目  录

1 概况... 2

1.1 测区已有控制资料及利用情况... 2

1.2 坐标系统和高程系统... 2

2 GPS控制网的布设... 2

2.1 GPS控制网的布设方案及要求... 2

2.2 选点、埋石... 3

2.3 GPS网的主要指标... 3

3 GPS外业数据采集... 3

3.1 所用仪器... 3

3.2 仪器检验... 4

3.3 GPS测量作业的基本技术要求... 4

3.4 作业过程... 4

4 GPS基线向量的解算及检核... 5

4.1 GPS基线向量的解算... 5

4.2 精度统计... 5

5 GPS网的平差处理... 6

5.1 无约束平差... 6

5.2 约束平差... 6

6 结论... 7

7 提交资料... 7

8 体会... 8

GPS控制网技术总结

1 概况

GPS卫星定位技术是一项多功能、高效、快速、省时和高精度的定位技术，已在国内外测量界得到推广和应用，特别在城市控制测量、工程测量和地籍测量中得到广泛应用。

为了满足我院测绘工程专业学生教学实习和学院建设的需要，在辽宁工程技术大学校园内建立了E级GPS控制网，其控制面积为0.35㎞²。该控制网使用3台高精度的测量型静态中科力达9600 单频GPS接收机进行外业观测。

本控制网利用以前埋设的控制点，由学生完成选点、网的技术设计、外业观测、数据处理工作，前后历时7天，于20##年11月11日前完成全部工作。

1.1 测区已有控制资料及利用情况

（1）已收集到的地形图资料有校园示意图。

（2）控制点资料。

测区内已经搜集到的控制点资料有：地方独立坐标系下的GPS E级点1个。其坐标数据如表1所示：

表1 已知点坐标和高程

1.2 坐标系统和高程系统

测区位于高斯6度投影带，中央子午线经度为123°。平面坐标系采用阜新地方独立坐标系，投影面为参考椭球体；高程系统采用1985国家高程基准。

2 GPS控制网的布设

2.1 GPS控制网的布设方案及要求

（1）以E级GPS控制网作为学院的首级控制，本GPS控制网以同步环为基本单元，采用边连式布网，将1个已知点和10个待定点连接成如下网形：（网型附后）

（2）E级GPS控制网的最长边为0.6716km,最短边为0.1846km，平均边长为0.3705km。图形结构较好。本网共布设11个点，其中1个已知点为阜新地方独立坐标系下的E级GPS点，10个未知点为E级GPS点。

（3）GPS控制网中联测了1个地方独立坐标系下的E级GPS点，以便将GPS定位结果转换至地面坐标系时作为起算数据。

2.2 选点、埋石

在测区范围内共布设了10个控制点，全部作为E级GPS点，在点位选择上主要考虑点位分布合理，密度均匀，而且便于直接使用。根据GPS测量规范要求，首先充分利用原有控制点点位标石；其次点位应选在视野开阔、点位周围高度角大于15度以上天空无障碍物（如树林、高楼、水塔及高程建筑物等）的地方；无强烈反射无线电波的金属或其它障碍物或大范围水面，点位远离强功率电台、电视发射塔、微波中继站、高压变电所等要求。因此，我们将10个GPS点布设在校园内人行道、山坡上等合适的地方，每个点位均做到稳固可靠，便于到达，使用方便，可长期保存。各点均已埋设标石，各GPS点位见网图和点之记。

2.3 GPS网的主要指标

E级网共设计11个测点，其中已知点1个，新建GPS点7个。共设计6个时段，设站1次的有2个，设站2次的有5个，设站3次的有2个，重复设站次数为2，大于《规范》规定的≥1.6的要求。

3 GPS外业数据采集

3.1 所用仪器

使用3台高精度的测量型静态中海达8200E 单频GPS接收机以静态定位方式进行同步观测。该机具有12个通道、测量相量为L1载波相位，其内存为64MB，采样间隔设为5秒，其水平标称精度：±5mm+1ppm×D，高程标称精度为±10mm+1ppm×D。其中D为所测距离，以km为单位。

3.2 仪器检验

3.2.1 GPS接收机的检视

仪器在使用前，按规程规定的项目，分别按一般检视和实地检验进行了全面检验。

3.2.2 一般检视

（1）接收机及天线型号应正确，主机与配件齐全；

（2）接收机及天线外观应良好，各部件及附件完好；

（3）设备使用手册及后处理软件手册及软盘齐全。

3.2.3 通电检验

（1）各信号灯工作正常；

（2）按键和显示系统正常；

（3）接收机锁定卫星时间快慢，接收机信号强弱及信号失锁情况正常。

3.2.4 实测检验

在GPS接收机完成了一般检视和通电检验后，又进行了实测检验，经计算符合要求。

3.2.5 用于天线基座的光学对点器在作业过中进行了经常性检验，以确保对中的准确性。

3.3 GPS测量作业的基本技术要求

GPS测量作业的基本技术要求如表3所示。

表3 基本技术要求

3.4 作业过程

3.4.1观测前准备

   （1）每天出发前检测电池容量是否充足，并携带备用干电池。仪器及其附

件应携带齐全。

（2）作业前应检测接收机内存是否充足。

3.4.2 天线安置：严格对中、整平，对中误差小于2mm。外业记录包括：测量员、点名、点号、观测日期、观测起止时间、天线高等基本要素。

3.4.3 观测：同步观测健康卫星数≥4，卫星高度角≥15°，数据采样率为15秒，观测时段长度根据观测精度指示灯的要求确定，当边长≤10公里时，观测精度指示灯闪两下即可，点位几何PDOP图形强度因子≤6。

3.4.4 量取仪器高：测前测后分别在个3个方向（每个方向间的夹角为120度）量取仪器高，互差小于3mm。取其中数作为测前测后的仪器高，然后取测前测后的平均值作为最终结果。

3.4.5测站间联系

    测站间用对讲机联系，同时开机，接收机开始记录数据后，作业员要经常观察卫星个数、记录情况、电池电量和精度指示灯等，只有各测站精度指示灯都亮并符合要求后；才能结束观测，但时间不能少于40分钟。

4 GPS基线向量的解算及检核

4.1 GPS基线向量的解算

GPS基线向量的计算采用中海达GPS随机软件进行基线解算和数据处理。对当天采集的数据在当天晚上及时地传输到计算机中，并检查外业记录和输入点号、点名、测前和测后的天线高度是否有误。对同步环、异步环（独立边构成的闭合环）、闭合差及复测基线进行检查，以便发现不合格的成果，发现超限时应分析查明原因，根据情况决定淘汰、重测或补测措施。该网各条基线均符合精度要求。

4.1.1基线解算中的起算点坐标为宿迁地方独立坐标系下的GPS E级点。

4.1.2本网采用符合要求的双差固定解作为基线解算的最终结果。

4.1.3基线解算内容包括解求当天时段的所有同步基线，并进行同步环检验工作，以检验外业数据的正确性和可靠性，并进行不同时段间基线的比较，包括异步环检验和复测基线的比较，以检验不同时段间外业数据的一致性，以便检验出基线观测数据中是否存在粗差。

4.1.4同一时段观测值基线处理中，数据的剔除率为10%，《规范》规定其值宜小于10%。 E级网共观测基线18条，无不合格的基线，实际参加平差的为18条。其数据的剔除率为0，优于《规范》要求。

4.2 精度统计

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。

4.2.1同步环闭合差

E级网共生成6个同步环，各环闭合差如表4所示：

表4 同步环闭合差

由上表可知：同步环闭合差在0-5mm之间的有5个，占同步环总数的83.33%；在6-9mm之间的有1个，占同步环总数的16.67%；由同步环检核可知：同步环闭合差最大的为5.7mm，其相对精度为0.0057/1233.7882=1/216454；最小1mm，较好的为1mm，相对精度为0.001/1194.9698=1/1194970；远小于限差要求。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。

4.2.2异步环闭合差

     E级网共统计异步环1个，各环闭合差如表5所示：

表5 异步环闭合差

由上表可知：异步环闭合差在0-6 mm之间的有1个，占同步环总数的100%；

4 .2.3复测基线闭合差

E级网复测基线闭合差最大的为15.33mm，其相对误差为15.23ppm，最小的为3.208mm，其相对误差为4.09ppm。说明复测基线的质量是可靠的。

由以上统计数据知，学院GPS测量控制网外业观测数据质量较好。

5 GPS网的平差处理

5.1 无约束平差

    为全面考察GPS网的内部符合精度，首先进行无约束平差，以符合各项质量检验要求的独立基线组成的闭合图形和三维基线向量及其相应的方差协方差阵作为观测信息，进行GPS网的无约束平差。

    经无约束平差检验，没有明显粗差。

5.2 约束平差

5.2.1 起算点的选取

由于阜新地方独立坐标系下1个已知点精度较高，故E级网选取这2个已知点作为起算点，作为强制约束的固定值，也可作为加权观测值统一进行二维约束平差。网中7个待定点的坐标和高程已知，平差得到的点的坐标可以与之比较。

平差计算采用随机软件完成。

    选取独立基线构成GPS网，进行网的二维约束平差计算。

5.2.2二维约束平差后的统计结果

二维约束平差后的统计结果如下：

（1）E级网的点位精度

表6 点位精度

    由上表可知：E级网的点位精度较好。

（2）边长相对精度

边长相对精度如下表所示：

表7 边长相对精度

6 结论

（1）学院GPS网从点位普查、选点、埋石、外业数据采集到数据处理历时7天，其效率是常规方法难以达到的。

（2）学院E级GPS网平均边长0.3705公里，进行二维约束平差后，其最大点位中误差为1.8mm，其最弱边相对中误差为1/115165，远高于E级网的精度要求。

7 提交资料

（1）技术总结。

（2）GPS网布设图。

（3）GPS外业观测记录（测量手簿）。

（4）GPS基线解算成果。

（5）学院GPS网的地方坐标系坐标成果。

8 体会

在这次实习中，我们学到了不少东西，每次实习都会让我们知道很多书本学不到的知识，让我们跟多了解实践中应该怎么做，如何做，遇到困难如何解决，如何可以做的更好，如何可以更方便快捷的完成任务，我这次制作的是国家E级GPS，我更全面的了解了GPS控制网的制作过程，在实习的过程中，也养成了小组分工和合作的精神，良好的团队精神可以有很大的效率的提高，以及工作的愉悦，可以让人更好的完成任务的质量。通过这次学习，我们学到了很多知识，合作交流的知识和熟悉了GPS的运用。特别是遇到困难时，解决问题的精神。

第二篇：浅谈GPS控制网的技术设计

　?城乡规划与环境建设?　

浅谈GPS控制网的技术设计

沙尚典,乔建林

1

2

(11西南交通大学土木工程学院,四川成都610031;21江苏博学建设工程有限公司,江苏南京210000)

　　【摘　要】　主要阐述了在GPS控制网测量中,如何进行控制网的技术设计。介绍了GPS控制网技术设计的一般原则、基准设计和网形设计,以及技术设计的注意事项。　　【关键词】　GPS;　控制网;　技术设计;　基准设计;　网形设计　　【中图分类号】　P22814　　　　　　　　　　　　【文献标识码】　A

　　通常将应用GPS技术建立的控制网称为GPS网。一般

分为两大类:一类是国家或区域性的高精度的GPS控制网,这类GPS网中相邻点的距离通常是几百公里到几千公里。另一类是局部的GPS控制网,包括城市或矿区GPS控制网,或其它工程GPS控制网,相邻点间距离大多为几公里到几十公里。

按照一定的精度设计方法,分析网中各未知点平差后预期能达到的精度。一般常用坐标的方差-,也常用误差椭圆(球(),、。

,(1)1。

σ=

2-62a+(b×d×10)

1　GPS控制网技术设计

111　GPS(1)

、测量

合同书,以及GPS测量规范及规程。〔GPS测量规范及规程主要有:①《全球定位系统(GPS)测量规范》GB/T18314-2001;②《全球定位系统(GPS)测量规范》CH2001-92;③《全球定位系统(GPS)测量型接收机检定规程》CH8016-1995;④《全球定位系统城市测量技术规程》CJJ73-97;⑤各部委根据本部门GPS测量的实际情况所制定的其他GPS测量规程及细则。〕112　技术设计的一般原则

11211　采用分级布网的原则

式中:σ为标准差,单位为mm;a为固定误差,单位

为mm;b为比例误差系数,单位为ppm;d为相邻点间的距离,单位为mm。

表1　固定误差与比例误差

级　别

AAABCDE

固定误差(mm)

≤3≤5≤8≤10≤10≤10比例误差(ppm)

≤0101≤011≤1≤5≤10≤20

采用分级布设GPS网,有利于根据测区的近期需要和远期发展分阶段布设,而且可以使全网的结构呈长短边相结合的形式。这种形式与全网均由短边构成的全面网相比,可以减少网的边缘处误差的累计,也便于GPS网的数据处理和成果检核分阶段进行。由于GPS的特性,可以不要求

GPS网按常规控制网分很多等级布设。11212　GPS控制网应用范围

在GPS测量中,大地高差的限差(固定误差a和比例误差b)可按表1放宽一倍执行。

(2)各级GPS点的密度指标在国标中对各级GPS网中相邻点间的平均距离规定见表2。相邻点间的最小距离可为平均距离的1/3～1/2;最大距离可为平均距离的2～3倍。

表2　GPS网中相邻点间的平均距离(km)

级别平均距离

AA1000

A300

B70

C10～15

D

5～10

E012～5

对于工程建设的GPS网,应该既考虑勘测设计阶段的需要,又要考虑施工放样等阶段的需要。对于城市GPS控制网,既要考虑近期建设和规划的需要,又要考虑远期发展的需要,还可以根据具体情况扩展GPS控制网的功能。如有的城市和矿区GPS网既可以为工程建设服务,又可以作为变形监测网。

11213　GPS测量的精度和密度设计

(1)精度是衡量网的坐标参数估值受观测偶然误差影响程度的指标。网的精度设计是根据偶然误差传播规律,

GPS测量规范和规程通常都是针对一般情况制定,所

以在特殊情况下,测量单位仍需按照测量任务书或测量合同中的技术要求单独进行技术设计。例如在大坝变形观测中,

[收稿日期]2007-04-30

[作者简介]沙尚典(1978～),硕士研究生,主要研

究方向:GPS技术与应用。

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平面位移和垂直位移的精度均要求高于1mm(精度要求优于B级GPS),而边长则仅为几百米到几千米(相当于E级),这时就应该根据测量任务书或测量合同另行进行技术设计。

113　GPS网的基准设计

GPS测量获得的是GPS基线向量,是WGS-84坐标系中的三维坐标差,而实际需要的是国家坐标系或地方独立坐标系的坐标。所以在GPS网技术设计时,必须明确GPS成果所采用的坐标系统和起算数据,即明确GPS网的基准。

GPS网的基准包括位置基准、方位基准和尺度基准。方位基准一般以给定的起算方位角值确定,也可以由GPS基线向量的方位作为方位基准。确定尺度基准的方法有3种:第一,由地面的电磁波测距边确定;第二,由2个以上的起算点间的距离确定;第三,由GPS基线向量的距离确定。GPS网的位置基准,一般都是由给定的起算点坐标确定。因此,GPS网的基准设计,实质上主要是指确定网的位置基准问题。

在基准设计中,应充分考虑以下几个问题。

(1)为求定GPS点在地面坐标系中的坐标,应在地面坐标系中选定起算数据和联测若干个原有地方控制点,用以坐标转换,又要使新建的高精度GPS。因此,大中城市GPS3点联测。3(2)为保证GPS以及减少尺度比误差影响,对GPS网内重合的高等级国家点或原城市等级控制点,除未知点连接图形观测外,对它们也要构成长边图形设站观测。

(3)GPS网平差计算后,可以得到GPS点在地面坐标系中的大地高。为求得GPS点的正常高,可根据具体情况联测高程点。联测的高程点需均匀分布于网中,对丘陵或山区联测高程点应按高程拟合曲面的要求进行布设,联测宜采用不低于四等水准测量或其他精度相等的方法进行。GPS点高程在经过精度分析后可供测图或其他方面使用。

(4)新建GPS网的坐标系应尽量与测区过去采用的坐标系统一致,若采用的是地方独立坐标系或工程坐标系,一般还应了解以下参数:①所采用的参考椭圆;②坐标系的中央子午线经度;③纵横坐标加常数;④坐标系的投影面高程及测区平均高程异常值;⑤起算点的坐标值。114　GPS控制网的图形设计

根据工程所需精度、野外条件和GPS接收机台数等条件,GPS网的图形布设通常有以下几种。

(1)点连式。点连式是相邻同步图形之间仅有一个公共点的连接(图1)。以这种方式布点所构成的图形几何强度很弱,没有或极少有非同步图形闭合条件,一般不单独使用。

(2)边连式。边连式是指同步图形之间由一条公共基线连接(图2)。这种网几何强度较高,有较多的复测边和非同步图形闭合条件。在相同的仪器台数条件下,观测时段数将比点连式大大增加。

边连式布网有较多的非同步图形闭合条件,几何强度和可靠性均优于点连式。

(3)网连式。网连式是指相邻同步图形之间有2个以上的公共点相连接,这种方法需要4台以上的接收机。显然这种网的几何强度和可靠性相当高,但所需经费和时间较多,一般仅适用于高精度的控制测量

。

　　(4)边点混合连接式。边点混合连接式是指点连式与边连式有机地结合起来,组成GPS网,既能保证网的几何

强度,提高网的可靠性,又能减少外业工作量,降低成本,是一种较为理想的布网方式。

图3是在点连式基础上加测4个时段,把边连式与点连式结合而得到的几何强度改善的布网设计方案。显然该图形呈封闭状,可靠性大为提高,外业工作量也比边连式有一定的减少。

(5)。用点连式或边

图1　点连式图形

(图,GPS布网,如铁路、

()线网形连接。将同步图形布设为直申状,形如导线结构式的GPS网,各独立边应组成封闭状,形成非同步图形,用以检核GPS点的可靠性。

图3　

边点混合连接式

该形式适用于精度较低的GPS布网。该布网方法也可与点连式和边连式结合起来布设(图5)。

图4　三角锁连接图形

(7)星形布设。星形图

的几何图形简单(图6),其直接观测边间不构成任何闭合图形,所以探测粗差的能力比点连式更差,但这种布网只需要2台仪器就可以作业。若有3台仪器,一个可作为中心站,其他两台可流动作业,不受同步条件限制

。

图2　图5　导线网式图6　星形连接式

2　实际布网时注意原则

　　(1)考虑到常规策略加密时的需要,GPS网的点与点间应保证有一个以上通视方向。

(2)为了顾及原有城市测绘成果以及各种大比例尺地形图的沿用,应采用原有城市坐标系统。凡是符合GPS网点要求的旧点,应充分利用其标石。

(3)GPS网必须由非同步独立观测边(下转第27页)

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年以来征而未供的存量土地,扣除基础设施、公建配套、在建项目、意向协议和定向安排的项目用地之后,有可供利用的存量土地近2000hm2;同时也清理出了超过533hm2的闲置土地,扣除其中因为规划调整、配套不到位等原因暂不能建设的用地外,可通过处置、盘活重新利用的至少有267hm2,潜力不小。

(3)在前几年的试点小城镇建设中,每个试点小城镇都给了20hm2的建设用地指标,很多年过去后,有不少试点小城镇因为当时定位不准确、区位发生变化等,还有不少建设用地指标没有用完,这部分的闲置指标的清理利用潜力也是不小的。

(4)各级城市都不同程度的存在“城中村”、“城中厂”现象,用地量大,如果统一整治、规划、综合利用,挖潜利用空间将很大。据初步统计,成都市中心城区283km2建成区范围内,有104个“城中村”,涉及人口数百万人,用地达50002

hm,如果把“城中村”农户从一户一宅单楼独院搬进多层住宅区,约可新增住宅用地4000hm2。

413　保护开敞空间、农田和自然景观以及重要的环境区域

开敞空间对于保证精明增长策略的实施至关重要,一方面为人们提供游憩、接触自然的机会和场所,另一方面引导新的开发在已有的社区之中,为其他生物(动植物)的生存创造与人类平等的机会。414　合理高效利用已建设但没充分开发的土地,建设节约型城市

四川省的土地集约利用的潜力还非常大,土地属于不可再生资源,是可以循环使用的,在城市规划指导下的土地开发,并非指继续占用非建设用地,而是指有效利用城市空间和城市中已建设的但是没有利用充分的土地。城市地下空间是可利用的新型土地资源,上海已认识到地下空间合理开发和有序开发的重要性,已经把它纳入城市规划当中。以前,城市在盲目扩张的趋势下,过度占用了耕地,而忽略了城市中未利用充分的已开发用地,造成了城市中土地的闲置和低效利用,目前的土地整理、土地储备、土地置换等土地管理策略都是推进城市土地循环使用的策略。

,借鉴发,精明增长发展情况,在实践中我们应该合理运用,促进城市的可持续发展。

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[4]　马强,徐循初.“精明增长”策略与我国的城市空间扩展[J].城

4　精明增长理论对四川省建立节约型城镇发展的

启示

　　社会带来了很多弊端?高效利用、、反对空间的无序蔓延、实现资源的优化配置、环境与生态的合理保护、以人为本的理念,提倡一种有机的集约式的空间增长模式。我们应该借鉴西方国家的发展经验,结合四川省发展的情况,避免走城镇空间无序蔓延、资源低效利用的发展模式,形成紧凑、有序、高效的城镇空间。411　坚持可持续发展原则,理性开发土地

精明增长下的节约型城市建设鼓励在现有城市用地基础上开发,不仅可以减少市政基础设施投入,还有利于降低公共服务成本、保护耕地和绿地。412　坚持混合使用土地,避免单一建设

要使城市“精明增长”,应该坚持土地的混合使用,避免建设单一功能区域,尽量减少对区域外城市功能的依赖,减少出行的时间和距离。

(上接第24页)　构成若干个闭合环或符合线路。

市规划学刊,2004(3).

[5]　汪光焘.建设节约型社会必须抓好建筑“四节”-关于建设节

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3　结束语

　　建立GPS控制网是一项重要的基础性工作,而技术设计则是建立GPS网的第一步,是保证GPS网能够满足经济建设需要,并保证GPS成果质量可靠的关键性工作。因此,必须科学地、严谨地做好这一工作。

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