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1、高精度GPS控制网的建立与适用性初探赵攸忠 、 刘占林（南通市土地市场服务中心、南通市测绘院有限公司）【摘 要】本文主要介绍了建立洋口港GPS控制网的技术思路和方案，以及第一期控制网测量的平差结果，并对高精度GPS控制网的建立与适用性做了初步探讨。【关键词】控制网 GPS 二等水准 高程拟合1 前言江苏南通港洋口港区位于江苏省如东县东北侧的江苏省洋口港经济开发区，主要包括：面积约30km2的临港工业区、约12.6km长的黄海大桥、人工岛和码头。测区地势平坦，平均海拔高程约为5m。区域交通较为便利，水准线路经过的路段多为海堤，其平均高程约8m。测区气候温和，属亚热带湿润季风气候。洋口港区作为南通
2、港的一个重要组成部分，也是南通港从江港时代走向海港时代的重要标志，已列入省市重点开发项目。由于港口建设的紧迫需要，必须布设覆盖整个港区的工程控制网。由于黄海大桥、人工岛等远离陆地，需要分期实施，工程控制网也必须分期布设；且该工程对观测精度要求非常高，其中首级平面控制网测量精度：最弱点坐标中误差 mx、my分别不大于8mm；最弱边长相对中误差不低于1/25万；首级高程控制网测量精度：最弱点高程中误差 mh不大于3mm；每公里水准测量高差中数的偶然中误差不大于1mm。次级网最弱点坐标中误差 mx、my分别不大于15mm；最弱边长相对中误差不低于1/10万。因此该工程存在一定的技术难度。本文主要通过
3、对洋口港工程控制网的建立方案及实施情况进行探讨和分析，介绍了GPS技术在工程控制测量中的应用，希望与各位同仁互相交流，共同探讨，以不断提高技术水平。2 工程控制网基本方案目前，临港工业区一期围堰工程已经结束，陆海通道正在紧张施工，黄海大桥桥梁部分、人工岛和码头还未施工。在布设该工程控制网时，要充分考虑到陆域部分与海域部分不同的施工工期和施工特点；同时还需做好既从现实的微观上去考虑正在施工的部分，为其做好技术服务，又要从整体的宏观上去考虑远期需要建设的部分。因此根据本工程的特点，可以采用统一布网、分批布设、分期实施的方案：即首先建立陆域部分的首级（6个点）和次级平面控制网（4个点），并以布设的陆
4、域控制点为待定点布设首级高程控制网；黄海大桥桥墩施工时， 图一 洋口港首级GPS网布设示意图即与人工岛间布设二期控制网（加密首级点4个，次级点8个），并利用首级高程观测成果对海域控制点进行高程拟合，然后采用跨河水准测量技术分段进行长距离精密高程引测，同时加密次级高程控制网。图一、图二分别为洋口港平面控制首、次级网的分期实施示意图。平面控制采用GPS测量方法，布设成以边连接为主的混合网形式。其中，首级网观测等级为B级，次级网为C级。先布设第一期平面控制网，控制成果提交施工方使用；二期平面网布设时须与一期控制点和观测基线进行复测和检核，测量完成后，统一进行平差计算。待定点与起算点间尽量直接连接，以
5、减少推算边数，提高观测点的定位精度。GPS 观测基本技术要求如表一： 图二 洋口港次级GPS网布设示意图 表一项 目等 级卫星高度角（度）有效卫星数平均重复设站数时段长度（分钟）数据采样间隔（秒）几何图形强度因子PDOPB级1542240156C级154290156 首级高程控制网以二等水准精度施测，次级高程控制网以三等水准精度施测，作业方法及要求详见规范。首级高程控制网需联测测区附近两个国家二等水准点，以其中一个点作为起算点，另一点作为检核，即布设成独立水准网，以提高二等水准网内精度。水准路线构成结点网。为消除或削弱地面沉降过程中对水准点之间的不均匀沉降所产生的影响，用精密水准仪按区段进行往
6、返观测。黄海大桥施工前，先根据首级高程观测成果求解转换参数，对二期平面控制点进行高程拟合，然后再采用跨河水准测量技术分段进行长距离精密高程引测，并加密次级高程控制网。3 第一期工程控制网实施结果分析设计方案经业主批准后，本公司即组织第一期控制网施测。平面控制使用三台Trimble 5700 双频GPS接收机，高程控制使用蔡司Ni004 DS05型精密水准仪一套。施测前对各种仪器设备均进行检视、检验和校正，选派精干工程技术人员，并对其进行作业前的培训和技术交底。第一期平面控制网共布设B级GPS点6个、C级GPS点4个。B级GPS网观测基线网形为边连式，由9个同步环构成，有27条基线，平均基线长度
7、为6.8km,重复设站率为3.0（技术方案要求2.0）。基线解算及网平差采用美国天宝导航技术公司提供的GPS数据处理软件“Trimble Geomatics Office（ V1.6）”。解算基线时，卫星高度角设置为15度，有效卫星数4颗。采用单基线模式解算基线，采用符合要求的双差固定解作为最终成果。计算结果显示，10条复测基线最大较差为0.5cm（限差为2.8cm）；9个同步环中全长相对闭合差最大为0.5ppm（限差为3ppm）；10个异步环中，水平坐标分量最大为+0.9cm（限差为7.8cm），垂直坐标分量最大为+1.6cm（限差为5.2cm）；异步环中全长闭合差最大为1.6cm（限差为9
8、.0cm）。基线解算质量检验符合要求后，由若干异步环组合成平差计算网图，以一个点的WGS84系坐标为起算数据，进行WGS84坐标系下GPS网无约束平差。求得其余各点在WGS84系下的三维坐标，各基线向量三个分量的改正数，基线边长以及点位和边长的精度信息。无约束平差后，点位误差最大为0.3cm；各基线向量分量的改正数最大为+0.8cm（限差为2.9cm）；最弱边长相对中误差为1/112万。约束平差和无约束平差同名基线向量分量相应改正数的较差最大为0.3cm(限差为3.5cm)。约束平差后的最弱边长相对中误差为1/108万（限差为1/25万），最弱点坐标中误差 mx、my最大为0.5cm（限差为0
9、.8cm）；最弱点点位中误差为0.6cm。C级GPS网观测基线网形为边点混连式，构成7个同步环，21条基线，平均基线长度为2.9km,重复设站率为2.6（技术方案规定为2.0）。采用符合要求的双差固定解作为最终成果。计算结果显示，4条复测基线最大较差为0.3cm（限差为4.3cm）；7个同步环中全长相对闭合差最大为1.5ppm（限差为5ppm）；6个异步环中，水平坐标分量最大为+0.8cm，垂直坐标分量最大为+1.3cm，均小于技术方案规定的5.1cm的限差要求；异步环中全长闭合差最大为1.5cm（限差为9.0cm）。基线解算质量检验符合要求后，即进行WGS84坐标系下GPS网无约束平差。无约
10、束平差后，点位误差最大为0.7cm；各基线向量分量的改正数最大为+2.7cm，小于技术方案规定的9.2cm的限差要求；最弱边长相对中误差为1/40万。约束平差和无约束平差同名基线向量分量相应改正数的较差最大为1.3cm（限差2.9cm）。约束平差后，最弱边长相对中误差为1/23万（限差为1/10万），最弱点坐标中误差分量（ mx、my）最大为0.6cm（限差为1.5cm）；最弱点点位中误差为0.8cm。首级高程控制网观测采用电子手簿作为野外数据的采集工具。观测过程中严格执行操作规程，认真维护机内存贮数据，每天将数据通讯至微机一次，以防数据丢失。根据往返测高差不符值（测段数共13个）计算每公里水
11、准测量的偶然中误差为0.99mm(限差为1mm)。由于温度改正值非常小，可以忽略不计，故对观测高差进行了尺长改正和水准面不平行性两项改正，然后计算附合路线或环线闭合差，并根据环线闭合差计算每公里水准测量的全中误差为0.47mm（国家一、二等水准测量规范规定限差为2mm）。平差软件采用北京清华山维研制的“测量控制网平差处理系统”，平差模型为间接平差。平差后，最弱点高程中误差为1.7mm（限差为3mm）；每公里水准测量高差中数的全中误差为0.52mm（限差为2mm）。以上施测结果显示，第一期平面和高程控制网平差成果满足设计要求。4 高程拟合实验利用首级高程控制网测量成果，对次级网（即C级点）进行了
12、高程拟合实验。以B02、B04、B05三个点为高程起算点，进行GPS网平差。平差后，与二等水准成果比较，较差最大为-6mm，见下表： 表二点名GPS拟合高程（m）二等水准高程（m）较差（mm）C016.5386.534+4C025.5755.572+3C035.3495.344+5C045.7075.713-65 结论由于洋口港施工正在进行，部分项目还未开展，该工程控制网仍未完全建立，但从目前第一期施测结果来看，测量精度完全达到了业主的要求。高程拟合的结果也为今后海域部分控制网的施测提供了重要依据。参考文献1 徐绍铨 张华海 杨志强 王泽民 GPS测量原理及应用 武汉测绘科技大学出版社1997年2 城市测量规范CJJ 8-99 建设部颁布 1999年3 江苏南通港洋口港区工程控制网第一期B、C级GPS控制网及二等水准测量技术总结 南通市测绘院有限公司 2006年4 江苏南通港洋口港区工程控制网首级控制网布设方案及技术要求 南通市测绘院有限公司 2006年5 江苏南通港洋口港区工程控制网临港工业区次级控制网布设方案及技术要求 南通市测绘院有限公司 2006年
