GPS在城市控制网中的应用

GPS在城市控制网中的应用

陆庆云

中国冶金地质总局地球物理勘查院河北省保定市071051

摘要：随着科学技术的快速发展，GPS控制网逐步建立并完善。GPS的定位功能被深入开发并多次应用于卫星定位，同时其在测绘工程上发挥了巨大的作用，不仅被运用于城市基础地形测绘中，也为城市规划、市政工程、交通情况等社会基础工程提供了信息支持，逐步实现全社会的信息化、规范化管理。

关键词：GPS；城市控制网；应用

引言

目前，我国的测绘技术正高速发展，其主要应用GPS三维定位技术对城市进行测绘、规划，并由于其与传统测绘技术相比较，具有定位快，定位准、成本低、操作简便、不易受限等特点，被广泛应用于城市各项工程测绘中，为我国测绘行业的进步和发展奠定了基础。

一、GPS三维定位系统的发展及其运用

GPS三维定位系统是指通过4颗卫星发射的无线电信号对具体目标进行精准定位，此系统可以实现全球定位，快速精准发现并锁定目标，并且实现三维导航、测速等功能，受外界的干扰性小并且只为使用者提供信息，泄密可能性小。基于以上功能，目前GPS三维定位系统已在全球广泛运用并推广，主要应用于车辆导航、导弹定位、精密定位以及地壳运动监测、工程测绘等领域，为社会的发展和人们的日常生活提供了便利。将GPS三维定位系统应用于城市控制网的建设始于1992年，我国首次运用GPS卫星定位技术并且建立了由28个监测点共同组成的国家A级城市控制网，而后经过改进，地心坐标的监测精度提高三倍；4年后，我国又构建出由730个监测点组成的国家B级全球卫星定位控制网；此后，又建立起地壳运动监测网络体系等等，逐渐实现了国际地球参考系统（即ITRF系统）。目前，对地心坐标的应用以及城市控制网的建设也逐步成熟化和具体化，为我国的城市建设提供了可靠的信息来源和技术支持。

二、城市控制网的实现目标

三维图像与二维图像相比，更为具体化和形象化，但是由于技术发展和实际情况的局限，导致目前我国大多数城市框架仍是平面图形，而非具体的三维图形。1990年之后，虽然很多城市都将利用GPS三维定位系统构建出城市控制网进行了多方改造，但呈现出的实际情况仍是由监测点组成的直角坐标。究其原因，主要是我国在三维地心坐标系的计算上存在一定的局限性。在对城市控制网的布设中，我们的相关数据主要依据大地的近似高度和经纬度以及国家参考的椭圆面，没有充分考虑到地壳的运动以及空间的变换，所以并不是真实的可测的大地高度和经纬度以及与平面坐标相互对应的区域性椭圆面，在对具体的点进行测定的时候，并没有将其放在一个统一有效的三维坐标体系中，而是将其分解为平面坐标和此点沿铅垂线方向一直到绝对基面的距离两部分，这也就失去了三维定位的准确性。在我国现代化的建设中，城市控制网中运用GPS定位系统的主要目标是将城市控制网的布局建立在精准的符合空间结构的真实的三维地心坐标上，逐步由二维坐标向三维体系推进，最终实现三维地心坐标体系的成功构建。近年来，随着计算机技术和虚拟空间技术的不断发展和完善，2003年，我国已经向各大城市提供了以GPS2000网为框架的三维地心坐标体系，这也标志着在未来城市控制网的创新和完善中，应当将三维地心坐标体系的建设作为重中之重，全面发展建设三维地心坐标体系，通过对城市控制网的建设完善，进一步推动我国的城市化进程，同时提高并推广我国三维地心坐标的技术水平和GPS实时定位技术，为我国的城市控制网提供可靠的数据支持和技术支持，从而促进城市的快速有效发展。

三、GPS点在城市控制网中的布设原则

要想GPS在城市控制网中充分发挥其作用，就必须在城市控制网的布设中确定其重要指导要求，针对要求进行合理有效的设计规划，立足于城市的具体科技发展状况以及城市对GPS三维城市控制网的精密程度要求，对城市控制网进行如下布设：

（一）在对城市控制网进行构架时，应根据当前城市所利用的国家级全球定位系统监测点以及GPS连续运行站近年来的监测数据进行具体的情况分析，并保证数据的准确可靠，从而使得城市控制网合理化。

（二）在框架构成的基础下，对城市控制网的站点进行规划。原则上我们将站点分布在交通方便，步行距离较短，能够尽快到达的交通范围内，从而提高效率。

（三）在具体设计过程中，采用水准网与GPS网的相结合的方式。主要方法是利用GPS技术进行平面控制测量（通常GPS网应距平地高度7-10Km，山地高度则为10-20Km），在三维地心坐标中获取高程则采用水准网测量（一般使用二等水准）。综合分析利用GPS技术和水准网测量数据，将高程转化为合理实际的正常高，从而得出GPS三维地心坐标。

（四）GPS布设应与大地水准面或似大地水准面保持一致。全球定位系统与高精度大地水准面相结合，摈弃了传统的以水准测量方法测量的正常高，从真正意义上实现了GPS三维地心坐标，实现了真正的三维定位。

（五）城市控制网的布设目标不应仅仅局限于城市中心地区，也应该广泛涉及到城市周边各个区县以满足后期城市控制网的发展需要。其布设原则仍参照第一点，站点尽量选择在交通方便的枢纽县区，政府所在地应布设三个以上GPS站点，确保其使用频率，为城市控制网提供准确数据。

（六）在对城市控制网进行布设和更新时，应当选择监测点条件相对良好、不少于十五个的稳定的二等三角点进行监测，监测点的间距应当相对均匀，这样才能保证更新时GPS控制网状态最佳。在选择监测控制网时，主要原则是：城市一等网为主，二等、三等控制网为辅补充，从而全面公平地对控制网进行评估。

（七）为保证GPS站点的稳定性，在选址时应选择地质坚固的区域，避开地质断层区域。

四、GPS在城市控制网的优化设计

为推动城市现代化进程，尽早实现“两轴一两带，多中心”城市新格局，在运用GPS布设城市控制网时，应满足城市测绘对测量精度的要求、GPS站点稳定、数据准确、使用频率合理、成本费用最低等布设原则。对GPS三维定位进行充分运用，优化城市控制网布设结构，建设完善有效的城市控制网，从而满足城市发展需要。

结束语

全球定位系统在城市控制网建设中发挥着越来越重要的作用，在具体测绘工程中，我们应当充分利用其优势，多种测绘方法与GPS三维定位相结合，逐步完善城市控制网。

参考文献：

[1]刘晓东.GPS在城市控制网中应用与实践[J].华东铀矿地质，1998（1）：24-26.

[2]于立国，毛继军.GPS技术在高等级城市控制网中的应用[J].测绘通报，2005（9）：26-28.

[3]林峰，刘文忠，王双举，等.GPS技术在城市控制测量中的应用[J].测绘与空间地理信息，2001，24（2）：40-42.