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1、GPS技术在南宁-合浦C级GPS网测量中的应用廖超明1 班统元2（1广西测绘局国土测绘处 2广西第一测绘院）【摘要】广西测绘局从1997年开始，应用GPS技术在我区进行C级GPS网施测，现已取得显著成绩。作者结合生产实践，介绍了GPS技术应用于C级GPS网施测中的作业流程、精度分析方法和工作体会。【关键词】GPS技术 C级GPS网 二维约束平差 GPS高程拟合1 概述我区平面控制网，特别是高等级平面控制网，均是50年代末、60年代初施测的，至今已有40多年。限于当时的测量条件，一、二等三角网布设得较稀疏，并且遭受各种自然因素和人为因素的破坏，现已难以满足我区经济建设的需要。为此，应用GPS技术
2、在我区布设新一代、高等级控制网C级GPS网，同时联测部分旧一、二、三等三角点，更新改造原来一、二、三等三角点，以满足我区经济建设的需要。广西测绘局从1997年开始到现在，先后布设“南宁合浦”、“桂林贺州”、“梧州玉林”、“河池柳州”、“凭祥南宁”、“百色河池”六个测区C级GPS网，现已覆盖全区。每个测区跨经度、纬度都在2度左右，控制面积近4万平方公里。现以“南宁合浦C级GPS网”为例，介绍GPS技术在施测高等级控制网的作业流程、精度分析方法。2 GPS控制网布设21内业设计“南宁合浦C级GPS网”严格按照1992年中华人民共和国测绘行业标准全球定位系统（GPS）测量规范（CH2001-92）要
3、求设计，按照项目设计书要求，全网共布设93个点。为了更新改造旧三角点，并为GPS高程拟合计算提供高程起算数据，全网设计联测一等三角点13座，A、B级GPS点10座，二、三等三角点6座，、等水准点22座。22技术指标按照规范要求，选用Trimble 4000 SSE系列双频GPS接收机进行观测，接收机标称精度：5mm+1ppm。外业观测技术指标如下：卫星高度角15；数据采样率15；有效观测卫星数4个；同步观测时间：90120分钟；平均重复设站数2；最简异步环边数6；点位几何图形强度因子PDOP6。23作业方式用3台GPS接收机进行同步观测，以边连结方式和点连结方式进行同步观测。用网环路和子环路构
4、成闭合式的GPS网，以便及时计算同步环和异步环坐标分量闭合差，有利于及时发现数据采集过程中出现的数据质量问题，并在测区及时进行补测。3 数据处理及精度分析3.1基线解算在GPSurvey 2.35 v软件平台上进行基线解算。由于卫星信号在传播过程中受到电离层折射、对流层折射、多路径效应等因素影响，使观测数据含有误差，尤其是在下午进行长基线观测时，卫星观测数据质量都较差。解算这种基线数据时，需要通过删卫星、删时间、选择不同误差改正模型等方法进行人工干预解算基线。然后，根据基线解算报表给出的相对质量指标（RMS值、RATIO值、Reference Variance值）来判断该基线成果可靠性。根据实
5、践经验，评定C级GPS网基线成果的相对质量指标范围如下：RMS0.09，RATIO3，Reference Variance5。在剔除含有较大误差的多余基线向量后，全网共获得符合相对质量指标的独立基线227条。3.2基线质量分析在PowerADJ3.0v平差软件平台上进行基线预处理，计算基线的半相对半绝对质量指标同步环闭合差和绝对质量指标异步环闭合差、重复基线闭合差。全网共计算同步环85个、重复基线5条、异步环54个，基线精度统计分析如下表（1）：表（1）基线精度统计表 总数01ppm百分比12ppm百分比同 步 环8585100%00重复基线5480%120%异 步 环544583.3%916
6、.7%由上表（1）分析可知，全网基线成果符合规范的精度要求。3.3平差计算与精度分析在PowerADJ3.0v平差软件平台上进行网平差计算。首先，在WGS-84坐标系下进行三维无约束平差计算；然后，在国家1980西安坐标系下进行二维约束平差。3.3.1三维无约束平差在WGS-84坐标系下进行三维无约束平差，主要是对GPS网进行内部精度分析、粗差分析和网的单位权方差因子估计，提取纯净基线构网。通过多次试探分析，剔除网内含有较大误差的6条基线。把精选的221条基线全部参与三维无约束平差，以8号点作为松弛约束点，得到三维无约束平差成果。成果精度统计如下表（2）、表（3）：表（2）基线及点位精度统计表
7、 最优最差平均值基线相对误差01/2670231/2531570点位误差(cm)1.455.793.11表（3） 三维坐标分量精度统计表 最优(cm)最差(cm)平均值(cm)X0.812.391.22Y1.395.062.57Z0.843.321.69由表（2） 、表（3）分析可见，三维无约束平差最弱边长相对中误差为1/267023，平均边长相对中误差为1/253万，完全符合C级GPS网最弱边长相对中误差限差要求。点位中误差只有56号点相对较弱，超过5cm，平均点位中误差3.11cm。由上述分析可知，整个GPS网内部符合精度完全达到C级GPS网的精度要求。3.3.2二维约束平差坐标系统：国家
8、1980西安坐标系。中央子午线：东经111度，19分带。以全网联测的13个一等三角点作为起算点，经过多次组合试算、人工分析、以及借助软件分析功能，最后选择一组由9个一等三角点作为起算点，进行二维约束平差。这9个点之间兼容性较好，其中有6个点分布在全网的四个角，有3个点分布在网的内部（起算点分布如附图（一），很好地控制整个网，满足从WGS-84坐标系到国家1980西安坐标系转换参数求解要求。二维平差成果基线及点位精度统计分析如表（4）、表（5）：表（4）基线及点位精度统计表最优最差平均值基线相对误差1/67209571/2948811/1332502点位误差(cm)1.185.803.35表（5
9、） 点位误差区间统计表点位误差区间(cm)03.03.05.05.06.0点 数49341比 例58%41%1%全网二维约束平差后最弱边长相对中误差为1/294881，平均边长相对中误差为1/133万，全网边长相对中误差精度符合限差要求。点位中误差除56号点精度稍弱外，全网99%的点的点位中误差小于5cm。本网二维约束平差成果精度完全达到C级GPS网设计精度要求。3.3.3新、旧成果比较分析把不参与二维约束平差的8个、等三角点的新、旧坐标分量作较差比较，比较分析如表（6）：表（6） 新、旧坐标分量较差表 点 名较 差(m)备 注点 名较 差(m)备 注那雷后背山0.010.62 等通天岭0.0
10、30.07锁母鸡顶0.020.04等石子岭0.090.01补中吾山0.290.19等尖笔岭0.020.05补斗鸡岭0.080.01等望海嶂0.010.02 补由以上8个旧三角点新、旧坐标较差分析可知，除了2个等点的新、旧坐标有较大偏差外，余下6个点的较差都在几个厘米，并且6个点均匀分布全网。二维约束平差计算时，平差软件自动剔除那雷后背山和中吾山，使其不参与约束平差，在表（6）分析中也可看到这2个点与另外的一等三角点存在不兼容性。3.3.4GPS高程拟合高程基准：1985国家高程基准。GPS高程拟合方法：附加地形改正的曲面拟合法。本网联测四等精度以上水准点22座，且分布均匀，其中高程最高为224
11、m，最低为3m，平均每隔4座GPS点就联测1座水准点。通过22个水准点正常高H85与三维平差得到的同名点大地高H84作比较，可知本测区高程异常值变化趋势呈西北向东南逐渐变大，在沿海一带值变化缓慢。经过反复多次试算分析，最后全网GPS高程拟合计算以其中17座水准点作为高程起算点，其余5座水准点作为检核点。GPS高程拟合成果外符合精度4.0cm，内符合精度12.5cm，相对大范围长边网而言，该GPS高程拟合成果精度应该算较好的。把5座水准检核点新、旧高程值进行较差分析，如下表（7）。表(7) 新、旧高程值较差表 点 名较 差(m)备 注点 名较 差(m)备 注西郁80+.015蝴蝶地+.004平钦
12、33+.059付南桥-.044南廉33+.0504. 体会4.1应用GPS技术施测大范围、高等级控制网，效率高，精度好。4.2出测前，应进行卫星可见预报分析，做好GPS网测量方案。4.3内业数据处理时，用相对质量指标、半相对半绝对质量指标、绝对质量指标来评定基线解算质量，要彻底解好基线，然后才能进行整网平差计算和GPS高程拟合计算。4.4施测GPS控制网时，常会遇到所联测已知点之间不兼容的情况，应该对已知控制点进行分析，避免因为起算点不兼容而引起GPS网变形，降低GPS网平差成果精度。4.5在高程异常变化较缓慢的测区，采用联测几何水准方法进行GPS高程拟合计算，GPS高程拟合成果是可达到等外水准测量成果精度；4.6施测长边GPS控制网，应选用双频GPS接收机。双频GPS接收机可以有效削弱电离层折射影响，同时能有效探测和修复整周跳变。附图（一）参考文献：1 徐绍铨GPS测量原理及应用，武汉大学出版社，20022 4000 SSE GEODETIC SYSTEM SURVEYOR OPERATION MANUALTrimble Navigation ,19923 刘大杰，全球定位系统（GPS）原理与数据处理，同济大学出版社，1996
