，mm；

　　　a——固定误差，mm；

　　　b——比例误差系数；

　　　d——相邻点间的距离，mm。

《全球定位系统（GPS）测量规范》中将GPS 测量划分为6 个等级，分别是AA 级、A 级、B级、C 级、D 级和E 级。其中，AA 级主要用于全球性的地球动力学研究、地壳形变测量和精密定轨；A 级主要用于区域性的地球动力学研究和地壳形变测量；B 级主要用于局部形变监测和各种精密工程测量；C 级主要用于大中城市及工程测量的基本控制网；D、E 级主要用于中小城市、城镇及测图、地籍、土地信息、房产、物探、勘测、建筑施工等的控制测量。各等级GPS 网的主要技术要求应符合表7.1 的规定。

表7.1　国家GPS 网的主要技术要求

城市GPS 控制网的测量可按照1997 年建设部发布的行业标准《全球定位系统城市测量技术规程》执行，其主要技术参数见表7.2。

表7.2　城市GPS 控制网的主要技术要求

以上规范都要求相邻点间的最小距离应为平均距离的1/3~1/2；最大距离应为平均距离的2~3 倍。

2）基准设计

基准设计包括位置基准、尺度基准和方位基准。位置基准一般由给定的起算点坐标确定。尺度基准由地面电磁波测距边或已知点间的固定边确定，也可以由GPS 网中的基线向量确定。方位基准一般以给定的起算方位角确定，也可由GPS 网中的各基线向量共同来提供。

3）GPS 控制网图形

当用3 台或3 台以上的GPS 接收机进行同步观测时，由同步观测所获得的基线向量构成的闭合环，称为同步闭合环，简称同步环。理论上，同步环闭合差应为零，但由于有时各点GPS 接收机观测并不严格同步，数据处理软件不够完善以及计算过程中存在舍入误差等原因，同步环闭合差实际并不为零。同步环闭合差可以从某一侧面反映GPS 测量的质量，故有些规范中规定要进行同步环闭合差的检验。但由于许多误差（如对中误差、量取天线高时出现的粗差等）无法在同步环闭合环中得以反映，因此，即使同步环闭合差很小也并不意味着GPS 测量的质量一定很好，故有些规范中不做此项检验。

图7.7　N 台GPS 接收机同步观测所构成的同步图形

图7.8　GPS 独立基线向量的选择

由数条非同步观测获得的基线所构成的闭合环，称为异步环。由异步环形成的坐标闭合差称为异步环闭合差。异步环检验是衡量GPS 测量精度、检验粗差和系统误差的重要指标。

因此，为了确保GPS 观测成果的可靠性，各级GPS 网应布设成由独立基线向量构成的闭合图形。根据GPS 网的精度指标及完成任务的时间和经费等因素，闭合图形可以是三角形、多边形。当GPS 网中有若干个起算点时，也可以是由2 个起算点之间的数条GPS 独立基线向量构成的附合路线。(www.xing528.com)

（1）三角形网　三角形网的优点是网的几何强度好、抗粗差能力强、可靠性高，缺点是工作量大（图7.9）。

（2）多边形网　多边形网是以多边形（边数N≥4）作为基本图形所构成的GPS 网。采用多边形网时工作量较为节省，缺点是几何强度不如三角形网强，但只要对多边形边数N 加以限制，多边形网仍会有足够的几何强度（图7.10）。

（3）附合导线网　附合导线网的工作量也较为节省，缺点是几何强度一般不如三角形网和多边形网，但只要对附合导线的边数及长度加以限制，仍能保证一定的几何精度（图7.11）。

图7.9　三角形网

图7.10　多边形网

图7.11　附合导线网

《全球定位系统（GPS）测量规范》中对多边形的边数和附合导线的边数有如下规定（表7.3）：

4）图形设计中的注意事项

新布设的GPS 网应与附近已有的国家高等级GPS 点进行联测，联测点数不得少于2个。GPS 测量结果属于WGS-84 坐标系，为求得GPS 点在某一参考坐标系中的坐标，应与该坐标系中的原有控制点进行联测，联测点数不得少于3 个。GPS 直接精确测定的是大地高（基于参考椭球面），为了得到GPS 点的正常高（基于似大地水准面），应使一定数量的GPS 点与水准点重合，或对部分GPS 点联测其正常高高程。通过联测点基于参考椭球面的大地高和基于似大地水准面的正常高，采用平面或曲面拟合、三次样条等内插方法可求出其他点（未联测其正常高的GPS 点）的高程异常值ζ（由似大地水准面上的点经法线量测到参考椭球面的距离），进而得到其他点的正常高高程，又称为GPS 拟合高程。具体可参阅GPS 测量与数据处理相关的书籍。

表7.3　对闭合环和附合导线边数的规定