高起月

(泰順縣測(cè)繪大隊(duì)，浙江 溫州 325500)

1 引言

浙江省泰順縣地處浙閩交界，東南鄰福建省的福鼎、柘榮，西南接福安、壽寧，西北靠浙江的景寧，東北毗文成，是溫州地區(qū)最南端的山區(qū)縣。素有“九山半水半分田”之稱。地勢(shì)從西北向東南傾斜，為洞宮山脈和南雁蕩山之延伸，境內(nèi)層巒疊嶂，綿亙起伏，千米以上山峰179座，其中浙南第一高峰白云尖海拔 1 611 m。泰順是全國(guó)生態(tài)示范縣，中國(guó)廊橋之鄉(xiāng)、茶葉之鄉(xiāng)、小水電之鄉(xiāng)。是浙江生態(tài)第一縣。水利、森林、旅游資源豐富，被譽(yù)為溫州后花園。

泰順縣政府緊密圍繞科學(xué)發(fā)展觀，堅(jiān)持生態(tài)立縣，推動(dòng)綠色崛起，建設(shè)“三生融合幸福泰順”。為加快全縣信息化建設(shè)和新農(nóng)村建設(shè)步伐，滿足泰順經(jīng)濟(jì)建設(shè)發(fā)展和“數(shù)字泰順”的需要。在充分利用縣內(nèi)原有省C級(jí)網(wǎng)點(diǎn)和1990年代后期布設(shè)D級(jí)GPS網(wǎng)點(diǎn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行聯(lián)測(cè)加密，建立泰順縣GPS基礎(chǔ)控制網(wǎng)。

泰順縣作為溫州市的重要組成部分，為實(shí)現(xiàn)“建設(shè)大都市框架”的目標(biāo)，做好泰順控制網(wǎng)與溫州控制網(wǎng)相連接，使其融入溫州大框架，為“溫州市衛(wèi)星定位綜合服務(wù)系統(tǒng)”和“數(shù)字溫州”的建設(shè)打下基礎(chǔ)。

2 GPS基礎(chǔ)控制網(wǎng)布設(shè)

2.1 分級(jí)布網(wǎng)

為了有效提高作業(yè)效率，增強(qiáng)圖形層次結(jié)構(gòu)，將全網(wǎng)結(jié)構(gòu)布設(shè)呈三角形網(wǎng)。GPS基礎(chǔ)控制網(wǎng)采用分級(jí)布設(shè)的原則，即先在全縣范圍內(nèi)布設(shè)三等GPS網(wǎng)，然后在三等網(wǎng)下加密四等GPS網(wǎng)。

根據(jù)全縣交通狀況和地形特征以及保證所布設(shè)的點(diǎn)位可利用性。GPS基礎(chǔ)控制網(wǎng)共布設(shè)三等GPS點(diǎn)41個(gè)(省C級(jí)點(diǎn)7個(gè)，溫州市衛(wèi)星定位綜合服務(wù)系統(tǒng)基準(zhǔn)站2座)，定位測(cè)量框架點(diǎn)6點(diǎn)。平均邊長(zhǎng)約8.1 km，分布在全縣各鄉(xiāng)鎮(zhèn)，點(diǎn)位分布基本均勻，可以滿足今后城鎮(zhèn)及新農(nóng)村建設(shè)對(duì)平面控制點(diǎn)的需求。整個(gè)控制面積達(dá) 1 500 km2以上。同時(shí)，在三等GPS網(wǎng)中選擇6個(gè)能較好地控制全網(wǎng)的定位測(cè)量框架點(diǎn)與國(guó)家網(wǎng)進(jìn)行聯(lián)測(cè)，還與溫州基礎(chǔ)控制網(wǎng)進(jìn)行連接。泰順縣基礎(chǔ)控制網(wǎng)布設(shè)如圖1所示。

圖1 泰順縣基礎(chǔ)控制網(wǎng)示意圖

2.2 選點(diǎn)埋石

在實(shí)地踏勘選點(diǎn)時(shí)根據(jù)規(guī)范和設(shè)計(jì)書的要求嚴(yán)格執(zhí)行。一般地區(qū)點(diǎn)位盡量選在交通方便，易于長(zhǎng)期保存，便于尋找，地質(zhì)條件較好，利于安全作業(yè)的位置上;城區(qū)內(nèi)選擇利于保存，視野相對(duì)開(kāi)闊，能夠安全作業(yè)的廣場(chǎng)、操場(chǎng)、公共建筑場(chǎng)地等處。由于泰順縣地處山區(qū)，為考慮點(diǎn)位的有利使用和GPS網(wǎng)的布網(wǎng)特點(diǎn)，選點(diǎn)時(shí)對(duì)點(diǎn)位的通視不作要求，所有GPS點(diǎn)均采用現(xiàn)澆混凝土埋設(shè)，以 0.8 m×0.8 m×0.8 m(巖石上的點(diǎn)例外)規(guī)格按單層標(biāo)志埋設(shè)，同時(shí)設(shè)立警示樁或警示牌并繪制點(diǎn)之記。

3 控制網(wǎng)施測(cè)

泰順縣GPS基礎(chǔ)控制網(wǎng)測(cè)繪項(xiàng)目依據(jù)城市測(cè)量規(guī)范(CJJ8－99)、全球定位系統(tǒng)城市測(cè)量技術(shù)規(guī)范(CJJ73－97)、國(guó)家三、四等水準(zhǔn)測(cè)量規(guī)范(GB/12898－2009)、測(cè)繪技術(shù)設(shè)計(jì)規(guī)定(GH1004－2005)、測(cè)繪技術(shù)總結(jié)編寫規(guī)定(GH1001－2005)、測(cè)繪成果質(zhì)量檢查與驗(yàn)收(GB/T24356－2009)等規(guī)范。

布設(shè)GPS基礎(chǔ)控制網(wǎng)在選點(diǎn)、埋石、儀器檢驗(yàn)等均按照國(guó)家規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。同時(shí)在GPS控制網(wǎng)測(cè)量時(shí)應(yīng)滿足:

(1)衛(wèi)星截止高度角≥15°;

(2)同步觀測(cè)健康衛(wèi)星數(shù)≥4顆;

(3)同步觀測(cè)儀器臺(tái)數(shù)≥4臺(tái);

(4)幾何圖形強(qiáng)度因子PDOP≤6;

(5)觀測(cè)時(shí)段長(zhǎng)度框架≥6 h，三等≥90 min;

(6)數(shù)據(jù)采樣率間隔:15 s;

(7)天線對(duì)中精度≤3 mm。

根據(jù)GPS衛(wèi)星的可見(jiàn)預(yù)報(bào)圖和幾何圖形強(qiáng)度(空間位置因子PDOP)，選取最佳觀測(cè)時(shí)段(接收衛(wèi)星多于4顆，且分布均勻、PDOP值小于6)，并編排作業(yè)調(diào)度表。采用邊連接和網(wǎng)連接相結(jié)合的方式，具有幾何強(qiáng)度大和輔助觀測(cè)校驗(yàn)多等優(yōu)點(diǎn)。利用10臺(tái)套TRIMBLE系列的雙頻 GPS接收機(jī)(4臺(tái) R6－2，3臺(tái)5800Ⅱ，2臺(tái)R6，1臺(tái)R8－2)進(jìn)行觀測(cè)。觀測(cè)時(shí)將所有待測(cè)點(diǎn)和已知點(diǎn)連成一個(gè)整網(wǎng)。共觀測(cè)11個(gè)時(shí)段，GPS控制點(diǎn)102站次，平均重復(fù)上站率為2.2，高于三等平均上站率≥2的規(guī)范要求。

4 數(shù)據(jù)處理

4.1 坐標(biāo)系統(tǒng)選擇與利用

泰順縣地理坐標(biāo)為東經(jīng) 119°37'～120°15'，北緯27°17'～ 27°50'，120°子午線位于測(cè)區(qū)的中間偏西，當(dāng)選擇120°為中央子午線的3°帶為投影面時(shí)，測(cè)區(qū)東西邊離中央子午線最遠(yuǎn)的距離分別為 24.7 km和37.9 km，由此產(chǎn)生的高斯投影改正東西向最大分別為 0.75 cm/km、1.77 cm/km，其變形值低于城市測(cè)量規(guī)范規(guī)定的不超過(guò) 2.5 cm/km的要求。泰順地處山區(qū)，各地高程差值很大，當(dāng)確定某一高程面為投影基準(zhǔn)時(shí)，不同的高程值所產(chǎn)生的高程歸化值相差甚大，高程歸化改正公式為△S=－·S，綜合考慮高斯投影改正和高程歸化改正的共同影響，每千米長(zhǎng)度的變形值為:△S=。

對(duì)于泰順縣典型的山區(qū)縣，整個(gè)控制網(wǎng)的△S不可能都滿足小于 2.5 cm/km的投影變形，有些地區(qū)嚴(yán)重超出規(guī)范要求。合理的投影基準(zhǔn)和中央子午線成為本控制網(wǎng)的關(guān)鍵，36個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)高程分布情況如表1所示。

泰順縣鄉(xiāng)鎮(zhèn)高程分布情況表 表1

針對(duì)泰順縣這種特殊的山區(qū)地形，我們采用顧及主要城鎮(zhèn)的規(guī)劃建設(shè)項(xiàng)目對(duì)測(cè)量精度的需求，次要鄉(xiāng)鎮(zhèn)可考慮在實(shí)際測(cè)量工作中加入投影改正數(shù)來(lái)減小投影變形誤差的作法。對(duì)于不同的工程建設(shè)項(xiàng)目也根據(jù)實(shí)際的精度需求，對(duì)提供的控制成果通過(guò)需求分析后加以利用。

隨著“大都市框架”的戰(zhàn)略的實(shí)施和“數(shù)字城市”的深入發(fā)展，泰順縣作為溫州整體的有機(jī)部分來(lái)統(tǒng)一規(guī)劃發(fā)展，作為基礎(chǔ)控制網(wǎng)也應(yīng)該與溫州控制網(wǎng)建立聯(lián)系。因此，在溫州基礎(chǔ)控制網(wǎng)下進(jìn)行WGS－84坐標(biāo)系在1997和2000兩種框架下坐標(biāo)計(jì)算，同時(shí)進(jìn)行了在溫州城市坐標(biāo)系的坐標(biāo)計(jì)算。利用省C級(jí)點(diǎn)和框架網(wǎng)點(diǎn)的1954年北京坐標(biāo)和1980西安坐標(biāo)進(jìn)行約束平差，獲得該控制網(wǎng)的1954年北京坐標(biāo)系坐標(biāo)和1980西安坐標(biāo)系坐標(biāo)兩套成果，通過(guò)與溫州基礎(chǔ)網(wǎng)的聯(lián)測(cè)，在框架網(wǎng)下計(jì)算出一套溫州城市坐標(biāo)系統(tǒng)下的坐標(biāo)，作為泰順縣今后一切測(cè)量工作的基礎(chǔ)。

4.2 基線解算

GPS三等網(wǎng)基線解算采用美國(guó)Trimble TGO1.03軟件。綜合各方面因素相應(yīng)取舍基線，最后形成全測(cè)區(qū)的基線網(wǎng)，并在此基礎(chǔ)上精確處理各條基線，使基線網(wǎng)的各閉合差均能滿足規(guī)程要求。施測(cè)的框架網(wǎng)平均邊長(zhǎng) 35.2 km，三等GPS網(wǎng)其平均邊長(zhǎng) 8.1 km?；€網(wǎng)各獨(dú)立環(huán)的閉合差均在限差1/2之內(nèi)?；€網(wǎng)各獨(dú)立環(huán)的閉合差推理統(tǒng)計(jì)如表2、表3所示。

框架環(huán)閉合差進(jìn)度統(tǒng)計(jì)表 表2

三等網(wǎng)環(huán)閉合差精度統(tǒng)計(jì)表 表3

異步環(huán)閉合差是衡量GPS網(wǎng)外業(yè)觀測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量最重要指標(biāo)，從以上統(tǒng)計(jì)結(jié)果可知，其觀測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量?jī)?yōu)良，觀測(cè)中不含粗差觀測(cè)值，所有的基線可供內(nèi)業(yè)平差之用。

4.3 平差計(jì)算

當(dāng)所有基線的同步環(huán)、異步環(huán)、重復(fù)邊長(zhǎng)等情況完全滿足規(guī)范要求下進(jìn)行GPS網(wǎng)的平差計(jì)算，平差軟件采用武漢大學(xué)科傻GPS數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)軟件(COSA)進(jìn)行計(jì)算。

本次基礎(chǔ)控制網(wǎng)分別在WGS－84，1954年北京坐標(biāo)系，1980西安坐標(biāo)系，溫州城市坐標(biāo)系以及在北京54橢球下以大地水準(zhǔn)面和 450 m水準(zhǔn)面為投影參考面的坐標(biāo)系下進(jìn)行嚴(yán)密平差。WGS－84坐標(biāo)分別在1997框架和2000框架下進(jìn)行計(jì)算。1954年北京坐標(biāo)和1980西安坐標(biāo)可直接利用省C級(jí)點(diǎn)與溫州市二等點(diǎn)聯(lián)測(cè)的已知點(diǎn)進(jìn)行約束平差求得。

(1)無(wú)約束平差

在WGS－84坐標(biāo)系下對(duì)全網(wǎng)進(jìn)行三維無(wú)約束平差。平差結(jié)果精度為:最弱點(diǎn)中誤差為±2.27 cm，最弱邊相對(duì)中誤差為 1/483 000，結(jié)果表明，所選基線向量改正數(shù)大小和分布正常，無(wú)粗差觀測(cè)值，GPS網(wǎng)內(nèi)符合精度較高，其主要平差結(jié)果精度統(tǒng)計(jì)如表4、表5、表6所示。

三等網(wǎng)三維無(wú)約束平差基線向量改正數(shù)精度統(tǒng)計(jì)表 表4

三等網(wǎng)三維無(wú)約束平差邊長(zhǎng)精度統(tǒng)計(jì)表 表5

三等網(wǎng)三維無(wú)約束平差點(diǎn)位誤差精度統(tǒng)計(jì)表 表6

(2)約束平差

在無(wú)約束平差的基礎(chǔ)上，在WGS－84坐標(biāo)系下進(jìn)行約束平差，三等網(wǎng)三維約束平差基線向量改正數(shù)較小，分布正常。平差結(jié)果精度為:最弱點(diǎn)中誤差為±2.92 cm，最弱邊相對(duì)中誤差為 1/357 000，結(jié)果表明GPS約束平差達(dá)到了較高的精度。

5 結(jié)語(yǔ)

泰順縣GPS基礎(chǔ)控制網(wǎng)作為今后“數(shù)字泰順”建設(shè)最基礎(chǔ)的空間框架數(shù)據(jù)以及工程測(cè)量、地下測(cè)量、地籍測(cè)量、房產(chǎn)測(cè)量等基礎(chǔ)測(cè)繪的基準(zhǔn)數(shù)據(jù)。應(yīng)本著高起點(diǎn)。高標(biāo)準(zhǔn)和“百年大計(jì)、質(zhì)量為本”的方針，充分考慮了泰順典型的山區(qū)地貌特征和地理位置，整個(gè)控制網(wǎng)不可能都滿足都小于2.5 cm/km的投影變形，有些地區(qū)嚴(yán)重超出規(guī)范要求。合理的投影基準(zhǔn)和中央子午線成為本控制網(wǎng)的關(guān)鍵。通過(guò)高斯投影改正和高程歸化改正對(duì)長(zhǎng)度變形的共同影響分析計(jì)算，選擇了泰順縣最為有利的坐標(biāo)系統(tǒng)進(jìn)行施測(cè)。保證每個(gè)測(cè)站的同步觀測(cè)時(shí)間，原始記錄格式達(dá)到規(guī)范要求。全網(wǎng)圖形結(jié)構(gòu)合理，可靠性高，GPS基線、同步環(huán)、異步環(huán)各項(xiàng)平差精度均達(dá)到了設(shè)計(jì)和相關(guān)規(guī)范的要求。特別是選點(diǎn)、埋石選在交通便利、易長(zhǎng)期保存、地質(zhì)條件好且利于安全作業(yè)位置，視野相對(duì)開(kāi)闊，采用現(xiàn)場(chǎng)澆筑為主，以 0.8 m×0.8 m×0.8 m規(guī)格按單層標(biāo)志埋設(shè)，保證點(diǎn)位長(zhǎng)期穩(wěn)定。

采用了溫州市城市控制網(wǎng)框架點(diǎn)、省C級(jí)點(diǎn)、衛(wèi)星定位綜合服務(wù)系統(tǒng)基準(zhǔn)站作為起算數(shù)據(jù)，為實(shí)現(xiàn)全市基礎(chǔ)測(cè)繪坐標(biāo)系統(tǒng)的統(tǒng)一，實(shí)現(xiàn)溫州市測(cè)繪成果共建共享，加速“數(shù)字溫州”和“數(shù)字泰順”的進(jìn)程打下了扎實(shí)的基礎(chǔ)。

［1］孔祥元，郭際明，劉宗全編.大地測(cè)量學(xué)［M］.武漢:武漢大學(xué)出版社，2001

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