靖西县三维GPS控制网建设

摘  要：针对靖西县三维GPS控制网建设进行了技术设计，通过分网设计和整网平差计算、利用广西似大地水准面成果进行GPS高程转换，同时获得靖西县高精度三维GPS控制网坐标成果。
关键词：WGS-84；GPS大地高；正常高；高程转换
        前言
        靖西县座落在广西壮族自治区西南部边境。由于历史原因，该县各部门在测绘活动中采用的测量基准很不统一，既有1980西安坐标系，又有1954年北京坐标系；既有1956年黄海高程系统，又有1985年国家高程基准，对该县的社会经济发展很不利，急需建立三维GPS控制网，作为全县各部门开展与空间信息采集相关活动的统一测量基准。为此，就靖西县三维GPS控制网建设进行了介绍，以供参考。
        1 技术设计
        按照该县中长期规划的用地范围，设计布设由7个D级GPS点组成的首级控制网。兼顾短期规划的需要，加密布设5个E级GPS点，点间平均边长5km，以满足至2010年县级基础测绘项目实施的控制需要。
        1.1测量基准。
        （1）平面基准。采用1980西安坐标系，按1.5分带，中央子午线取106°30′，高斯投影面取参考椭球面。
        （2）高程基准。采用1985国家高程基准、正常高系统。
        1.2精度设计
        三维GPS控制网精度设计参照《全球定位系统（GPS）测量规范》、《城市测量规范》执行。
        设计利用广西似大地水准面模型进行GPS高程转换，获取1985国家高程基准下相当于四等水准测量精度的GPS正常高。
        1.3 GPS观测基本技术要求
        由于是采用GPS技术同时建立三维GPS控制网，要想获得等于四等水准测量精度的GPS正常高，需要获得亚厘米级的GPS大地高。为此，为了保证GPS大地高的测量精度，统一采用双频GPS接收机，同时增加了卫星观测时间。其它技术要求如表2所示。
        1.4外业选埋技术要求
        在从分考虑测量标志便于使用和方便保管的前提下，要求所选的点位应该能够满足GPS观测等技术要求。因此，外业选埋要求满足以下条件：
        （1）点位周围应便于安置接收设备和全站仪观测操作，视野开阔，视场内障碍物的高度角不宜超过15°。
        （2）远离大功率无线电发射源和微波无线电信号传送通道。
        （3）附近不应有强烈反射卫星信号等物件。
        （4）交通方便，并有利于其他测量手段扩展和联测。
        （5）地面基础牢固稳定，易于点的保存。
        2 数据处理
        2.1技术路线
        采用TGO1.63V进行GPS基线数据处理、POWERADJ3.0V进行GPS网平差计算，获取待定点WGS-84坐标系下的三维坐标（B、L、H）、1980西安坐标系下中央子午线106°30′的平面坐标（x,y），并利用广西似大地水准面成果将待定点的GPS大地高H转换为GPS正常高hg。从表2的平均重复设站数和时间长度可知，靖西县D、E级GPS控制网外业观测质量较高，已达到C级GPS控制网的观测技术要求，可以作为一个整体三维GPS控制网进行基线解算和网平差计算。
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        2.2 GPS基线解算
        首先让软件自动解算基线，检核闭合差是否超限。对于超限的闭合环，判断出解算质量差的基线向量并采用人工干预解算的方法进行手工解算，直到所有同步环闭合差达到表1的精度要求为止。
        全网基线解算精度统计如下：全网构成同步环13个，最小相对闭合差为0.042ppm，最大相对闭合差为1.861ppm；（约为1/53.7万）。
        2.3 GPS网平差。
        （1）三维约束平差。基线解算合格后，采用PowerADJ3.0v网平差软件进行三维约束平差。在WGS-84坐标系统下进行三维约束平差计算，获取各控制点三维坐标成果、点位三维坐标分量误差信息。如图1所示，三维约束平差的精度较高，x分量的平均误差为±0.39cm，y分量的平均误差为±1.19cm，z分量的平均误差为±1.90cm。
        （2）二维约束平差。三维约束平差后，在1980西安坐标系、中央子午线为106°30′下进行二维约束平差，获取1980西安坐标系下的二维坐标成果、点位误差、二维基线误差统计信息。如图2、表3所示，最弱边长相对中误差为1/390467，优于设计的1/80000。
        2.4 GPS高程转换
        为了获取待定点的GPS正常高，这里利用广西似大地水准面成果将待定点的大地高H转换为正常高hg，从而完成GPS高程转换计算。根据误差传播定律，已知广西似大地水准面精化精度±4.0cm，本网GPS大地高测量精度为±1.9cm，由公式：
        mh=±■=±■=±4.4cm
        计算得到GPS正常高转换精度为±4.4cm。
        总结
        靖西三维GPS控制网最弱边长相对中误差为1/390467，平均边长相对中误差约为1/72.6万，点位二维分量中误差均小于5mm。由“1技术设计”可知，靖西县三维GPS控制网测量精度完成满足技术设计的精度要求。
参考文献
[1]徐绍铨.厦门GPS网正常高的确定[Z].武测科大地测院，1994.
[2]刘大杰.全球定位系统（GPS）原理与数据处理[M].上海：同济大学出版社.
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