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摘要:随着电子技术的发展，测绘科学由传统的作业方式逐步转换成现代技术的广泛应用，特别是近代卫星技术的发展，给测绘科学中的控制测量带来划时代的革命，由传统的三角网作业方式，转换为现代全球定位系统，GPS因其不可比拟的技术优势，迅速成为国内外测绘者的新宠，更成为各级工程控制网建立的主要方式。
关键词：GPS控制网，粗差探测，图形强度，高程拟合
中图分类号：F407.63 文献标识码：A 文章编号：
1、 GPS相对定位的概述
GPS相对定位，顾名思义，它测量的位置是相对于某一已知点的位置，而不是在WGS—84坐标系中的绝对位置。这就是说，它精确测定出两点间的坐标分量（△X，△Y，△Z）和边长（B）。这样，如果一点的绝对坐标已知，则根据这点的已知坐标计算出另一点的精确坐标。
在GPS相对定位中，至少要应用两台精密测地型GPS接收机。两台GPS接收机分别安置在基线的两端点，同步观测同一组GPS卫星，以求解出基线端点的相对位置或基线向量（如图1.1）。这一方法也可以推广到多台接收机同时在多个点上进行观测，以求解多条基线向量。由此可见，GPS相对定位不是直接求解绝对位置，而是求解两点之间的相对基线向量。
图1.1 GPS相对定位原理图
2 、图古日格GPS控制网建立
2.1图古日格GPS平面控制网建立过程简介
测区位于内蒙古自治区乌拉特中旗政府驻地海流图镇方位310°直距103km处。地理坐标：东经：107°33′25″-107°45′18″ 北纬：42°9′17″-42°10′51″
2.1.1平面控制网的准备工作
本次D级GPS控制网测量投入美国Ashtech GPS接收机六台套（其中双频接收机四台套，单频接收机二台套）。观测前GPS接收机进行一般检视和通电检验，并检验基座圆水准气泡和光学对中器是否正确；检验天线高量尺是否完好，尺长精度是否正确。
2.1.2GPS平面控制网布设、选点与埋石
控制网的布设完全按GPSD级网的要求开展，选点要求：点位牢固便于操作便于保存、对空通视、回避强电干扰、回避多路径反射源、交通便利，共布设22个点。包括与省C级网联测的3个起算点，控制网最长基线边11.6公里，最短基线边1.6公里，平均6公里,有一定量的多余基线且分布均衡。闭合环为4至7条边，为了跟以前建立的两个局部控制网成果相比较，尽量选用了已埋设的部分GPS点，点位均选择在坚固稳定的高建筑物顶面或视野开阔的岩石上，点位基础坚实稳定，易于长期保存，且有利于常规测量方法的扩展和联测。各点点名按村名、山名、地名、单位名等取名，等GPS点稳定后，作点之记。
2.1.3GPS控制网实施
数据采集采用静态相对定位模式，观测采用边连接递推GPS控制网，数据采样间隔为10秒，观测时段≥120分钟，各项技术指标均按国家规范要求执行。
观测组根据事先制定的作业计划在规定时间操作GPS接收机，进行同步观测，每时段开关机从三个方向各量一次天线斜高，要求互差不大于3mm，取平均值作为最后结果。
D级网数据处理的软件ASTAK公司提供的Solution软件包，内业数据处理前对外作业记录进行全面检查，要求记录规范，数据质量分析合理。在完成数据传输、建立项目管理、给项目添加数据并进行站点标识符、天线高等的编辑初步操作后，数据处理主要为以下几步：基线解算、三维无约束平差、三维约束平差和高程拟合，这三步也是数据处理的关键所在。
1、基线解算
相对定位的原始观测主体是载波相位数据，而具有同步观测时间段是获得基线解的先决条件。基线向量一般由厂商提供的专用软件解算，基线解算采用人工干预解算，充分利用Solutions软件优越性，对每一条基线认真分析星历数据，采用改变卫星高度角，裁取多余进间段，删除不合格卫星或裁取某一卫星不符合要求的时间段数据等方法进行基线处理，以求解最符合精度要求的基线。基线解算精度结果统计如下表2.1：
在解算查看时同步环闭合差检核是判定基线可靠性的参考，闭合差超限的同步环中可能有合格的基线，同时异步环闭合差检核也是判定基线向量的有效手段。因观测时连接边观测并未关机，故同步环个数不多，但精度均很高，重复基线也只有11条，为检查基线解算的质量，计算人员自主选择6个异步闭合环，选取时各边基本为处于不同时段的观测值，环环相扣由东北向西南方向选择，穿越整个测区。按项目设置的控制网等级，所选择的6个闭合环闭合差均在限差范围内。各闭合环水平相对精度与高程相对精度如下表2.2。
2、无约束平差
在本项目控制网中，野外观测的84坐标系中的坐标固定，解算出其余各点相对于该点的84坐标。三维平差后，各点平面精度均很高，最小经纬度方向中误差为0.003米，最大坐标方向中误差为0.006米，且精度分部均匀，具体精度可见统计表2.3。
无约束平差基线相对精度统计（82条基线）
3、三维约束平差
GPS网经自由网平差，具有几何唯一性，三维约束平差是消除外部约束产生的新矛盾并将测点的 WGS-84坐标转换为地方坐标，而各点坐标成果质量取决于已知点的配置，故应先进行控制点连接分析。本次控制网起算数据是由内蒙古自治区GPS基础控制网C级点（1954年北京坐标系）6°带成果转换为3°带成果而来。解算结束后基线精度统计与坐标精度统计如下表2.4、2.5。
表2.4三維约束平差基线相对精度统计表（80条基线）
表2.5坐标精度统计
三维约束平差结果直接作为本次控制测量的成果，但在成果应用前，应将其与已有成果进行比较，同时应考虑原有的测绘成果的延用问题，最后再确定最终成果。
2.2高程控制简介
2.2.1三等水准网的实施
根据本地实际情形，水准点点位选择在山区尽量选在露岩上不易破坏的位置，并注意与GPS点联测的水联点点位的选择。测区内布设的各级水准点，充分考虑其沉降期，待点位稳定后，经实地查看确保满足《规范》选点要求后，实绘点之记。
观测方法采用后—前—前—后，进行往返测，水准观测每站观测限差严格执行《城市测量规范》中的规定。记录采用手工记录。
概算由一个计算，一人检核方法进行。编制《三等水准往返观测高差计算表》。经统计，全测区共有110个测段，精度统计可见下表2.6
表2.6三等水准精度统计表
每公里水准测量偶然中误差为±1.765mm，小于允许误差±3mm。
三等水准网平差计算按距离定权，采用清华三维平差软件进行严密平差，控制网中最大点位误差为0.00963米，最大点间误差为0.00614米，精度达到三等水准测量要求。
在控制网的建立时，无论是从布网方案的选择以及后面的解算，经仔细研究，均有所收获。
结论
本文结合图古日格GPS控制网建立的工程实践，对数据处理过程中的部分技术问题进行探讨，得出了一些对实际工程有一定指导意义的结论或建议：
1、基线粗差探测时，应综合使用基线应满足的一些条件与软件数理统计结果来判断粗差，而不能依据单一状况来作判断；当矛盾指向同一条基线时，建议去除此基线，否则会影响各GPS点的精度。若此基线必留不可，则建议重测此基线。
2、若控制网具备了必需的基线个数，一般图形强度对点位精度的影响是存在的，在影响不大，一般若按相应等级精度的要求进行观测与数据处理，任意选择必要个数的基线，基本能满足本级控制网的精度要求，即平差时可任选基线，对点位坐标影响不大，只不过是不同的图形强度点位精度稍有变化而已。
3、复测基线时，须选择精度较高的基线参于平差，否则会影响点位精度。
4、选择起算控制点时，应对所有控制点的可靠性进行分析，合理选用已知高级点，一般在约束平差前应进行控制点连接分析。
5、实践表明，控制网中基线在经过基线解算无约束平差与约束平差后，基线相对精度整体逐步降低。
6、求GPS正常高时，为了得到可靠精度，进行方案比较分析时，可估算其残差中误差，根据残差的大小也可判断各方案的优劣。
参考文献
[1] 绍铨,张华海，杨志强等.GPS测量原理及应用[M]. 武汉. 武汉大学出版社. 1998
[2] 伍生，高成发.GPS测量原理及其应用[M]. 北京. 人民交通出版社. 2004
[3] 进月. 特种精密工程GPS网的建立方法及应用研究. 南京. 东南大学硕士学位论文. 2004
[4] 东民.GPS数据处理中的粗差探测及剔除. 昆明. 昆明冶金高等专科学校学报. 2007.7
[5] 武汉大学测绘学院测量平差学科组. 误差理论与测量平差基础[M]. 武汉. 武汉大学出版社. 2003.1
[6] 建敏，石金峰. GPS观测数据可靠性分析研究. 四川. 矿山测量. 2006.6.6
关键词：GPS控制网，粗差探测，图形强度，高程拟合
中图分类号：F407.63 文献标识码：A 文章编号：
1、 GPS相对定位的概述
GPS相对定位，顾名思义，它测量的位置是相对于某一已知点的位置，而不是在WGS—84坐标系中的绝对位置。这就是说，它精确测定出两点间的坐标分量（△X，△Y，△Z）和边长（B）。这样，如果一点的绝对坐标已知，则根据这点的已知坐标计算出另一点的精确坐标。
在GPS相对定位中，至少要应用两台精密测地型GPS接收机。两台GPS接收机分别安置在基线的两端点，同步观测同一组GPS卫星，以求解出基线端点的相对位置或基线向量（如图1.1）。这一方法也可以推广到多台接收机同时在多个点上进行观测，以求解多条基线向量。由此可见，GPS相对定位不是直接求解绝对位置，而是求解两点之间的相对基线向量。
图1.1 GPS相对定位原理图
2 、图古日格GPS控制网建立
2.1图古日格GPS平面控制网建立过程简介
测区位于内蒙古自治区乌拉特中旗政府驻地海流图镇方位310°直距103km处。地理坐标：东经：107°33′25″-107°45′18″ 北纬：42°9′17″-42°10′51″
2.1.1平面控制网的准备工作
本次D级GPS控制网测量投入美国Ashtech GPS接收机六台套（其中双频接收机四台套，单频接收机二台套）。观测前GPS接收机进行一般检视和通电检验，并检验基座圆水准气泡和光学对中器是否正确；检验天线高量尺是否完好，尺长精度是否正确。
2.1.2GPS平面控制网布设、选点与埋石
控制网的布设完全按GPSD级网的要求开展，选点要求：点位牢固便于操作便于保存、对空通视、回避强电干扰、回避多路径反射源、交通便利，共布设22个点。包括与省C级网联测的3个起算点，控制网最长基线边11.6公里，最短基线边1.6公里，平均6公里,有一定量的多余基线且分布均衡。闭合环为4至7条边，为了跟以前建立的两个局部控制网成果相比较，尽量选用了已埋设的部分GPS点，点位均选择在坚固稳定的高建筑物顶面或视野开阔的岩石上，点位基础坚实稳定，易于长期保存，且有利于常规测量方法的扩展和联测。各点点名按村名、山名、地名、单位名等取名，等GPS点稳定后，作点之记。
2.1.3GPS控制网实施
数据采集采用静态相对定位模式，观测采用边连接递推GPS控制网，数据采样间隔为10秒，观测时段≥120分钟，各项技术指标均按国家规范要求执行。
观测组根据事先制定的作业计划在规定时间操作GPS接收机，进行同步观测，每时段开关机从三个方向各量一次天线斜高，要求互差不大于3mm，取平均值作为最后结果。
D级网数据处理的软件ASTAK公司提供的Solution软件包，内业数据处理前对外作业记录进行全面检查，要求记录规范，数据质量分析合理。在完成数据传输、建立项目管理、给项目添加数据并进行站点标识符、天线高等的编辑初步操作后，数据处理主要为以下几步：基线解算、三维无约束平差、三维约束平差和高程拟合，这三步也是数据处理的关键所在。
1、基线解算
相对定位的原始观测主体是载波相位数据，而具有同步观测时间段是获得基线解的先决条件。基线向量一般由厂商提供的专用软件解算，基线解算采用人工干预解算，充分利用Solutions软件优越性，对每一条基线认真分析星历数据，采用改变卫星高度角，裁取多余进间段，删除不合格卫星或裁取某一卫星不符合要求的时间段数据等方法进行基线处理，以求解最符合精度要求的基线。基线解算精度结果统计如下表2.1：
在解算查看时同步环闭合差检核是判定基线可靠性的参考，闭合差超限的同步环中可能有合格的基线，同时异步环闭合差检核也是判定基线向量的有效手段。因观测时连接边观测并未关机，故同步环个数不多，但精度均很高，重复基线也只有11条，为检查基线解算的质量，计算人员自主选择6个异步闭合环，选取时各边基本为处于不同时段的观测值，环环相扣由东北向西南方向选择，穿越整个测区。按项目设置的控制网等级，所选择的6个闭合环闭合差均在限差范围内。各闭合环水平相对精度与高程相对精度如下表2.2。
2、无约束平差
在本项目控制网中，野外观测的84坐标系中的坐标固定，解算出其余各点相对于该点的84坐标。三维平差后，各点平面精度均很高，最小经纬度方向中误差为0.003米，最大坐标方向中误差为0.006米，且精度分部均匀，具体精度可见统计表2.3。
无约束平差基线相对精度统计（82条基线）
3、三维约束平差
GPS网经自由网平差，具有几何唯一性，三维约束平差是消除外部约束产生的新矛盾并将测点的 WGS-84坐标转换为地方坐标，而各点坐标成果质量取决于已知点的配置，故应先进行控制点连接分析。本次控制网起算数据是由内蒙古自治区GPS基础控制网C级点（1954年北京坐标系）6°带成果转换为3°带成果而来。解算结束后基线精度统计与坐标精度统计如下表2.4、2.5。
表2.4三維约束平差基线相对精度统计表（80条基线）
表2.5坐标精度统计
三维约束平差结果直接作为本次控制测量的成果，但在成果应用前，应将其与已有成果进行比较，同时应考虑原有的测绘成果的延用问题，最后再确定最终成果。
2.2高程控制简介
2.2.1三等水准网的实施
根据本地实际情形，水准点点位选择在山区尽量选在露岩上不易破坏的位置，并注意与GPS点联测的水联点点位的选择。测区内布设的各级水准点，充分考虑其沉降期，待点位稳定后，经实地查看确保满足《规范》选点要求后，实绘点之记。
观测方法采用后—前—前—后，进行往返测，水准观测每站观测限差严格执行《城市测量规范》中的规定。记录采用手工记录。
概算由一个计算，一人检核方法进行。编制《三等水准往返观测高差计算表》。经统计，全测区共有110个测段，精度统计可见下表2.6
表2.6三等水准精度统计表
每公里水准测量偶然中误差为±1.765mm，小于允许误差±3mm。
三等水准网平差计算按距离定权，采用清华三维平差软件进行严密平差，控制网中最大点位误差为0.00963米，最大点间误差为0.00614米，精度达到三等水准测量要求。
在控制网的建立时，无论是从布网方案的选择以及后面的解算，经仔细研究，均有所收获。
结论
本文结合图古日格GPS控制网建立的工程实践，对数据处理过程中的部分技术问题进行探讨，得出了一些对实际工程有一定指导意义的结论或建议：
1、基线粗差探测时，应综合使用基线应满足的一些条件与软件数理统计结果来判断粗差，而不能依据单一状况来作判断；当矛盾指向同一条基线时，建议去除此基线，否则会影响各GPS点的精度。若此基线必留不可，则建议重测此基线。
2、若控制网具备了必需的基线个数，一般图形强度对点位精度的影响是存在的，在影响不大，一般若按相应等级精度的要求进行观测与数据处理，任意选择必要个数的基线，基本能满足本级控制网的精度要求，即平差时可任选基线，对点位坐标影响不大，只不过是不同的图形强度点位精度稍有变化而已。
3、复测基线时，须选择精度较高的基线参于平差，否则会影响点位精度。
4、选择起算控制点时，应对所有控制点的可靠性进行分析，合理选用已知高级点，一般在约束平差前应进行控制点连接分析。
5、实践表明，控制网中基线在经过基线解算无约束平差与约束平差后，基线相对精度整体逐步降低。
6、求GPS正常高时，为了得到可靠精度，进行方案比较分析时，可估算其残差中误差，根据残差的大小也可判断各方案的优劣。
参考文献
[1] 绍铨,张华海，杨志强等.GPS测量原理及应用[M]. 武汉. 武汉大学出版社. 1998
[2] 伍生，高成发.GPS测量原理及其应用[M]. 北京. 人民交通出版社. 2004
[3] 进月. 特种精密工程GPS网的建立方法及应用研究. 南京. 东南大学硕士学位论文. 2004
[4] 东民.GPS数据处理中的粗差探测及剔除. 昆明. 昆明冶金高等专科学校学报. 2007.7
[5] 武汉大学测绘学院测量平差学科组. 误差理论与测量平差基础[M]. 武汉. 武汉大学出版社. 2003.1
[6] 建敏，石金峰. GPS观测数据可靠性分析研究. 四川. 矿山测量. 2006.6.6