邓岳川， 于 洋， 邓大卫

黑洼水库地区是我校会峰校区规划建设的重点区域之一，由于地形起伏较大、植被覆盖较多，基础测绘资料较难获取，运用GPS技术建立该地区的测绘控制网，为该地区的地形图测绘及规划设计等工作奠定基础，具有非常实用的意义。本文以黑洼水库地区D级GPS平面控制网的布设和实施过程为例，探讨了GPS控制网的建立、外业数据采集、内业数据处理、精度分析等工作。

1 技术流程

结合GPS测量规范要求及测区实际情况，该GPS平面控制网的布设与实施的技术流程如图1所示：

图1 技术流程图

2 GPS平面控制网技术方案设计

结合《全球定位系统(GPS)测量规范》及测区实际情况，对本次GPS平面控制网的技术方案进行了设计。

2.1 测区概况

本次测区位于某城区以南的高校校园内，属于典型的丘陵地带。地处山腰，三面被山环绕，地形起伏较大，植被覆盖较多，测区多山及高大植被。测区范围呈不规则形状，范围面积约680亩。

测区内已经搜集到的控制点资料有：西安80坐标系下的GPS D级点5个。

2.2 GPS网形设计

本次GPS平面控制网布设采用边连式，每次使用3台接收机，这种布网方案，能保证网的几何强度，提高网的可靠指标。

点位布设：

1)利用测区内的五个已知控制点G0、G2、G3、G4和G6。

2)黑洼水库西侧及南侧，考虑以后加密控制的需要，故布设D级GPS控制点5个。

3)黑洼水库大坝(建)和办公楼附近，考虑施工控制网的精度所需的边长与角度之要求，故布设D级GPS控制点3个。

4)校区新建操场、篮球场附近，考虑施工控制网的精度所需的边长与角度之要求，并和新食堂附近的GPS控制点可以互相利用，布设D级GPS控制点1个。

GPS平面控制网的网形设计如图2所示：其中，H9点为后期补测，用虚线表示。

图2 GPS平面控制网的网形设计图

3 GPS平面控制网的实施

3.1 选点与埋标

黑洼水库地区树木茂盛，周边地区为山崖断面，多碎石。考虑到本次GPS平面控制网的用途，以及选点和埋石的原则，经过反复研究，最后确定在测区内布设14个GPS点，这14个点中，G0、G2、G3、G4和G6为已知点，建立普通标石。在埋设好标志后，为日后方便寻找点位，对每个点都制作了点之记，并绘制点位草图。其中点H3的点之记如表1所示：

表1 点H3的点之记

3.2 制定外业观测调度计划

根据GPS 平面控制网的网形设计要求，确定观测作业调度计划。3台GPS接收机分别为 编号为①、②、③号机。第1个时段先把①、②、③号接收机分别放到G0、G2、G3控制点进行观测。3台接收机同步进行观测，以最后架设完毕的GPS接收机开始观测时间为准，同步观测60分钟。然后，3台GPS接收机同时关机。②、③号接收机不动，①号接收机搬到H1点，再同步观测，如此下去。未标备注的为不搬动仪器，只在每个时段同时开关接收机。作业调度计划如图3所示：其中，H9点为后期补测。

图3 GPS观测作业调度计划图

3.3 GPS外业观测

观测的主要目的：捕获GPS卫星信号，并对其进行跟踪、处理和量测，以获得所需要的定位信息和观测数据。简要操作步骤：

(1)准备：采集数据开始前，在组长的指导下，根据作业调度方案来到指定区域的3个已知控制点上架设仪器。

(2)开始：各小组根据控制点位分布图，实地踏勘，找到自己需要测量的控制点。

(3)仪器架设：按照分配的任务，每个小组在需要测量的控制点位上架设GPS接收机，然后，连接好接收机的主机与天线的通讯电缆。此过程，应有3个小组分别位于3个不同点位，同时进行，完成架设工作。架设完成后，等待组长的观测指令。

(4)开机设置：仪器架设完成后，根据组长的观测指令，3个小组开启GPS接收机的电源，进入到接收机的软件操作主菜单，进行相关配置。输入“点号”和“天线高”，完成设置后，三台接收机同步进入数据采集的状态。

(5)数据采集：每个小组同步进行观测，每个点位的采集时间不得少于60分钟。并填写相关的实验记录表格。

(6)搬站：组长下达停止观测指令后，所有小组应同时停止观测，保存数据，并重新量测天线高。需要搬站的小组，关闭接收机电源，将仪器从三角架上安全拆除。然后，将仪器搬至下一个观测点位，到达后，按照第三步和第四步的要求进行仪器架设和设置，完成后，组长下达观测指令，三台接收机同时进行数据采集工作。

(7)结束：当任务完成后，按照组长的要求，3个小组结束观测，保存数据，关闭GPS接收机的电源，然后，将仪器从三角架上安全拆除，放入仪器箱。

仪器工作正常后，作业员及时(每隔15min)逐项填写测量手簿中各项内容。各个小组应准确如实填写外业观测记录表，记录表如表2所示：

表2 GPS静态数据采集记录表

4 数据处理

本次数据使用Leica Geo Office(简称LGO)软件进行数据处理，其过程大致可以分为以下几个步骤：数据传输、基线解算、网平差、坐标转换、评定精度等。

4.1 数据传输

(1)将接收机里的CF卡取出来，并把CF卡放到专用读卡器上；

(2)把读卡器的USB接口与计算机连接；

(3)从计算机上打开可移动磁盘，打开 “CF-卡”文件夹里的“DBX”文件夹，找到作业的文件名，拷贝到计算机上。共有11个文件。因有3台接收机进行工作，为避免数据混淆，以每台接收机的编号分别建立一个文件夹，并将其数据拷贝其中。

4.2 基线解算

(1)导入原始数据。打开LGO软件，新建一个项目，把原始数据输入到项目中；进入“查看/编辑”视图可以查看图中的点信息是否正确，若正确，则进行下一步“GPS-处理”；若不正确，则进行改正。

(2) 基线解算。基线解算的过程一般是自动进行的，无需过多的人工干预。解算完毕之后，检查模糊度状态，确定其都为“是”。之后在数据区域单击鼠标右键，选择“存储”。 点击“查看/编辑”查看生成GPS控制网的基线图，如图4所示。

图4 GPS控制网的基线图

4.3 GPS控制网平差

使用LGO软件进行GPS网平差的具体操作过程如下：

(1)根据基线解算的结果，选择“平差”；

(2)平差计算结束后，单击鼠标右键，在数据视图区域的空白处单击鼠标右键以此选择选择“预分析”、“网平差计算”、“计算闭合环”进行平差计算；

(3)在“结果”中选择“网”，可以查看平差报告。如图5所示：F-检验的数值已打勾，表示平差结果符合要求，数据已合格。F-检验临界值与F-检验的数值非常接近，表示数据精度较高。

图5 GPS控制网平差报告

4.4 坐标转换

本次测区是黑洼水库地区，整体的范围较小，用一步法进行转换比较合适，已知数据为5个西安80坐标系统下的控制点。具体转换过程如下：

(1)配置坐标转换参数集。首先，在坐标转换之前，新建一个项目，用来存放已知点的当地坐标，新建项目要区分原项目名称；其次，在该项目中新建点，新建五个已知点(G0、G2、G3、G4和G6号点)并输入该已知点的名称和当地坐标信息；再次，当已知点信息输入完成后，打开“工具”选择“基准/投影”，选择要进行转换的项目和数据，完成后点击“匹配”，在出现的界面中右击，选择“配置”，在出现的对话框中“转换类型”选择“一步法”、“高程模式”选择“正高”然后点击“确定”。因为点名一致，则可以单击鼠标右键，在下拉菜单上选择“自动匹配”；最后，把匹配后的点进行存储，建立坐标转换的转换参数集，进行坐标转换。

(2)坐标转换。返回到原始数据所在项目，新建立的转换参数自动添加到原始数据所在项目的坐标系统中，打开原始数据所在项目，选择“点”进行查看，然后点击“Local”和“格网坐标”按钮，并保存输出控制点坐标。

4.5 精度评定

本次黑洼水库地区GPS平面控制网共有14个控制点，其中已知点5个，待求点9个。卫星截止高度角为15°，观测有效卫星数均大于6，，重复设站次数为2.5次，各个观测时段长度均大于60分钟，数据采样间隔为15秒，几何图形强度因子(GDOP)均小于3。本次GPS平面控制网的网形主要指标如表3所示。

表3 黑洼水库地区GPS平面控制网的网形结构的主要指标

全网基线解算后，计算出同步环、异步环和复测基线闭合差及其限差。黑洼水库地区GPS平面控制网共生成11个同步环，各环闭合差如表4所示：

表4 黑洼水库地区GPS平面控制网同步环闭合差

由上表可知：同步环闭合差在0-5mm之间的有7个，占同步环总数的64%；在5-10mm之间的有4个，占同步环总数的36%；由同步环检核可知：同步环闭合差最大的为9.8mm，其相对精度为0.0098/999.4360 =1/102380；最小1.1mm，相对精度为0.0011/720.2325 =1/636518；小于限差1/45000的要求。说明在该网的GPS基线向量中，相位观测值不含有明显的周跳。

点位中误差可以评定待定点的点位精度，但它不能代表该点在某一任一方向上的位差大小。点位中误差及误差椭圆元素如表5所示：

表5 测站点位精度和误差椭圆元素

由以上统计数据得知，黑洼水库地区GPS平面控制网数据质量较好，观测精度达到预期要求。

5 结束语

此次测区为黑洼水库地区，地形起伏较大，植被覆盖较多，通视条件较差， GPS平面控制网从点位踏勘、选点、埋石、外业数据采集到数据处理历时15天，作业效率较高，是传统测量方法难以达到的。在建网过程中，其图形的选择不必考虑网中三角形的内角角度，各点之间无需通视，相对传统测量来说具有很大的灵活性。此次测量成果为校区建设及规划、学生测绘实习等提供了必要的起算数据。

[参 考 文 献]

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