周宗華

(秭歸縣國(guó)土資源規(guī)劃測(cè)繪所,湖北 秭歸 443600)

圖1 D級(jí)控制網(wǎng)網(wǎng)點(diǎn)分布示意圖Fig.1 Schematic diagram of dot distribution in D level control network

GPS廣泛用于各種測(cè)量控制網(wǎng),在布網(wǎng)時(shí)間、經(jīng)費(fèi)、點(diǎn)位環(huán)境方面較其它傳統(tǒng)方法有較大優(yōu)勢(shì),無(wú)需通視和不受天氣影響,其精度也較常規(guī)方法好,因此在測(cè)量領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用。根據(jù)不同用途,確定GPS網(wǎng)的布設(shè)方案,按照國(guó)家相關(guān)規(guī)范和規(guī)程確定不同的精度和點(diǎn)位密度。下面以秭歸縣GPS首級(jí)控制網(wǎng)為例,賦予不同的位置基準(zhǔn)、尺度基準(zhǔn)和方位基準(zhǔn)[1],并針對(duì)同一網(wǎng)中不同基準(zhǔn)模式對(duì)GPS控制網(wǎng)的精度影響作如下探討。

1 項(xiàng)目概況

秭歸縣位于湖北省西部、長(zhǎng)江西陵峽兩岸,地理坐標(biāo)為北緯30°28′～30°49′,東經(jīng)110°18′～111°0′,東西最大距離66.1 km,南北最大距離60.6 km?？h域地勢(shì)西南高東北低,平均海拔高程1 000 m以上,山峰聳立,河谷深切,相對(duì)高差一般在500～1 300 m。

為滿足縣域農(nóng)村土地承包經(jīng)營(yíng)權(quán)、宅基地、房產(chǎn)、集體建設(shè)用地確權(quán)登記頒證工作的需要,對(duì)全縣行政區(qū)域?qū)嵤〨PS控制測(cè)量,采用分級(jí)布網(wǎng)原則,先在縣域范圍內(nèi)布設(shè)76個(gè)D級(jí)控制點(diǎn)[2],其中聯(lián)測(cè)6個(gè)已知高等級(jí)控制點(diǎn)構(gòu)成首級(jí)控制網(wǎng),首級(jí)控制網(wǎng)的平均邊長(zhǎng)按照《全球定位系統(tǒng)(GPS)測(cè)量規(guī)范》(GB/T 18314—2009)要求設(shè)置在5 km左右[3]。在首級(jí)控制網(wǎng)下布設(shè)全縣E級(jí)GPS控制網(wǎng),全縣共布設(shè)200個(gè)E級(jí)控制點(diǎn),覆蓋轄區(qū)內(nèi)187個(gè)行政村和4個(gè)居委會(huì),本文以D級(jí)控制網(wǎng)進(jìn)行探討與分析(見(jiàn)圖1)。

2 基準(zhǔn)點(diǎn)位的空間分布與GPS網(wǎng)精度分析

GPS數(shù)據(jù)采集質(zhì)量受時(shí)段差異和環(huán)境影響,所用基線必將存在一定誤差,加之組網(wǎng)的幾何圖形強(qiáng)度影響和基準(zhǔn)點(diǎn)本身的精度制約,在約束平差狀態(tài)下也將存在一定誤差傳遞。為此,基準(zhǔn)點(diǎn)位的空間分布必將對(duì)GPS網(wǎng)精度產(chǎn)生一定影響。在野外數(shù)據(jù)采集結(jié)束后,通過(guò)南方GNSS平差軟件進(jìn)行了基線解算,并由合格基線組網(wǎng)進(jìn)行三維自由網(wǎng)平差,平差所用基線、同步環(huán)、異步環(huán)質(zhì)量均滿足D級(jí)網(wǎng)限差要求。

D級(jí)控制網(wǎng)聯(lián)測(cè)了6個(gè)國(guó)家級(jí)已知GPS控制點(diǎn)(B、C級(jí))成果,已知點(diǎn)平面坐標(biāo)系為CGCS2000坐標(biāo)系,按照1985國(guó)家高程基準(zhǔn)、《全球定位系統(tǒng)(GPS)測(cè)量規(guī)范》(GB/T 18314—2009)要求,采用不同空間分布和等級(jí)的三個(gè)及以上已知點(diǎn)作為起算數(shù)據(jù)進(jìn)行二維約束平差。本文通過(guò)二維約束單位權(quán)中誤差、最弱點(diǎn)位誤差、最弱邊長(zhǎng)誤差對(duì)內(nèi)符合精度進(jìn)行評(píng)定。因已知點(diǎn)樣本量較少,采用坐標(biāo)分量算術(shù)平均值與點(diǎn)位誤差對(duì)外符合精度予以評(píng)價(jià)。算術(shù)平均值與點(diǎn)位誤差計(jì)算公式為:

2.1 方案一

以編號(hào)1813、1883、1835三個(gè)B級(jí)點(diǎn)為基準(zhǔn)進(jìn)行約束平差,并分別對(duì)二維約束單位權(quán)中誤差和外符合精度中誤差進(jìn)行比對(duì)分析(表1)。

表1 模式1Table 1 Mode 1

經(jīng)平差計(jì)算,其二維約束單位權(quán)中誤差為±0.629 cm。外符合平面點(diǎn)位中誤差為±0.954 cm。該模式基準(zhǔn)點(diǎn)位在控制網(wǎng)中呈三角形分布,增強(qiáng)了整網(wǎng)約束強(qiáng)度,其內(nèi)、外符合精度較好。

2.2 方案二

以B級(jí)點(diǎn)1813、1883和C級(jí)點(diǎn)T370、T289為基準(zhǔn)進(jìn)行二維約束平差,其精度指標(biāo)見(jiàn)表2。

表2 模式2Table 2 Mode 2

經(jīng)平差計(jì)算,二維約束單位權(quán)中誤差為±2.652 cm,其精度差于模式1組合模式,外符合平面點(diǎn)位中誤差為±0.716 cm,優(yōu)于模式1組合模式。由于T289、T370屬于C級(jí)點(diǎn),1813、1883屬于B級(jí)點(diǎn),因基準(zhǔn)點(diǎn)精度等級(jí)不一致,強(qiáng)制約束后導(dǎo)致位置基準(zhǔn)、尺度比與方向的粗差引入,降低了GPS網(wǎng)原有觀測(cè)精度,致使GPS網(wǎng)單位權(quán)中誤差增大,外符合精度有所提升[4]。

2.3 方案三

以B級(jí)點(diǎn)1813、1883、1835、DLHJ為基準(zhǔn)進(jìn)行二維約束平差,其精度指標(biāo)見(jiàn)表3。

平差后二維約束單位權(quán)中誤差為±0.755 cm,其精度指標(biāo)差于模式1,優(yōu)于模式2。外符合平面點(diǎn)位中誤差為±1.36 cm,差于模式1、模式2兩種組合模式。

表3 模式3Table 3 Mode 3

該基準(zhǔn)模式,基準(zhǔn)點(diǎn)在GPS控制網(wǎng)中構(gòu)成一個(gè)四邊形,點(diǎn)位分布幾何強(qiáng)度優(yōu)于其它組合模式,因檢核點(diǎn)T289、T370均為C級(jí)點(diǎn)且樣本量過(guò)少,造成外符合精度表象偏低。

上述三種基準(zhǔn)模式下,各模式對(duì)應(yīng)GPS網(wǎng)內(nèi)、外符合精度比對(duì)情況見(jiàn)表4。二維約束平差后,控制網(wǎng)最弱點(diǎn)位中誤差和最弱邊誤差統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表5。根據(jù)表4、表5統(tǒng)計(jì)結(jié)果分析,模式1、模式3的內(nèi)外符合精度、最弱點(diǎn)位和最弱邊精度整體優(yōu)于模式2。

表4 精度統(tǒng)計(jì)Table 4 Precision statistics

表5 最弱點(diǎn)中誤差和最弱邊誤差Table 5 The most weak point error and the weakest edge error

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)上述三種基準(zhǔn)模式,GPS網(wǎng)內(nèi)、外符合精度存在一定差異,充分說(shuō)明在布設(shè)GPS地面控制網(wǎng)時(shí),基準(zhǔn)點(diǎn)的選取與空間分布直接影響著控制網(wǎng)的符合精度,在保證GPS控制網(wǎng)原有觀測(cè)精度的同時(shí),如何維持已有控制網(wǎng)點(diǎn)的精度,基準(zhǔn)的優(yōu)化設(shè)計(jì)應(yīng)兼顧以下幾點(diǎn)[5]:

(1) 最小約束條件保持了GPS控制網(wǎng)的原有觀測(cè)精度,其內(nèi)符合精度較高,對(duì)已有控制網(wǎng)而言其強(qiáng)制約束條件較少,外符合精度將有所降低。

(2) 基準(zhǔn)點(diǎn)分布應(yīng)能控制整個(gè)控制網(wǎng),且均勻分布于控制網(wǎng)內(nèi)。避免基準(zhǔn)點(diǎn)分布在控制網(wǎng)的邊緣,以防控制網(wǎng)在二維約束平差時(shí)扭曲變形和誤差傳遞。

(3) 基準(zhǔn)點(diǎn)應(yīng)選取同一等級(jí)的已有控制點(diǎn),避免多種等級(jí)的已知點(diǎn)作為組合基準(zhǔn),以防位置基準(zhǔn)、尺度基準(zhǔn)、方向基準(zhǔn)的粗差引入。

(4) 保證每個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)至少與三條以上的獨(dú)立基線相連,以提高 GPS控制網(wǎng)基準(zhǔn)引入的可靠性。

(5) 基準(zhǔn)的選取,應(yīng)根據(jù)控制網(wǎng)的應(yīng)用需求,兼顧內(nèi)、外符合精度。既遵守國(guó)家各等級(jí)控制網(wǎng)的技術(shù)要求,又維持已有控制網(wǎng)的精度,保持新舊測(cè)繪成果的有效銜接和后續(xù)利用。