GPS在大地控制测量中的应用

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GPS在大地控制测量中的应用 1. 概述 GPS定位技术以其精度高、速度快、费用省、操作简便等优良特性被广泛应用于大地控制测量中 。时至今日，可以说GPS定位技术已完全取代了用常规测角、测距手段建立大地控制网。 我们一般将应用GPS卫星定位技术建立的控制网叫GPS网。归纳起来大致可以将GPS网分为两大类： 一类是全球或全国性的高精度GPS网，这类GPS网中相邻点的距离在数千公里至上万公里， 其主要任务是做为全球高精度坐标框架或全国高精度坐标框架，为全球性地球动力学和空间科学方面的科学研究工作服务，或用以研究地区性的板块运动或地壳形变规律等问题。另一类是区域性的 GPS网，包括城市或矿区GPS网，GPS工程网等，这类网中的相邻点间的距离为几公里至 几十公里，其主要任务是直接为国民经济建设服务。 2. 全球或全国性的高精度GPS网 作为大地测量的科研任务是研究地球 的形状及其随时间的变化，因此建立全球覆盖的坐标系统一的高精度大地 控制网是大地测量工作者多年来一直梦寐以求的。直到空 间技术和射电天文技术高度发达，才得以建立跨洲际的全球大地网，但由于VLBI、SLR 技术的设备昂贵且非常笨重，因此在全球也只有少数高精度大地点，直到GPS技术逐步 完善的今天才使全球覆盖的高精度GPS网得以实现，从而建立起了高精度的（在1-2CM） 全球统一的动态坐标框架，为大地测量的科学研究及相关地学研究打下了坚实的基础。 1991年国际大地测量协会（LAG）决定在全球范围内建立一个IGS（国际GPS地球动力学服务） 观测网，并于1992年6-9月间实施了第一期会战联测，我国借此机会由多家单位合作，在全国范围内 组织了一次盛况空前的“中国‘92 GPS会战”，目的是在全国范围内确定精确的地心 坐标，建立起我国新一代的地心参考框架及其与国家坐标系的转换参数；以优于10-8量 级的相对精度确定站间基线向量，布设成国家高精度卫星大地网的骨架，并奠定地壳运动 及地球动力学研究的基础。 作为我国高精度坐标框架的补充以及为满足国家建设的需要，在国家A级网的基础上建立了国家 B级网（又称国家高精度GPS网）。布测工作从1991年开始，经过5年 努力完成外业工作，内业计算已基本完成，不日将公布使用。全网基本均匀布点，覆盖 全国，共布测730个点左右，总独立基线数2200多条，平均边长在我国东部地区为50km，中部地区为 100km，西部地区为150km，经整体平差后，点位地心坐标精度达±0.1m，GPS基线边长 相对中误差可达 2.0*10e-8，高程分量相对中误差为3.0*10e-8。 新布成的国家A、B级网已成为我国现代大地测量和基础测绘的基本框架，将在国民经济建设中 发挥越来越重要的作用。国家A、B级网以其特有的高精度把我国传统天文大地网进行了 全面改善和加强，从而克服了传统天文大地网的精度不均匀 ，系统误差较大等传统测量手段 不可避免的缺点。通过求定A、B级GPS网与天文大地网之间的转换参数，建立起了地心 参考框架和我国国家坐标的数学转换关系，从而使国家大地点的服务应用领域更宽广。 利用A、B级GPS网的高精度三维大地坐标，并结合高精度水准联测，从而大大提高了确定我国大地水准面的精度，特别是克服我国西部大地水准面存在较大系统误差的缺陷。 3. 区域性GPS大地控制网 所谓区域GPS网是指国家C、D、E级GPS网或专为工程项目布测的工程GPS网。这类网的特点 是控制区域有限（或一个市或一个地区），边长短（一般从几百米到20KM），观测时间短 （从快速静态定位的几分钟至一两个小时）。由于GPS定位的高精度、快速度、省费用 等优点，建立区域大地控制网的手段我国已基本被GPS技术所取代。就其作用而言分为 建立新的地面控制网；检核和改善已有地面网；对已有的地面网进行加密；拟合 区域大地水准面。 1.建立新的地面控制网 尽管我国在70年代以前已布设了覆盖全国的大地控制网，但由于人为的破坏，现存控制点 已不多，当在某个区域需要建立大地控制网时，首选方法就是用GPS技术来建网。 2.检核和改善已有地面网 对于现有的地面控制网由于经典观测手段的限制，精度指标和点位分布都不能满足国民经济 发展的需要，但是考虑到历史的继承性，最经济、有效的方法就是利用高精度GPS技术对原有老网进行全面 改造、合理布设GPS网点，并尽量与老网重合，再把GPS数据和经典控制网一并联和平差处理， 从而达到对老网的检核和改善的目的。 3.对老网进行加密 对于已有的地面控制网，除了本身点位密度不够以外，人为的破坏也相当严重，为了满足 基本建设的急需，采用GPS技术对重点地区进行控制点加密是一种行之有效的手段。布设加密网 要尽量和本区域的高等级控制点重合，以便较好地把新网同老网匹配好，从而避免 控制点误差的传递。 4.拟合区域大地水准面 GPS技术用于建立大地控制网，在确定平面位置的同时，能够以很高的精度确定控制点间 的相对大地高差，如何充分利用这种高差信息是近几年许多学者热烈讨论的一个话题。由于地形图 测绘和工程建设都依据水准高程，因此必须把GPS测的的大地高差以某种方式转化成水准 高差，才便于工程建设使用。通常的方法是：1）采用一定密度及合理分布的GPS水准高成联测点 （即GPS点上联测水准高程），用数学手段拟合区域大地水准面。2）利用区域地球重力场 模型来改化GPS大地高为水准高。 HH H

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