16_GPS进行长边控制测量分析

第 2 期 福 建 地 质 Geology of Fujian 119 GPS进行长边控制测量分析 王兴 国 (福建省地质测绘院 ，福州，350001) 摘 要 采用基准和基准转换模型的不同会导致 GPS观测边长与坐标计算边长不一致。因此 由 GPS测量的 WGS一84坐标系向我国的北京 54坐标系转换计算时 ，应尽可能选择参考点作对比 分析。若满足精度要求 ，可采用全国精密参数作转换计算 ，若不能满足精度要求或达不到实测点 的点位精度 ，可先将边长作高程异常改正 ，再对起算点作方位改正 。 关键词 长边控制 GPS 基准 转换模型 高程异常改正 方位改正 采用 GPS测量，不受距离、通视条件、天气等因素的影响，并且有布网灵活，速度快、操 作简便 、精度高等优点。然而对于偏僻地区，崇山峻林的山区或沙漠地带 ，方圆数百公里内 很少有国家控制点，这对控制测量极为不利。通过实例分析，利用 GPS进行长边测量的结果 与国家级控制点结果会产生 1．5 m～10．0 m 的偏差。通过分析，产生此偏差的原因与 1954年 国家基准与转换模型有关 ，与 1954年北京坐标系不同环网观测方法与平差方法有关。 1 GPS长边控制测量 为了研究 GPS长边测量的可行性 ，我们收集 3处长边测量的资料见表 1。 表 1 GPS观测 的边长数 据 Tabl e 1 Length of side data by GPS observed 边 名 观 测 边 长 (m) 时 间 观 测 误 差 S1— 2 1 O15 650．8 24 h 0．04～ 0．07 S1— 3 1 O59 678．2 24 h 0．04～ 0．07 S2— 3 658 650．8 24 h 0．04～ 0．07 T1—2 122 236．7 30min 士 0．090 T1— 3 264 658．98 60min 士 0．270 T2— 3 410 721．87 60min 士 0．613 D1—2 182 979．311 9O m．n～ 135 min 士 0．120 D1— 3 269 233．728 90 mIn～ 135 min 士 0．080 D2— 3 383 740．973 90 mIn～ 135 min 士 0．427 收稿日期：2002—01—10 作者简介：王兴国 (1967一)，男，工程学士 ，工程测量专业。 维普资讯 http://www.cqvip.com 12O 福 建 地 质 Geology of Fujian 第 21 卷 由表 1可以看出，观测误差均小于 GPS B级网限差，GPS测量即使作长边测量也能达到 较高的精度，观测精度和相对精度指标均满足 B级网的要求。但缺少与坐标边长的对 比资料。 在城市、工程控制网中应用，区内国家三角点较多，边长较短 (1 km～15 km)，投影边长对 地面网的影响问题不易为人们所发现。观测边长与坐标边长不 一致的问题 ，通过地面点约束 平差已大大削弱 。在长边测量时 ，这种不一致就充分反映出来了。 2 基准及基准转换 1954年北京坐标系实际上是前苏联 1942年大地坐标系，高程异常是以 1955年前苏联大 地水准面为依据的。由于当时没有我国的资料，致使我国东部地区高程异常达+68 m之多，它 对距离的影响约为十万分之一 ，这是 1954年北京坐标系的一大缺陷。另一方面，限于当时的 技术条件 ，我国大地网采用了逐级控制的平差方法，平差结果存在明显的平差变形和误差积 累 ，平差改正数超过了可能产生的最大观测误差。同样 ，误差积累的影响，是 1954年北京坐 标系存在的又一个缺陷。因此 ，基准转换后的边长尚需作高程异常改正和已知方位约束改正。 2．1 边长作高程异常改正 设 s为 WGS一84坐标系换到 1954年北京坐标系统的平面距离，简称观测边长，则有 ： S。一 s—AS— S (1一 ／R)式中： 为观测边两点间的平均高程异常值，R为地球的平均半 径 ，s。为改正后的平距见表 2。 表 2 GPS边长高程异常改正 Tabl e 2 Correction of al titude anomal y for!ength of side by GPS observed 边长 已知 (m) 观 测 值 (m) 改 正 值 (m) 差 1(m) 差 2(m) 1 1 968．251 1 968．260 1 968 245 + 0．009 ——0．006 2 3 430．537 3 430．560 3 43O．533 + 0．023 ——0．004 3 514 738．552 514 741．708 514 738．470 + 3．1 56 ——0．082 表 2中采用的高程异常值是由 1954年高程异常图上查取的。由表 2可以看出已知边与观 测边存在明显的系统误差，改正后的边有明显的改观，精度提高 了一个量级。因此我们可以 肯定 ，长距离观测边长与坐标长度不一致的主要原因是 1954年北京坐标系自身的缺陷，即高 程 异常偏高 。 2．2 基准转换 由于 GPS以WGS一84大地坐标系为基准，而我国大部分地区采用 1954年北京国家大地 坐标系。因此，必须将 WGS一84坐标系转到 1954年北京坐标系。为实现坐标系的转换必须具 有所需的转换参数，这些参数的获得可采用 2种方法。 (1)借助全国精密转换参数，作坐标系的转换。 (2)测区内均匀选取 3个以上的国家三角点作公共结点，推算测区的转换参数 。 维普资讯 http://www.cqvip.com 第 2 期 王兴国：GPS进行长边控制测量分析 121 表 2巾所列边长经高程异常改正，长边精度有明显的改观 ．其效果是显著的。但转换后 的坐标仍存在明显的误差 ，在长边 GPS控制网中均存在这个问题 ，当进行约束，尺度参数和 旋转参数是显著的 。 在进行基准转换时，由于 1954坐标系本身的缺陷，对 WGS一84坐标系转到 1954年北京 坐标系参数的计算精度带来较大的影响。因此 ，建议转换时应尽可能选择参考点，作对比分 析。如满足精度要求 ，则可采取精密参数作转换计算 。如不能满足精度要求或不知道实际测 点的点位精度 ，可先将边长作高程异常改正 ，再相对起算点作方位改正。 3 结论 通过对长边 GPS加密控制网的分析，可知 GPS观测精度可以满足 B级网的要求。在布设 GPS网时，应顾及地面网点的具体情况，选择适宜的工作方法。 (1)地面控制点少于 3个，边长达数百公里时 ，基准转换可采用全国精密转换参数 ，边长 作高程异常改正，利用已知点作约束平差。 (2)地面控制点有 3个以上时，利用 已知点作相应的处理和约束平差。 An Anal ysis on Long-distance Control Survey by Use of GPS W ang Xingguo (Geological Survey and Drawmg Institute of Fujian Province，Fuzhou，35001 1) Abstract Difference to use datum and datum transform model may result in length of side by GPS observed inconsistent with length of side by coordinates calculated． So，when transforming calculation from WGS一84 coordinates measured by GPS to Beijing一54 coordinates，one should select a reference point for comparative analysis．If the reference point mcets with precision，then the nation precision parameter may be adopted to transform calculation． If the reference point does not meet with precision or fall short of location precision of the exact measured point，the length of side should be firstly corrected for altitude anomaly， then the starting point of calculation may be made positional correctness． Key words long—distance control，GPS，datum ， transform model， altitude anomaly， positiona1 correctness 维普资讯 http://www.cqvip.com