地形图测绘首级平面控制网布设及质量控制.doc

伊和乌素苏木1：10000地形图测绘首级平面控制网布设及质量控制
葛岱峰，马涛，刘江，关春波，魏增明
（内蒙古农业大学水利与土木建筑工程学院，内蒙古 呼和浩特 010018）
First-Stage Horizontal Control Network Layout and Quality Control of 1:10000 Topographic Map in Yihewusu Township
Ge Daifeng, Ma Tao, Liu Jiang, Guan Chunbo, Wei Zengming
（The College of Conservancy and Civil Engineering of Inner Mongolia Agricultural University, Huhhot, Inner Mongolia, 010018, China.）
摘要：本文在面积较大、地形复杂、交通不便的沙漠地区，布设、施测了1：10000地形图测绘所需的I级GPS平面控制网。布网时把现代GPS测量方法和传统测量方法相结合，综合考虑各种因素，确保了控制网的可靠性；通过控制网优化设计、合理配置观测时段和使用适当的质量控制手段，在最不利的图形条件下，节省了工作量，达到了较理想的精度要求效果。
关键词：首级平面控制网 质量控制 图形条件 精度分析
Abstract: In study area, Lying and surveying the I-level GPS Horizontal control network for the 1:10000 topographic map in a larger, complex terrain, inconvenient desert areas. In order to ensure the reliability of the control network, combining with the modern GPS measurements and the traditional measurements and comprehensively considered various factors. Through the designed optimization control network, deployed the time reasonably and used the properly measure of quality control, saving a lot of workload and achieving a more satisfactory precision in the most adverse terrain conditions.
Keywords: First-Stage Horizontal Control Network; Quality Control; Graphic Conditions; Accuracy Analysis
测区位于鄂尔多斯市杭锦旗中东部伊和乌素苏木境内的库布其沙漠南缘，地理位置约东经108°20′00″，北纬39°59′30″。测区东西长约35km，南北宽约20km，总面积约550km2。测区内总体地形为四周高、中间低的盆地，高差起伏较大，交通不便，地形破碎，盐池、沼泽地、沙丘众多，风积、剥蚀作用占主导地位。近年来，受气候干旱和沙丘移动等问题的影响，使目前草地生产能力低下，牲畜数量锐减，更主要的是草场沙漠化的趋势明显，生态环境堪忧。介于上述情况，科学评价出该区域水资源的储量和质量，使生产经营结构转型。为配合水资源评价项目，在项目区内测绘了1：10000地形图。
1 首级平面控制网的布设及施测
1.1 首级平面控制网的布设
测区内受沙丘移动影响大，在550km2的范围内，仅保留3个国家等级的控制点，分别为Ⅱ老龙哈拉，Ⅲ毫庆柴登，Ⅲ乌兰识巴太；属于1980年西安坐标系。3个已知点线状分布，东西走向，相距约20公里。执行《全球定位系统（GPS）测量规范》GB/T 18314-2001和《全球定位系统城市测量技术规程》CJJ73-97国家规范。按照先控制、后碎部的测量原则，先在测区内布设I级GPS（Global Positioning System）首级平面控制网，在首级平面控制网内共布设24个GPS点，含3个已知点。布网时考虑到首级平面控制点尽量覆盖整个测区，便于利用RTK（Real- time kinematic）进行图根平面控制测量；考虑测区范围和已知点分布位置，采用网连式布设全面网图形，使控制网有较多的复测边和非同步图形闭合条件的检核，以增强网的几何强度和可靠性；在一般情况下，同步观测环各边长度在5公里左右，特殊情况适当增减，但注重控制网的图形条件；尽量避免多路径效应和卫星截止高度角等因素的影响。首级平面控制网布置如图1所示。

图1 首级平面控制网布置图
Fig 1 The layout of first-stage horizontal control network
1.2 首级平面控制网的施测
首级平面控制网施测采用4台华测X20-GPS信号接收机，接收机静态测量标称精度为：水平±5㎜+1ppm，垂直±10㎜+1ppm；动态测量标称精度为：水平±10㎜+1ppm，垂直±20㎜+1ppm。设计同步观测时段不少于45分钟。
2 首级平面控制网的质量控制
2.1 图形条件的控制
不论是传统的三角网，还是现代GPS网，图形条件直接影响控制网的精度。理论上的理想图形，在实际生产中由于受到地形和其它因素的限制很难做到，只能尽量争取。布网时，尽量使同步观测环长边的长度不超过短边长度的2-3倍，尽量使各三角形的内角大于30°。
2.2 多路径效应误差的控制
测区内盐池、沼泽地众多，而且聚集，面积较大。大面积的水面反射卫星信号进入接收机天线，这将和直接来自卫星的信号产生干涉，这种干涉时延效应使观测值偏离真值，严重时将引起信号的失锁。为减小多路径效应误差的影响，布点时尽量远离盐池、沼泽地水面，远离高压线、变压器，宁可适当改变图形条件，也要防止多路径效应误差的产生。
2.3增强控制网的几何强度和可靠性
采用网连式本身就增强了网的几何强度，但个别点又进行了处理，例如连接Ⅲ乌兰识巴太和I022，对增强控制网的几何强度，提高I003和I007的精度是有益处的。网连式使相邻同步图形之间有2个以上的公共点相连接，并有非同步图形闭合条件的检核，对于交通不便、面积较大、精度要求较高的控制网具有较高的可靠性。
2.4 加大观测值的权，提高控制网精度
对于图形条件不理想的点，适当增加多余观测，加大观测值的权，提高控制网精度。例如连接Ⅲ毫庆柴登、I009和I011，构成同步观测闭合图形，属于多余观测。可使I004-I008边长相对中误差由1/33024提高到1/34254，虽然不显著，但有效果。
2.5 剔除观测值粗差、调整基线解算参数，提高控制网精度
平差使用华测Compass静态数据处理软件。由于多路径效应误差、接收卫星信号等因素的影响，使观测值产生粗差。平差时先剔除观测值粗差，将不连续的观测数据删除，同时调整基线解算参数。图2所示基线I001-I002观测数据图，可见各颗卫星的跟踪情况，27、21、31号卫星信号中断，表明接收机发生了失锁等情况。图3、图4反映基线I001-I002的残差和整数解。通过调整基线解算参数，得到基线I001-I002较满意的解算结果，如图5所示。

图2 基线I001-I002观测数据图 图3 基线I001-I002残差图
Fig 2 Baseline I001-I002 of observational data Fig 3 Baseline I001-I002 of residual value

图4 基线I001-I002整数解图 图5 基线I001-I002解算结果
Fig 4 Baseline I001-I002 of integer solution Fig 5 Baseline I001-I002 of solution results
图6所示基线I014-I015观测数据图，接收卫星信号非常理想。图7、图8反映基线I014-I015的残差和整数解，图9反映基线I014-I015解算结果。与基线I001-I002相比较，可知剔除观测值粗差、调整基线解算参数的重要性。

图6 基线I014-I015观测数据图 图7 基线I014-I015残差图
Fig 6 Baseline I014-I015 of observational data Fig 7 Baseline I014-I015 of residual value

图8 基线I014-I015整数解图 图9 基线I014-I015解算结果
Fig 8 Baseline I014-I015 of integer solution Fig 9 Baseline I014-I015 of solution results
3 首级平面控制网的精度分析
平差时将网内24个点整体平差，由于Compass软件在平差时只能输入2个已知点，故用Ⅱ老龙哈拉、Ⅲ乌兰识巴太计算，用Ⅲ毫庆柴登做检核。二维约束平面距离平差值如附表所示。从附表可以看出，共测绘基线59条，最弱边是I013-I020 ，相对中误差1/26321，满足规范要求的最弱边相对中误差小于1/20000。检核点Ⅲ毫庆柴登，实测坐标值X=4431087.8790米,Y=270222.8496米,与理论值相比较，△X= -0.0210米，△Y= -0.0004米，点位误差为0.021 米，满足规范要求。其它精度较低的是距已知点较远、图形条件、几何强度不理想处于边缘位置的边，但均满足规范要求的精度。精度较高的是各种条件都理想的边。
4 结语
伊和乌素苏木1：10000地形图测绘首级平面控制网，在布设时把现代GPS测量方法和传统测量方法相结合，遵循测量工作的原则，综合考虑各种因素，使控制网主次分明，确保了网的可靠性。通过控制网优化设计、合理配置观测时段
附表 平面距离平差值
Tab Adjustment of horizontal distance
起点
止点
北向(x)/中误差
东向(y)/中误差
平距
中误差
相对中
误差
(m)
(m)
(m)
(m)
I021
I001
1208.9881
0.0031
4700.1171
0.0774
4853.1179
0.0774
1: 62676
I002
-2860.8309
0.0032
6269.4573
0.0848
6891.3314
0.0849
1: 81173
I005
-3521.7014
0.0024
-2659.9356
0.0467
4413.3478
0.0468
1: 94384
I006
-7061.0485
0.0023
-6.4031
0.0448
7061.0514
0.0449
1: 157306
I022
-5039.7017
0.0020
2998.8354
0.0420
5864.4358
0.0421
1: 139333
Ⅲ毫庆柴登
I009
4398.0801
0.0021
1875.2117
0.0559
4781.1638
0.0560
1: 85411
I011
2427.4270
0.0021
-2007.0648
0.0500
3149.7160
0.0501
1: 62898
I014
609.7599
0.0023
-5188.0350
0.0567
5223.7452
0.0567
1: 92056
I015
-5940.4298
0.0025
-5601.1972
0.0608
8164.6871
0.0608
1: 134269
I020
-5102.1866
0.0033
1327.5460
0.0906
5272.0666
0.0907
1: 58138
I001
I002
-4069.8190
0.0035
1569.3402
0.0996
4361.9096
0.0997
1: 43752
I022
-6248.6899
0.0032
-1701.2817
0.0816
6476.1474
0.0816
1: 79352
I002
I022
-2178.8709
0.0033
-3270.6219
0.0871
3929.9423
0.0871
1: 45107
I003
I007
-3220.6142
0.0054
-1583.0197
0.1214
3588.6359
0.1215
1: 29539
I022
1823.5391
0.0042
-2389.2934
0.0979
3005.6643
0.0980
1: 30662
Ⅲ乌兰识巴太
-3104.0201
0.0044
-6477.6202
0.1041
7182.9315
0.1042
1: 68965
I004
I005
-3172.9011
0.0039
1512.0558
0.0931
3514.7708
0.0932
1: 37722
I008
-84.1821
0.0039
-3286.9227
0.0959
3288.0005
0.0960
1: 34254
I009
-6273.1416
0.0040
-2280.7488
0.0915
6674.8873
0.0916
1: 72853
I005
I006
-3539.3471
0.0021
2653.5325
0.0402
4423.5973
0.0402
1: 110006
I008
3088.7190
0.0041
-4798.9784
0.1008
5707.0464
0.1009
1: 56568
I009
-3100.2405
0.0024
-3792.8046
0.0616
4898.6588
0.0616
1: 79509
I022
-1518.0003
0.0021
5658.7710
0.0404
5858.8407
0.0405
1: 144840
Ⅲ乌兰识巴太
-6445.5596
0.0026
1570.4442
0.0667
6634.1189
0.0668
1: 99345
I006
I009
439.1066
0.0026
-6446.3371
0.0657
6461.2751
0.0658
1: 98245
I022
2021.3468
0.0020
3005.2385
0.0371
3621.7815
0.0372
1: 97390
Ⅲ乌兰识巴太
-2906.2125
0.0026
-1083.0883
0.0683
3101.4757
0.0683
1: 45408
I007
I022
5044.1534
0.0047
-806.2737
0.1098
5108.1856
0.1099
1: 46493
Ⅲ乌兰识巴太
116.5941
0.0046
-4894.6006
0.1092
4895.9890
0.1093
1: 44786
I008
I009
-6188.9595
0.0040
1006.1739
0.0997
6270.2157
0.0998
1: 62857
I009
I011
-1970.6531
0.0019
-3882.2765
0.0446
4353.7965
0.0446
1: 97622
I012
-7078.9751
0.0025
-1738.6259
0.0562
7289.3559
0.0562
1: 129612
Ⅲ乌兰识巴太
-3345.3191
0.0022
5363.2487
0.0541
6321.0440
0.0541
1: 116802
I011
I012
-5108.3220
0.0023
2143.6505
0.0459
5539.8729
0.0459
1: 120633
I014
-1817.6670
0.0021
-3180.9702
0.0432
3663.6709
0.0433
1: 84609
I015
-8367.8568
0.0023
-3594.1324
0.0496
9107.0750
0.0497
1: 183265
Ⅲ乌兰识巴太
-1374.6660
0.0024
9245.5252
0.0535
9347.1623
0.0535
1: 174579
I012
I014
3290.6550
0.0024
-5324.6207
0.0479
6259.3926
0.0480
1: 130449
I015
-3259.5348
0.0026
-5737.7829
0.0524
6598.9939
0.0525
1: 125714
Ⅲ乌兰识巴太
3733.6560
0.0026
7101.8747
0.0582
8023.5162
0.0582
1: 137824
I013
I015
2494.8958
0.0049
-7723.7969
0.1336
8116.7446
0.1337
1: 60691
I016
-578.9016
0.0051
-4202.1174
0.1418
4241.8060
0.1419
1: 29894
I020
3333.1390
0.0047
-795.0537
0.1301
3426.6494
0.1302
1: 26321
起点
止点
北向(x)/中误差
东向(y)/中误差
平距
中误差
相对中
误差
(m)
(m)
(m)
(m)
I014
I015
-6550.1897
0.0017
-413.1622
0.0408
6563.2072
0.0408
1: 160901
I017
-1398.2658
0.0019
-4150.8869
0.0551
4380.0696
0.0551
1: 79429
I019
-7685.4563
0.0020
-5057.9128
0.0557
9200.4739
0.0557
1: 165059
I020
-5711.9465
0.0030
6515.5810
0.0832
8664.8213
0.0832
1: 104130
I015
I016
-3073.7974
0.0045
3521.6794
0.1279
4674.4472
0.1280
1: 36530
I017
5151.9239
0.0020
-3737.7247
0.0575
6364.9749
0.0575
1: 110614
I019
-1135.2665
0.0020
-4644.7506
0.0581
4781.4786
0.0581
1: 82295
I020
838.2432
0.0028
6928.7432
0.0795
6979.2646
0.0795
1: 87764
I016
I020
3912.0406
0.0045
3407.0638
0.1289
5187.6917
0.1290
1: 40222
I017
I018
-1219.9020
0.0018
-4769.1160
0.0504
4922.6647
0.0505
1: 97565
I019
-6287.1904
0.0014
-907.0259
0.0409
6352.2799
0.0409
1: 155302
Ⅱ老龙哈拉
-7410.0731
0.0017
-5949.5577
0.0484
9502.9690
0.0484
1: 196165
I018
I019
-5067.2885
0.0018
3862.0901
0.0515
6371.2756
0.0515
1: 123643
Ⅱ老龙哈拉
-6190.1712
0.0018
-1180.4417
0.0536
6301.7189
0.0536
1: 117541
I019
Ⅱ老龙哈拉
-1122.8827
0.0016
-5042.5318
0.0473
5166.0422
0.0473
1: 109240
I022
Ⅲ乌兰识巴太
-4927.5592
0.0027
-4088.3268
0.0678
6402.7538
0.0679
1: 94335
和采取适当的质量控制手段，在最不利的图形条件下，节省了工作量，达到了较理想的精度要求效果。
参考文献：
１． 徐绍铨，张华海等．GPS测量原理及应用．武汉：武汉大学出版社，2008
２． 孔祥元，郭际明．控制测量学．（上、下册）．武汉：武汉大学出版社，2006
３． 宁津生，陈俊勇，李德仁等．测绘学概论．武汉：武汉大学出版社，2008
４． 王耀强．测量学．北京：中国农业出版社，2004
５． 覃辉．土木工程测量．上海：同济大学出版社，2004
作者简介：葛岱峰（1957-），男，内蒙古卓资县人，内蒙古农业大学水利与土木建筑工程学院，副教授。

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