２０１０年１２月物探装备第２０卷第６期・ＧＰＳ技术・复杂城区一级ＧＰＳ控制网的设计与实现刘红江’闫建强陈钟鸣张精明李涛（东方地球物理公司综合物化探事业部测绘服务中，ｆｉ，，河北涿州０７２７５１）摘要４０４刘红江，闫建强，陈钟鸣，张精明，李涛．复杂城区一级ＧＰＳ控制网的设计与实现．物探装备，２０１０，２０（６）：４０１目前，全国各地都在进行第二次土地调查，我单位完成了浙江省某城区１：５００测图项目一级ＧＰＳ控制网的布设任务。本文针对在复杂城区布设一级ＧＰＳ控制网的特殊情况提出了新的设计方法和数据处理方案，该网的精度统计数据表明：新布设的ＧＰＳ网其精度满足城市发展规划和地籍测量的要求。关键词测图ＧＰＳ网设计数据处理精度ＡＢＳＴＲＡＣＴＬｉｕＨｏｎｇｊｉａｎｇ，ＹａｎＪｉａｎｑｉａｎｇ，ＣｈｅｎＺｈｏｎｇｍｉｎｇ，ＺｈａｎｇＪｉｎｇｍｉｎｇａｎｄＬｉＴａｏ．ＤｅｓｉｇｎｉｎｇａｎｄｅｓｔａｂｌｉｓｈｉｎｇｏｆｔｈｅｆｉｒｓｔａｒｏｕｎｄａｃｌａｓｓＧＰＳｃｏｎｔｒｏｌｎｅｔｗｏｒｋＮｏｗｔｈｅｓｅｃｏｎｄ１ａｎｄｃｏｍｐｌｅｘｕｒｂａｎａｒｅａｓ．ＥＧＰ，２０１０，２０（６）：４０１～４０４ｓｕｒｖｅｙｓｕｒｖｅｙｈａｓｂｅｅｎｐｅｒｆｏｒｍｉｎｇｂｙｔｈｅｄｅｐａｒｔｍｅｎｔｓｔｈｒｏｕｇｈｏｕｔｔｈｅｃｏｕｎｔｒｙ．０ｕｒｄｅ—ｐａｒｔｍｅｎｔｈａｄｆｉｎｉｓｈｅｄｔｈｅｍｉｓｓｉｏｎｏｆｅｓｔａｂｌｉｓｈｉｎｇａｎｄｓｕｒｖｅｙｉｎｇｔｈｅｆｉｒｓｔｃｌａｓｓＧＰＳｃｏｎｔｒｏｌｇｒｉｄｆｏｒｔｈｅｓｕｒｖｅｙｉｎｇａｎｄｍａｐｐｉｎｇｐｒｏｊｅｃｔａｔａｓｃａｌｅｌ：５００ａｒｏｕｎｄａｃｏｍｐｌｅｘｃｉｔｙｉｎＺｈｅｊｉａｎｇＰｒｏｖｉｎｃｅ．Ｔｈｅｐａｐｅｒｓｕｍｍａｒｉｚｅｄｎｅｗｍｅｔｈｏｄｓａｃｃｕｒａｃｙｓｔａ—ｃａ—ｏｆｄｅｓｉｇｎｉｎｇｔｈｅｆｉｒｓｔｃａｌｓｓＧＰＳｇｒｉｄａｒｏｕｎｄｃｏｍｐｌｅｘｃｉｔｙａｎｄｓｏｌｕｔｉｏｎｓｆｏｒｄａｔａｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ．Ｔｈｅｇｒｉｄ’Ｓｔｉｓｔｉｃｓｓｈｏｗｔｈａｔ：ｔｈｅｎｅｗｌａｙｏｕｔｏｆｔｈｅＧＰＳｇｒｉｄｄａｓｔｒａｌｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓｓｕｒｖｅｙｉｎｇａｎｄｍａｐｐｉｎｇ，ＧＰＳｇｒｉｄｄｅｓｉｇｎｉｎｇ，ｄａｔａｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ，ｐｒｅｃｉｓｉｏｎｃａｎｍｅｅｔｔｈｅｕｒｂａｎｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｐｌａｎｏｆｉｔｓａｃｃｕｒａｃｙａｎｄｒｅｌａｔｅｄ的困难。０引言３００（２）整个工区范围大，设计要求的平均点距为５００ｍ，点密度为１０点／ｋｉｎ２。所以整个一级从２００７年１月开始，全国各地都在进行第二次土地调查。我单位于２００９年１月采用快速静态布网方法完成了浙江省某市１：５００测图项目一级ＧＰＳ控制网的布设任务。整个工作内容分为两部分：一是提供全网所有控制点平面与高程成果；二是要求重合在旧控制点上的点位，其成果必须与旧成果进行精度检验。整个测区面积大约１２０ｋｍ２，由约７０ｋｍ２的城区以及约５０ｋｍ２的城市外围即村镇、农田等组成。施工任务面临以下几方面的问题：（１）城市外围大部分范围都属于无图区域，并且原有的一部分大比例尺的基础测绘资料也由于农村经济建设的快速发展，已经不能满足施工的需要。这无疑给工区踏勘、选点以及埋石等都带来了极大ＧＰＳ网的点数多、观测期数多，加上复杂的城区环境等，这也给ＧＰＳ网设计、作业安排带来了一定的困难。（３）传统的数据处理方法是用ＴＧＯ软件在一个项目里进行少量网点的ＧＰＳ控制网的平差计算和质量检查，不适合本次项目。（４）旧控制点分布在不同区块、在不同时期由不同单位施测，且测量方法有常规导线测量和ＧＰＳ测量。在纳入本次一级ＧＰＳ控制网整体平差计算之后，其点位精度是否与旧成果保持一致，这对新建ＧＰＳ控制网的精度提出了考验。（５）传统输出ＧＰＳ网图的方法大多数是仅仅输出一个简单的起示意性的图片，而本项工程则要求提交独立坐标系下的ＤＷＧ格式的ＧＰＳ网图，以＊刘红江，男。１９７７年出生，工程师。１９９９年毕业于武汉测绘科技大学大地测量专业，从事ＧＰＳ测量工作多年。万方数据４０２物探蓑备满足Ｔ程测量项目中把ＧＰＳ网图与其它图件套叠使用的需要。由于新建ＧＰＳ网图异常复杂，靠传统方法或手工绘制显然不现实，这也对施工小组提出了新的要求。施工小组通过积极探索与技术创新，不但解决了上述问题，而且提出了有效的ＧＰＳ网作业方案和数据处理流程。此外，通过与以往资料对比，表明新布设ＧＰＳ网的各项质量指标完全满足现行《城市测量规范》（ＣＪＪ８－９９）和甲方的各项要求。本次项目中得到了广泛地应用。比如它可以实现图像校正、卫片叠加、坐标系统变换、多种形式的点线展绘，并且支持多种数据格式的输入与输出等，用它来进行ＧＰＳ网设计也显得游刃有余，如图２所示。１选点与埋石选点与埋石工作完全按照《城市测量规范》（ＣＪＪ８—９９）和《全球定位系统城市测量技术规程》（ＣＪＪ７３—９７）的要求进行，同时也充分利用工区内已有的旧标石。利用最新的网络卫片资源，可以有效地解决工区外围没有任何资料可以利用的难题。ＧｏｏｇｌｅＥａｒｔｈ及时更新了该地区的卫星影像资料，较高的分辨率使得该地区的村镇、河流、道路、建筑物、农田和植被等地物一目了然，而且有很好的现势性。有了最新的卫片，在该地区的踏勘与选点的问题迎刃而解，如图１所示。图２用ＧｌｏｂａｌＭａｐｐｅｒ在交通图上进行ＧＰＳ网设计由于城市一级ＧＰＳ网有很多自身的特点，且各种潜在的影响因素也多，施工小组制定了详细的ＧＰＳ作业调度表。安排专人负责现场ＧＰＳ观测的指挥和合理调度，所有的信息如操作员姓名、观测点一号、作业时间等都被详细地记录下来。另外还采取了一些如多时段观测、尽可能延长观测时间、使用专门的铟瓦尺量取仪器高等措施，来保证野外ＧＰＳ网的观测质量。３数据处理在野外连续作业２个多月后，完成了整个一级ＧＰＳ控制网１３２０个点的观测任务，所使用的数据处理软件是ＴＧＯ。因为一般的ＧＰＳ控制网其点数最多只有几十个，所以传统的数据处理方法是把所有的观测数据都放在同一个项目里进行处理，ＴＧ０完全能够胜任这样的工作。但本次一级ＧＰＳ网观测期数多、数据量大，而且最终还必须对ＧＰＳ网进图１利用ＧｏｏｇｌｅＥａｒｔｈ卫片进行点位设计行整体平差，这无疑对ＴＧＯ的数据处理能力提出了挑战。如果按照传统方式把所有原始数据都导入２ＧＰＳ网设计与观测考虑到本项工程ＧＰＳ网点多，设计困难等特ＴＧＯ的一个项目中来计算，不仅显得杂乱无章、容易出错，而且整个项目非常庞大、复杂，甚至会导致软件无法运行，这么做既不科学也不现实。因此，使用ＴＧ（）软件对大项目测量数据进行处理时，必须按以下步骤进行：点，使用ＧｌｏｂａｌＭａｐｐｅｒ１０．０２软件作为ＧＰＳ网设计软件。该软件具有功能强大、操作简单的特点，在万方数据第２０卷第６期刘红江等：复杂城区一级ＧＰＳ控制网的设计与实现４０３（１）每天在ＴＧＯ里建立一个项目，负责处理当天的所有观测数据，用ＳＳＯｆｆｉｃｅ软件进行ＧＰＳ网的重复基线、同步环和异步环的质量检查，如图３、图４所示；图３用ＴＧＯ软件进行每日的数据处理图４用ＳＳＯｆｆｉｃｅ软件进行各项质量统计（２）把每天的项目导出成“．ａｓｃ”文件（标准的Ｔｒｉｍｂｌｅ数据交换格式）；（３）把所有的“．ａｓｃ”文件再次导人到ＴＧ０的一个项目中，形成完整的一级ＧＰＳ控制网，此时的ＧＰＳ网图异常复杂（基线数大约有７５００条）；（４）遵循“独立基线构网”的原则对ＧＰＳ网进行优化，最终优化完成的ＧＰＳ网包含有基线约４０００条；（５）对最终的ＧＰＳ网再次进行相应的质量检查，然后进行无约束平差和约束平差，输出相应的成果和精度统计信息；（６）对网的平差成果（平面坐标）进行相应的坐标变换，输出最终的城市独立坐标系下的成果。以上步骤（３）～（５）的工作是在高配置的工作站（曙光天潮ＰＣ４０００）上完成的。控制点高程则直接利用工区内最新的大地水准面精化数据库计算得到，并实测了２条水准路线（共万方数据３５个点）加以检验，检验的最大较差为～Ｏ．０３６ｍ，满足规范“四等以上水准网中最弱点的高程中误差（相对于起算点）应≤±２０ｍｍ”的２倍中误差的限差要求。表明由大地水准面精化数据库计算得到的控制点高程精度完全达到了四等水准测量的精度要求。这么做的好处是在保证点位高程精度的前提下，减少了大量的四等水准测量工作，不仅节约了成本，而且提高了施工效率。４平面成果精度检验本次ＧＰＳ网共复测旧控制点６１１个，与旧成果较差其点位中误差分布情况见表１。表１复测控制点新旧成果较差点位中误差分布统计表序复测点位中误差控制点百分比精度指标号Ｍｗ（ｍ）个数（％）（ｍ）１Ｍ０≤Ｏ．０５０５６８９３．７３一倍中误差≤０．０５０二倍中误差２Ｏ．０５０＜Ｍｗ≤０．１００３８５．４５≤０．１００点位中误差３Ｍｗ＞０．１００５Ｏ．８２最大Ｏ．１１１其中：有６０６个控制点（占复测总点数的９９．１８％），其点位中误差在规范允许的二倍中误差范围之内；只有５个控制点（占复测总点数的０．８２％），其点位中误差超过规范允许的极限误差。究其原因，是由于旧控制点分布在几个不同区块、在不同时期由不同的施工单位完成的，而且前后几次使用的起算数据、计算软件都不一样。但从表１的统计结果来看：在重合的控制点上，其新旧成果吻合较好，表明新布设的ＧＰＳ网其精度能够满足城市发展规划、地籍测量等多种测量工作的要求。５ＧＰＳ网图输出该测绘项目要求提供ＤＷＧ格式的ＧＰＳ网图属于矢量图件，在ＡｕｔｏＣａｄ或ＣＡＳＳ等软件中可以编辑查看整个网图的各种属性，比如点坐标、基线方位角、基线长度，还可以根据需要调整各种点线的绘制比例和颜色等等，能够在最大程度上满足工程测量项目中把ＧＰＳ网图与其它图件套叠使用的需要。为此进行ＶＢ编程，实现了在ＡｕｔｏＣａｄ中绘制独立物探装备２０１０矩坐标系下的ＧＰＳ网图的目的。ＧＰＳ水准拟合的方法得到，从而避免了大量的水准测量工作。６结束语综上所述，采用ＧＰＳ快速静态方法在复杂城区建立一级ＧＰＳ控制网具有布网灵活、速度快、精度高等特点，能够满足各类测绘工程的应用需要。虽然大型ＧＰＳ控制网的数据处理和质量监控的过程较为复杂且需要配置一定的硬件和软件，但它仍然具有常规导线测量不能比拟的优势。另外本次ＧＰＳ控制网的高程是通过大地水准面精化数据库计算得到的，而且高程精度也得到了检验。由此得到一点启示：在合适的条件下，ＧＰＳ网控制点的高程可以使用大地水准面精化数据库计算或者采用参考文献ｌ魏二虎，黄劲松编著．ＧＰＳ测量操作与数据处理．武汉：武汉大学ｍ版社出版，２００４２洪茳波，蒋达善，顾孝烈等编．城市测量规范（ＣＪＪ８—９９）．北京：中周建筑工业出版社，１９９９３北京市测绘设计研究院主编，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，１９９７４ＭｉｃｈａｅｌＨａｌｖｏｒｓｏｎ著（美）．ＶｉｓｕａｌＢａｓｉｃ６．０中文版循序渐进教程．北京：希望电子出版社。１９９９５杨格主编．黄秀花，郭伟编著．轻松学会中文版ＡｕｔｏＣａｄ２００８辅助绘图．北京：科学出版社出版，２００８收稿日期：２０１０—０４—１５（上接第３８５页）Ｄ—ｕｎｉｔ图１７表３Ｄ—Ｕｎｉｔ与Ｄ—Ｕｎｉｔ（ＢＢＵ）之间数据信号传输示意图Ｄ－Ｕｎｉｔ中Ｄａｔａｌ／Ｄａｔａ２与相关Ｂａｎｋ对照表项目完成的功能间的传输与控制关系，揭示了Ｓｃｏｒｐｉｏｎ电源站电源供电原理（ＢＢＵ从双向给两边的采集站供电）和传输特性，阐述了利用ＦＰＧＡ技术控制无线遥测输入／输出接口来传输命令、数据、状态等信息的工作过程，对理解该系统的地面电子设备的工作原理具有很大的帮助。在编写本文的过程中，得到了陆伟刚１二程师的大力支持和帮助，在此深表感谢！参考文献Ｂａｎｋ６Ｂａｎｋ７Ｂａｎｋ７Ｂａｎｋ６ＢａｎｋｌＢａｎｋｌＢａｎｋｌＢａｎｋｌＡ端Ｄａｔａｌ接收Ｂ端Ｄａｔａｌ接收Ａ端Ｄａｔａ１发送Ｂ端Ｄａｔａ１发送Ａ端Ｄａｔａ２接收Ｂ端Ｄａｔａ２接收Ａ端Ｄａｔａ２发送Ｂ端Ｄａｔａ２发送１［美］ＢｅｒｎａｒｄＳｋｌａｒ著，徐平平，宋铁成，叶芝慧等译．数字通信——基础与应用（第二版）．２００８２Ｉｎｐｕｔ／Ｏｕｔｐｕｔ公司．ＳｙｓｔｅｍＦｏｕｒ＠ＳｃｈｅｍａｔｉｃａｎｄＡｓ—ｓｅｍｂｌｙＧｕｉｄｅ．２００６３结束语通过分析Ｓｃｏｒｐｉｏｎ系统中电源站与采集站之收稿日期：２０１０－０３—３０万方数据
