1、浙江省 GPSC 级网建设的技术途径浙江测绘 2001 钜浙江省 GPSC 级网建设的技术途径杨一挺(浙江省第一测绘院浙江杭州 310012)摘要:浙江省 GPSC 级网作为建设数字浙江空间数据基础设施中的基础参考框架项目,本文通过对浙江省 GPSC 级网的建设目标的提出,讨论了有关布网的技术路线,GPS 网应具备的功能内涵以及在建网过程中应采取的技术措施等技术问题,并在最后对 GPSC 级网的拓展方向作了展望.关键词:浙江省;GPSC 级网;数字浙江;几何参考框架;基础坐标系统l 前言在全面启动数字浙江建设,着手构建我省空间数据基础框架之际,作为基础之基础的浙江全省 GPSC 级网的建设非常
2、必要1.全省 GPSC 级网的布设 ,不仅将确立和统一全省高精度大地,工程控制系统,为全省城市测量,工程测量等工作提供高精度基准;而且更将为推动我省空问数据基础设施建设,真正实现浙江的地理信息资源共享打好坚实的基础.然而,全省 GPSC 级网的布设,是一项大规模,系统性的基础工程.本文通过对目前大地测量技术发展的现状,方向的分析以及我省的经济发展和数字浙江建设的实际需要,从技术的角度,就我省 GPSC 级网的建设思路和主要技术问题进行思考,探讨.供大家展开讨论.2(,JPSC 级网的建设目标采用目前最先进的 GPS 测量技术,布设全省 GPSC 级网 ,以建立我省完整,统,精密的大地型综合控制
3、网.该网的建立,将要实现如下基本目标:(1)建立基础性,高精度的几何参考框架和空间投影方式;(2)建立有统一坐标系统的全省高精度(GPSC 级)平面基本控制网;(3)确定几种国家新旧坐标系之间的坐标转换关系,求取相应的坐标转换参数;(4)结合布设 GPS 水准高程网,建立全省大地高程面和似大地水准面模型;(5)用普遍与重点相结合的方式,在本省范围内建立地面沉降和地壳运动监测网;(6)全方位地为全省各个经济建设领域提供准确,可靠的地理信息基础数据,为建设数字浙江建立统一基准.3 建立新一代大地控制网基础坐标系统为有效的利用国家基础资料,很好的适应今后数字中国的建设需要,我省的基础性几何参考框架应
4、建立在国家最新一代的高精度坐标框架下,以确立全省基本坐标系统.3.1 建立 ITRF97/WGS 一 84 大地坐标系根据国家最新采用的 ITRF97/WGS 一 84大地坐标系统和精确,合理的空间投影方式,确定我省 GPSC 级网的实用基准,从而建立,我省统一的新一代大地坐标系统.这既是我省大地坐标系统建立的数学基础,更是我省建设数字浙江的根本性工作.3.2 沿用 1980 年西安坐标系与 1954 年北京坐标系从当前测绘成果的现势资料情况与实际4 期杨一挺:浙江省 GPSC 级网建设的技术途径 45应用需要出发,在目前甚至今后较长的时间段内,许多行业,许多部门仍然需要使用 1980年西安坐
5、标系与 1954 年北京坐标系中的一系列测绘成果.据此,必须建立实用,可靠的ITRF97GS 一 84 坐标系统同 1980 年西安坐标系以及 1954 年北京坐标系之间的坐标转换关系.3.31985 国家高程系统1985 国家高程系统是从 1956 黄海高程系统精化,发展而来的.它是目前我国统一,科学并且标准化的最新高程基准.国家等级水准测量成果和地方大多数等级高程测量成果均采用了 1985 国家高程基准.并且,1985国家高程基准也已得到了众多相关行业的广泛使用.3.4WGS 一 84 大地高系统wGS 一 84 大地高系统是 GPS 测高成果应用的产物.将水准测量成果与 GPS 测高相结
6、合,再结合精密重力测量成果,建立我省较为精确的似大地水准面,进而建立我省新一代实用性三维坐标控制系统.4 全省 GPSC 级网布设技术路线构建数字浙江,必须有一个既符合全省整体性要求,又能适应各地各类经济建设需要的覆盖全省的基础控制网.因此,对 GPSC 级网的总体设计首先要有控制网本身基本精度和基本品质的保证,同时又要体现控制网建立所能发挥的实用性与广适性.4.1GPS 建网的主要技术依据(1)CH200192全球定位系统(GPS)测量规范;(2)GB1289791国家一,二等水准测量规范;(3)GB1289891国家三,四等水准测量规范.4.2 基本精度的确定衡量大规模 GPS 网精度的定
7、量指标,用相邻点间弦长精度值来体现较为便捷,直观.按文献2,GPS 相邻点间弦长标准差 d 按如下公式表示:d=/a2+(bd)(mm)式中 a 为固定误差 ,单位毫米 ;b 为比例误差,单位 ppm;d 为相邻点间距离,单位公里.4.3 起算点的确定从整体性出发,将本省境内及附近的已有国家 GPSB 级点,位于上海和武汉等地的IGS 服务网站或中国地壳运动基准网站等高精度基准站点用作 GPSC 级网 ITR7/wGS 一 84 坐标系统的起算点,以将 GPSC 级网布设成为三维约束网;从实用性出发,还应考虑选择精度可靠,点位适当的国家天文控制点或一等三角点作为 GPSC 级网中国家 80,5
8、4 坐标系统的转换重合起算点.4.4GPSC 级网的点位利用原则布网时,为了求取 WGS 一 84 与 80,54 坐标系统的转换参数,实现对现有平面基础控制点的改造,拟尽量分析,利用一些精度高,可靠性好的国家高等级天文点,一,二等三角锁(网)点等作为全省 GPSC 级网的基本点.4.5GPSC 级网的点位选埋原则GPSC 级网的覆盖面积 ,均匀性,点位布设密度,可靠性,实用性,经济性等都是点位选埋必须考虑的因素.t5 全省 GPSC 级网建设的功能内涵5.1 建立作为数字浙江建设基石的几何参考框架如上所述,确立全省新一代大地坐标系统和建立全省 GPSC 级网,以建立作为数字浙江建设基石的几何
9、参考框架.5.2 满足重要工程与城市建设的需要GPSC 级网应兼顾满足工程建设和以后变形监测的要求,如在杭州湾通道工程,钱塘46 浙江测绘 2001 矩江系列大桥,温州大桥,秦山核电站等大型工程处布设兼用控制点.又如钱塘江,杭州湾横穿我省经济发展速度最快的浙北地区后进人东海,为适应钱塘江防洪抗洪工程建设的需要,在钱塘江两岸布设若干控制点.为满足全省城市建设和市镇规划的需要,在全省的省辖市,地级市以及各个县,区,县级市中,每个城镇区域均应根据面积大小和发展规模布设若干个 GPSC 级点.5.3 建立 WGS 一 84 大地高系统与似大地水准面模型GPS 高程分量的精度虽然低于水平分量,但若建立
10、wGS 一 84 大地高系统,其高程面达到厘米级精度应不困难.GPSC 级网在建立 WGS 一 84 大地高系统的基础上,适当选取 GPSC 级网点与国家高等级水准进行联测,以建立似大地水准面模型.如果 GPS 水准点布设密度足够,成果可靠并能很好地结合全省高精度水准测量和重力测量成果,通过对 GPS 网的三维平差计算,合理拟合高程,预期可以达到厘米级精度.5.4 进行区域性地壳变形监测在地壳形变与地质构造方面,根据目前中国地壳运动观测网 GPS 站点的分布情况,结合 GPSC 级网的布设 ,会同省地震局对分布在我省境内的主要地质断裂带进行实时监控,测量相应的动态位移变化率.布点时,可沿断裂带
11、适当布设一组跨断层 GPS 测量点,测定其水平位移和大地高高差变化,用以分析断层运动.同时,GPSC 级网须联测在浙江境内及周边的地壳运动观测网点,以建立覆盖全省的我省局部地壳运动观测网.并利用 GPS 作业便捷,快速,精确的技术优势,定期复测,较好地满足省内特定区域地壳形变监测的需要.5.5 进行区域性地面沉降监测我省属国内的经济发达省份,地下水取用比较严重,以致造成象杭嘉湖,钱江三角洲等地区较大幅度的地面沉降.根据我院长期以来对省内的国家水准高程网成果资料进行监测分析,不少地区都有不同程度的地面沉降和形变,尤其嘉兴,湖州等地沉降最甚,而且近年来的年沉降率还有逐年上升的趋势.为对这些区域的沉
12、降进行有效的动态观测,须适当增加其布点的密度.5.6 动态观测海岸线和主要岛屿变迁我省东部沿海的海岸线长达 1800 公里,大小岛屿 1920 个.岸线漫长,岛屿众多,且呈现出不均匀变迁,为对我省海岸线的变迁和主要岛屿进行动态观测,须沿海岸线及近海的主要岛屿布设适当的 GPSC 级网点.6GPSC 级网的技术措施6.1GPSC 级网布设全省 GPSC 级网主要应采用网联式连续布网的方式进行布设.布点密度则参照 GPS测量规范以及点位设置的实际需要,切实规定相邻点的平均点距,最大点距和最小点距.严格按照大区域,高精度的 GPSC 级网有关技术要求进行 GPS 测量作业;同时尽可能多的用等级水准网
13、联测 GPSC 级网点.根据精化大地水准面之需,确定水准联测点密度和数量.对于负有专门监测任务的局部 GPS 点,以及县级及县级以上所在地的城镇可根据需要建立 GPSC 级点观测墩.6.2 旧有控制点的利用(1)对于利用的一,二等三角锁(网) 点,应保证点位符合 GPS 观测条件.如有高标,应检查其观测台能否安置接收机天线.(2)设计利用的一,二等水准点,也应仔细检查点位是否符合 GPS 观测条件.当原设计的水准点点位不符合要求时,可以选择该水准线路上邻近的符合要求的水准点.6.3G】)S 网选点4 期杨一挺:浙江省 GPSC 级网建设的技术途径 47GPS 点位应选在地基坚实,适合 GPS
14、观测并有利于长期保存的稳定区域.但若必须选在地基较松软地区时,为了增强点位的稳定性,在埋标时需进行基础处理.若有必要,对地基基础应采取打深桩等方式进行特殊处理.对于须进行水准高程联测的 GPS 点,点位选择与标石埋设须同时满足水准测量的有关要求.为了能对地面沉降区域的 GPSC 级网(高程控制) 点进行有效的高程监测与控制,尽量避免在一定范围内无可靠,稳固的沉降监测点的情况,需在适当范围内须联测原有水准基岩点或增埋水准基岩点.在杭嘉湖平原等地面沉降较大地区还应再适当加密基岩水准点的埋设.6.4GPSC 级网施测GPS 网测量的作业方式采用静态相对定位模式进行.有关 GPS 测量的技术要求严格依
15、照 GPS 测量规范,并对其中的一些指标应作适当增加和提高.作业前及时编制 GPS 卫星可见性预报表;然后根据实际情况制定作业计划并随需要考虑调整与否.GPS 外业作业时应根据基线长短,观测条件等情况考虑是否延长观测时间.如果处于太阳黑子活动频繁时节,因电离位变化大,最好避开高峰期,否则应采取适当措施,如提高技术指标,延长长边的观测时间等.观测并记录气象元素.气象观测所用通风干温表,需悬卦在测站附近,与天线相位中心大致等高处.6.5 水准联测为了在全省区域建立精度较高的似大地水准面,GPSC 级网必须联测有数量足够,分布均匀的等级水准点.在 GPSC 级网中须重合一定数量的国家一,二等水准点,
16、若重合水准点不能进行 GPS观测,则在附近新选埋的点,联测其水准高程.6.6 数据处理(1)加强数据检核在进行仔细分析数据,正确解算基线的基础上,为了确保 GPS 测量精度及可靠性,应及时计算检验同步环闭合差,非同步闭合差及重复边闭合差.通过检核,保留可靠基线,对不合要求的基线需仔细分析,准确判断,根据需要进行合理的取舍.(2)提高基线质量为提高 GPS 测量精度,优化基线质量,采用 IGS 精密星历,使用 GAMIT 或 SHAGAP等高级基线分析与处理软件,对基线观测数据进行分析,解算.在基线解算软件中自动加入对流层延迟改正,削减电离层影响;引入卫星钟差,接收机钟差参数,加入地球自转参数(如日长变化,地极位移等),接收机天线相位和卫星天线相位中心改正,由固体潮引起的台站漂移改正等.并且通过采取剔除观测粗差,整周模糊度组合取整,周跳处理等多途径的数据分析和处理方法,有效提高基线质量.(3)GPS 网平差三维无约束平差:在 GPS 基线解算质量检核合格的基础上,首先进行 GPS 网的三维无约束平差,用无约束平差结果,评估 GPSC级网的基线解算质量,整体内符合精度以及外业观测质量,利用基线向量改正数进行粗差的符合性检验.若出现检验超限情况,可认为该基线或其附近的基线存在粗差基线,应对相关基线进行仔细分析,剔除.必要时还须补测 GPS 基线,直至符合要求.
