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【摘 要】 GPS作为新一代测量技术，具有高精度、速度快、费用低、操做简便、全天候作业等优点，布网不受常规通视条件的限制，已成为建立高等级城市控制网的主要技术手段。本文就GPS在航测控制网中的应用情况加以探讨。
【关键词】 GPS;航测;控制网
一、工程概况
近几年来，随着经济的发展，城区规模不断扩大。为了满足城市规划建设的需要和建立城市基础地形图数据库，市政府决定采用数字化航测的方法更新城市大比例尺地形图。
二、航测GPS控制网布设的基本思路
1、规定，以投影长度变形不大于2.5cm/km为原则，满足城市1∶500地形图及工程测量的要求，在实地测量中无需进行投影变形改正。根据乌苏市的地理位置，考虑规划原有坐标系采用高斯正形投影平面直角坐标系统，并用城市平均高程面260m进行投影转换计算，所选择的投影带中央子午线经度為84°。同时应满足的条件：
（1）联测一定量的原城市控制网的旧点，以求得新旧坐标系统的转换参数;
（2）均匀布设一定数量的控制点，以保证最终的成图精度及城市规划建设测量的需要。
（3）测区边缘及中心地带选取一定数量四等以上的已知水准点，以满足高程曲面拟合的精度。
（4）为满足联测像控点的需要，测区内需布设一定数量的控制点，与首级网同步观测及平差。
（5）为城市测量的需要，边缘区加密一定数量的GPS点，并在首级网的基础上做二次平差。
结合上述条件，加之对交通、通讯条件和工作量的考虑，采用两级控制的方式：即首级GPS网为C级，由4个国家点组成中心点多边形网，以控制整个航测测区，并以国家Ⅱ等点做为C级网的起算点进行测量和平差，并利用一个国家Ⅱ等点和一个国家Ⅲ等点作为检核点。在此基础上布设三等GPS网进行加密测量及平差。三等GPS网以C级网4个点为起算点进行测量和平差，网中最短边2.6km，最长边为11.0km，平均边长5.5km，符合规范中规定的平均边长5.0km，边长相对中误差精度不低于1/8万，网中最弱相邻点点位中误差不大于±5cm。
三、GPS网测量
1、选点与埋石
在设计与现场踏勘的基础上，对点位的技术要求结合地形条件，进行GPS网的选点和埋石。三等GPS网应充分利用原有控制点的标石;新埋设控制点4个，标石规格按照规范要求埋设。此次布网联测原有控制点34个，新埋设控制点4个，共布设38个点位。三等GPS网各点之间以点、线连接的形式组成27个三角形，9个多边形，多边形的边数最多为5条边。网内最短边为2.6km，最长边为11.0km，平均边长为5.5km，共计84条边。测区内现存的24个二、三、四等已知水准点，经检查其标石标志符合要求，加之新布设的4个四等水准点，共计28个水准点也全部纳入了新布设的GPS网中，并进行观测和平差计算。
2、GPS网外业观测
C级GPS网观测采用的是美国阿什泰克公司生产的双频Z型接收机四台，标称精度：3mm+1ppm.D。施测时，4个点做同步环观测。考虑到观测点地处高山，路途遥远，观测时将其分为三个时段，第一、二时段观测时间为180分钟，第三时段观测时间为150分钟，卫星的高度角≥15°，接收卫星的颗数≥9颗，数据采样间隔为15秒，PDOP值﹤6，共完成了6条边的观测。三等GPS网观测采用南方单频GPS接收机9台，标称精度平面为：5mm+1ppm.D;高程精度为：17mm+1ppm.D。施测时，9台接收机对网中的55个点做了同步环和异步环观测;测区内现存的24个已知水准点和新布设的4个四等水准点也同时设站观测。静态观测时，卫星高度角机内自动设置为15°，接收卫星数大于4颗，采样间隔为10秒，时段长度60-90分钟，共完成了96条边的观测。
3、GPS数据处理与检核
由于受GPS接收机本身的限制，存在卫星与接收机之间的时钟误差和卫星轨道误差。另外，卫星信号的传播也受到电离层、对流层及多路径等环境影响，致使观测的质量降低。因此，在基线解算时，需要对观测数据有针对性的进行取舍，删除不理想的卫星观测信号，以满足具体条件下基线向量解算成果的质量。如修改历元间隔、起始历元、历元总数、卫星高度角、方差因子、有效历元等。全部基线通过所设置的各种检验误差限值后，对基线向量进行了复测边相对精度检验和独立闭合环闭合差检验。
四、GPS网高程测量
1、三、四等水准测量
根据技术设计要求，测区共布设三等GPS点11个。其中沿路三等GPS点进行三等水准联测，其余的进行四等水准联测。使用两台LeicaNA2水准仪;使用PCE500电子手簿进行记录。数据处理采用“清华山维数据处理系统”软件。外业共施测三等水准路线116.6km，四等水准路线51.7km。三等水准以一、二等水准点作为起算点。三等水准联测网共由1条附合路线和2个闭合环构成。往返测数据取平均值，作为测段观测值参与平差解算。
平差计算采用距离定权的方式进行平差。算得每公里水准测量偶然中误差为2.7mm;每公里水准测量全中误差为5.4mm;点最大高程中误差为15.1mm（对应点为SZ03）;测段最大高差中误差为9.7mm（对应测段为GD10—SZ03）。
四等水准共联测点11个，以三等水准点为起算点。四等水准联测网共由5个闭合环构成。经计算每公里水准测量偶然中误差为3.3mm;每公里水准测量全中误差为6.0mm;点最大高程中误差为14.0mm（对应点为GPS18）;测段最大高差中误差为9.8mm（对应测段为GD11—GD19）。由平差结果分析可知，各统计项符合规范和技术设计要求。
五、体会
1、应用GPS技术施测高等级城市控制网，实践证明有着极高的精度，它不受人为因素的影响。不要求测站间相互通视，速度快，不受环境和距离限制，可全天候观测，成本低，效率高。
2、野外数据采集是GPS测量的核心工作。制定周密的观测计划，作好卫星状况预报，选择好观测时间，编写作业调度表，对于顺利的完成观测任务，保障成果的精度，提高效益起到事半功倍的效果。
3、GPS网平差应对起算点进行内部复核性检核，选用精度高的起算点，舍去精度低的已知点，利用外部已知点进行检核，提高二维约束平差的整体精度。
4、GPS网的基线边长尽量保持均匀，不宜长短差距过大，保证网的精度均匀。施测长边GPS控制网，应尽量选用双频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。
5、高精度高程测量同高精度的平面测量一样，是GPS测量应用的重要领域。高程起算点应均匀分布于GPS网中，特别是网的边缘要有足够的高程起算点控制，从本次航测GPS控制网的高程精度看，采用三、四等水准测量高程精度是适宜的。
六、结束语
在我国GPS定位技术在城市测量领域得到了广泛的应用。由于CPS测量的高精度、高速度、通性强，便于操作，不受测边的长度和通视条件的限制，抗干扰能力强，可全天候作业等优点，而在城市控制网改造中，则更能显示出独特的优越性。因此，深受广大测绘工作者的青睐。
参考文献：
[1]城市测量规范CJJ8-99.北京：中国建筑工业出版社，2009.
[2]全球定位系统城市测量技术规程CJJ73-97.北京：中国建筑工业出版社，2007.
[3]全球定位系统（GPS）测量规范GB/T18314-2001.
【关键词】 GPS;航测;控制网
一、工程概况
近几年来，随着经济的发展，城区规模不断扩大。为了满足城市规划建设的需要和建立城市基础地形图数据库，市政府决定采用数字化航测的方法更新城市大比例尺地形图。
二、航测GPS控制网布设的基本思路
1、规定，以投影长度变形不大于2.5cm/km为原则，满足城市1∶500地形图及工程测量的要求，在实地测量中无需进行投影变形改正。根据乌苏市的地理位置，考虑规划原有坐标系采用高斯正形投影平面直角坐标系统，并用城市平均高程面260m进行投影转换计算，所选择的投影带中央子午线经度為84°。同时应满足的条件：
（1）联测一定量的原城市控制网的旧点，以求得新旧坐标系统的转换参数;
（2）均匀布设一定数量的控制点，以保证最终的成图精度及城市规划建设测量的需要。
（3）测区边缘及中心地带选取一定数量四等以上的已知水准点，以满足高程曲面拟合的精度。
（4）为满足联测像控点的需要，测区内需布设一定数量的控制点，与首级网同步观测及平差。
（5）为城市测量的需要，边缘区加密一定数量的GPS点，并在首级网的基础上做二次平差。
结合上述条件，加之对交通、通讯条件和工作量的考虑，采用两级控制的方式：即首级GPS网为C级，由4个国家点组成中心点多边形网，以控制整个航测测区，并以国家Ⅱ等点做为C级网的起算点进行测量和平差，并利用一个国家Ⅱ等点和一个国家Ⅲ等点作为检核点。在此基础上布设三等GPS网进行加密测量及平差。三等GPS网以C级网4个点为起算点进行测量和平差，网中最短边2.6km，最长边为11.0km，平均边长5.5km，符合规范中规定的平均边长5.0km，边长相对中误差精度不低于1/8万，网中最弱相邻点点位中误差不大于±5cm。
三、GPS网测量
1、选点与埋石
在设计与现场踏勘的基础上，对点位的技术要求结合地形条件，进行GPS网的选点和埋石。三等GPS网应充分利用原有控制点的标石;新埋设控制点4个，标石规格按照规范要求埋设。此次布网联测原有控制点34个，新埋设控制点4个，共布设38个点位。三等GPS网各点之间以点、线连接的形式组成27个三角形，9个多边形，多边形的边数最多为5条边。网内最短边为2.6km，最长边为11.0km，平均边长为5.5km，共计84条边。测区内现存的24个二、三、四等已知水准点，经检查其标石标志符合要求，加之新布设的4个四等水准点，共计28个水准点也全部纳入了新布设的GPS网中，并进行观测和平差计算。
2、GPS网外业观测
C级GPS网观测采用的是美国阿什泰克公司生产的双频Z型接收机四台，标称精度：3mm+1ppm.D。施测时，4个点做同步环观测。考虑到观测点地处高山，路途遥远，观测时将其分为三个时段，第一、二时段观测时间为180分钟，第三时段观测时间为150分钟，卫星的高度角≥15°，接收卫星的颗数≥9颗，数据采样间隔为15秒，PDOP值﹤6，共完成了6条边的观测。三等GPS网观测采用南方单频GPS接收机9台，标称精度平面为：5mm+1ppm.D;高程精度为：17mm+1ppm.D。施测时，9台接收机对网中的55个点做了同步环和异步环观测;测区内现存的24个已知水准点和新布设的4个四等水准点也同时设站观测。静态观测时，卫星高度角机内自动设置为15°，接收卫星数大于4颗，采样间隔为10秒，时段长度60-90分钟，共完成了96条边的观测。
3、GPS数据处理与检核
由于受GPS接收机本身的限制，存在卫星与接收机之间的时钟误差和卫星轨道误差。另外，卫星信号的传播也受到电离层、对流层及多路径等环境影响，致使观测的质量降低。因此，在基线解算时，需要对观测数据有针对性的进行取舍，删除不理想的卫星观测信号，以满足具体条件下基线向量解算成果的质量。如修改历元间隔、起始历元、历元总数、卫星高度角、方差因子、有效历元等。全部基线通过所设置的各种检验误差限值后，对基线向量进行了复测边相对精度检验和独立闭合环闭合差检验。
四、GPS网高程测量
1、三、四等水准测量
根据技术设计要求，测区共布设三等GPS点11个。其中沿路三等GPS点进行三等水准联测，其余的进行四等水准联测。使用两台LeicaNA2水准仪;使用PCE500电子手簿进行记录。数据处理采用“清华山维数据处理系统”软件。外业共施测三等水准路线116.6km，四等水准路线51.7km。三等水准以一、二等水准点作为起算点。三等水准联测网共由1条附合路线和2个闭合环构成。往返测数据取平均值，作为测段观测值参与平差解算。
平差计算采用距离定权的方式进行平差。算得每公里水准测量偶然中误差为2.7mm;每公里水准测量全中误差为5.4mm;点最大高程中误差为15.1mm（对应点为SZ03）;测段最大高差中误差为9.7mm（对应测段为GD10—SZ03）。
四等水准共联测点11个，以三等水准点为起算点。四等水准联测网共由5个闭合环构成。经计算每公里水准测量偶然中误差为3.3mm;每公里水准测量全中误差为6.0mm;点最大高程中误差为14.0mm（对应点为GPS18）;测段最大高差中误差为9.8mm（对应测段为GD11—GD19）。由平差结果分析可知，各统计项符合规范和技术设计要求。
五、体会
1、应用GPS技术施测高等级城市控制网，实践证明有着极高的精度，它不受人为因素的影响。不要求测站间相互通视，速度快，不受环境和距离限制，可全天候观测，成本低，效率高。
2、野外数据采集是GPS测量的核心工作。制定周密的观测计划，作好卫星状况预报，选择好观测时间，编写作业调度表，对于顺利的完成观测任务，保障成果的精度，提高效益起到事半功倍的效果。
3、GPS网平差应对起算点进行内部复核性检核，选用精度高的起算点，舍去精度低的已知点，利用外部已知点进行检核，提高二维约束平差的整体精度。
4、GPS网的基线边长尽量保持均匀，不宜长短差距过大，保证网的精度均匀。施测长边GPS控制网，应尽量选用双频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。
5、高精度高程测量同高精度的平面测量一样，是GPS测量应用的重要领域。高程起算点应均匀分布于GPS网中，特别是网的边缘要有足够的高程起算点控制，从本次航测GPS控制网的高程精度看，采用三、四等水准测量高程精度是适宜的。
六、结束语
在我国GPS定位技术在城市测量领域得到了广泛的应用。由于CPS测量的高精度、高速度、通性强，便于操作，不受测边的长度和通视条件的限制，抗干扰能力强，可全天候作业等优点，而在城市控制网改造中，则更能显示出独特的优越性。因此，深受广大测绘工作者的青睐。
参考文献：
[1]城市测量规范CJJ8-99.北京：中国建筑工业出版社，2009.
[2]全球定位系统城市测量技术规程CJJ73-97.北京：中国建筑工业出版社，2007.
[3]全球定位系统（GPS）测量规范GB/T18314-2001.