GPS在城市規劃控制測量中的應用
1引言
在城市規劃控制測量中，傳統的平面控制系統測量方法，因受地形、氣候、通視等作業條件的限制，作業強度大，工作效率低，設計周期長。隨著測繪技術的不斷發展，目前這些常規方法已逐漸被使用GPS方法作為建立沿線總體控制的方法所替代。GPS城市規劃控制網與大地控制網相比有其自身的特點，其制區域較小，邊長短，觀測時間短（從快速靜態定位的幾鐘*一兩個小時）。其布網的原則應結合測量規范，工程要求以及實地環境等多方面進行考慮�；谝陨峡紤]，本文通過GPS在某小區規劃建設的應用為例，介紹GPS在城市工程控制測量中的應用。
2工程概況及控制測量
2.1工程概況
某規劃小區測量總面積為10平方公里，區域內主要的地形地貌為：居民地、采石場、旱地、灘涂等。測區地處城鄉結合部地區，經濟發達，人口密集，道路暢通，交通便利。
2.2控制測量
�。�1a線27條，剔除多余4條基線,重復基線4條。復測基線邊長1.3km～4.4km,各邊復測互差為1.7mm～12.8mm,符合規范限差≤50mm（ds≤,=,d為平均邊長）的要求。由4個時段進行同步觀測產生9個四邊同步閉合環,6個異步閉合環，9個同步閉合環的平均相對閉合差為0.69ppm,6個異步閉合環的平均相對閉合差為1.89ppm,符合規范限差≤10ppm要求。三維自由網平差各基線向量改正數（V△X，V△Y，V△Z）的*值均小于53mm（≤3）限差要求，二維約束平差*弱邊相對中誤差1/162782，滿足限差＜1/45000要求，*弱點平面中誤差0.96cm,遠優于5cm的限差。
3GPS測量的內業數據處理
GPS網數據處理分為基線解算和網平差兩個階段。
3.1基線解算
�。�1）基線解算一般采用雙差相位觀測值，對于邊長超過30km的基線，解算時也可采用三差相位觀測基線平均距離為1.3～4.4ｋｍ，因此基線解算時采用雙差固定解進行解算，同步觀測的一個同步時段值。
�。�2）在采用多臺接收機同步觀測的一個同步時段中，可采用單基線模式解算，也可以只選擇獨立基線按多基線處理模式統一解算。
�。�3）同一級別的GPS網，根據基線長度不同，可采用不同的數據處理模型，但是0.8km內的基線須采用雙差固定解。30km以內的基線，可在雙差固定解和雙差浮點解中選擇*優結果。30km以上的基線，可采用三差解作為基線解算的*終結果。
在本工程中，采用Ｅ級網的標準進行布設，其基線平均距離為1.3～4.4ｋｍ，因此基線解算時采用雙差固定解進行解算，同步觀測的一個同步時段中，采用單基線模式解算。表１為部分基線三差解，雙差解和整數解的結果比較。
表1部分基線三差解，雙差解和整數解結果比較
DPS_→GPS1.2881 L1 X增量 Y增量 Z增量 距離
三差解 0.0052 1754.6951 2166.7587 -2370.3160 3659.5350
雙差解 0.0052 1754.6847 2166.6885 -2370.3219 3659.4922
整數解 0.0061 1754.6533 2166.6909 -2370.3125 3659.4725
DPS_→GPS2.2882 L1 X增量 Y增量 Z增量 距離
三差解 0.0054 2512.1132 2243.2980 -1725.7068 3784.3312
雙差解 0.0071 2512.1463 2243.3108 -1725.7133 3784.3637
整數解 0.0077 2512.1274 2243.3194 -1725.7099 3784.3547
DPT_→GPS6.2882 L1 X增量 Y增量 Z增量 距離
三差解 0.0069 -943.4567 173.4118 -1399.2496 1696.4910
雙差解 0.0082 -943.4080 173.4243 -1399.2514 1696.4666
整數解 0.0089 -943.4025 173.3827 -1399.2530 1696.4606
DPT_→KFB_.2881 L1 X增量 Y增量 Z增量 距離
三差解 0.0046 718.2741 2374.5281 -3756.5981 4501.8142
雙差解 0.0060 718.2772 2374.5121 -3756.5968 4501.8051
整數解 0.0068 718.2386 2374.5201 -3756.5856 4501.7938
DPT_→PTS_.2881 L1 X增量 Y增量 Z增量 距離
三差解 0.0062 103.3824 2659.5660 -4865.2045 5545.6464
雙差解 0.0092 103.3845 2659.5487 -4865.2042 5545.6379
整數解 0.0108 103.3885 2659.5638 -4865.2011 5545.6425
3.2網平差計算
GPS基線向量網的平差分為三種類型：一是經典的自由網平差，又叫無約束平差，平差時固定網中某一點的坐標，平差的主要目的是檢驗網本身的內部符合精度以及向量之間有無*的系統誤差和粗差，同時為用GPS大地高與公共點正高聯合確定GPS點的正高提供平差處理后的大地高程數據；二是非自由網平差，又叫約束平差，平差時以*大地坐標系或地方坐標系的某些點的坐標，邊長和方位角為約束條件，顧及GPS網與地面網之間的轉換參數進行平差計算；三是GPS網與地面網聯合平差。
本工程中，采用三維無約束平差和二維約束平差進行平差計算解算各GPS點的坐標。三維無約束平差：自由網平差中GPS向量提供的尺度和定向基準屬于WGS—84坐標系，進行平差時，需要引入位置基準，引入的位置基準不應引起觀測值的變形和改正。本工程網中采用GPS1～GPS6，PTS六個點作為網平差的位置基準進行三維無約束網平差。二維約束平差：在進行二維約束平差時，必須以*（或地方）坐標系的一個已知點和一個已知基線的方向作為起算數據，平差時將GPS基線向量觀測值及其方差陣轉換到*（或地方）坐標系的二維平面（或球面）上，然后在*（或地方）坐標系中進行二維約束平差。轉換后的GPS基線向量網與地面網在一個起算點上位置重合，在一條空間基線方向上重合。這種轉換方法避免了三維基線網轉換成二維基線向量時地面網大地高不準確引起的尺度誤差和變形，保證GPS網轉換后整體及相對幾何關系的不變性。以下是本工程進行轉換的參數：網的參考因子：11.4318，ｘ向平移9.5042米，ｙ向平移-72.6440米：比例：-27.8782ppm，旋轉：-0.9261秒，經平差計算后得到平面距離平差值和*終的GPS點平面坐標。
表2部分平面距離平差值
起點 終點 dx dy 平距 方位角 中誤差(m) 相對誤差
中誤差(m) 中誤差(m)
DPT_ GPS1 0.0031 0.0033 3659.4231 225.3792 0.0045 1:809944
-2570.4212 -2604.6713
GPS2 0.0037 0.0042 3784.4115 240.6644 0.0056 1:675499
-1854.0763 -3299.1168
GPS6 0.0035 0.0044 1696.0466 154.5161 0.0057 1:299553
-1531.0317 729.7369
KFB_ 0.0001 0.0001 4502.2329 203.7091 0.0002 1:27879304
-4122.2380 -1810.3190
PTS_ 0.0001 0.0001 5546.3116 194.8328 0.0002 1:34332236
在內業的處理中，對經過檢核超限的基線在充分分析的基礎上，對其進行處理時應注意以下問題：
�。�1）無論何種原因造成一個控制點不能與兩條合格獨立基線相聯結，則在該點上應補測或重測不少于一條獨立基線。
�。�2）可以舍棄在復測基線邊長較差，同步環閉合差，獨立環閉合差檢驗中超限的基線，但必須保證舍棄基線后的獨立環所含基線數，不得超過規范的規定；否則，應重測該基線或者有關的同步圖形。
�。�3）由于點位不符合GPS測量要求而造成一個測站多次重測仍不能滿足各項限差技術規定時，可按技術設計要求另增選新點進行重測。
4結論
�。�1）城市控制網改造，應根據城市的大小、控制點丟失情況選擇布網方案。
�。�2）對于已知點盡量多的聯測，因已知點成果精度對GPS網精度有較大影響，特別是發現二維網平差結果不理想時，可適當調整已知點，仔細分析找出質量差的點，優化成果。綜合各種測量方法，*就是空間大地測量。在城市控制網建立采用GPS定位方法，可以減少大量的人力物力，并可以提*率，大幅提高測量精度。
�。�3）GPS測量的數據傳輸和處理采用隨機軟件完成，只要保證接收衛星信號的質量和已知數據的數量，精度，即可方便地求出符合精度要求地控制點三維坐標；GPS控制網選點靈活，布網方便，基本不受通視，網形的限制，特別是在地形復雜，通視困難的測區，更顯其優越性。 |
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