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工程测量GPS网平差方法总结

摘要：本文针对工程测量平面控制网要求相对精度高的特点，找出GPS网
平差需解决的关键问题，给出解决问题的几种具体方法，并对各方法使用条件和
精度进行了对比分析，对实际作业有一定的指导意义。

关键词：工程测量GPS网平差独立坐标系

1引言

GPS技术具有自动化程度高、作业速度快、定位精度高、不受天气条件
限制和经济效益高等优势，在航空、航天、军事、交通、运输、水利、资源勘探、
通信、气象等几乎所有的领域中都广泛应用，在测绘领域更是迅速普及，测量模
式从传统的静态差分相对定位到实时动态测量（RTK）技术，从临时基站RTK
到网络RTK(CORS),其技术不断发展，日新月异，但GPS技术最典型的用途还
是应用静态差分相对定位建立各种精度的控制网。工程测量对控制网的精度要求
有其特殊性，一般对相对精度要求要高于绝对精度，鉴于此，在进行工程测量
GPS网平差时就要考虑其自身的特点，尽量提高控制网的相对精度。本文将从实
践的角度对工程测量GPS网平差的具体方法进行总结。

2工程测量GPS网平差需解决的问题及应对措施

2.1工程测量GPS网平差需解决的问题

GPS网平差，其实质就是在WGS-84坐标系下对基线向量解算和无约束
平差后转换为国家或地方坐标系成果，通常采用固定至少2个已知点数据，强制
约束到国家或地方坐标系。因控制点成果的用途不同，对其精度要求不同，采用
的平差方法也不同，在工程测量中，GPS网等级分为二、三和四等及一、二级，
相对精度要求在1/10000至1/120000之间，特殊工程控制网要求甚至更高。因国
家大地控制网是依高斯投影方法按6°带或3°带进行分带和计算，并把观测成果
归算到参考椭球面上，这样做，便于成果的统一、使用和互算。但倘若直接作为
工程测量GPS网的固定点进行平差，就有可能产生以下问题：

（1）因早期国家控制点精度不高造成内符合精度高的GPS网精度的降
低；

（2）当测区远离中央子午线时，因高斯投影变形大，致使控制网点坐标
反算边长与实测边长存在误差，影响施工放样；

（3）当测区海拔高时，由于实地边长归算到参考椭球面上的长度变形大，
也会产生第2条的问题；

（4）不满足某些特殊需要，如桥梁控制网采用桥轴线坐标系更加方便、

实用。

2.2应对措施

为了解决以上问题，依照有关规范或课本，一般采取以下方法：

（1）建立抵偿投影面的3°带高斯正形投影平面直角坐标系，通过选择合适
的高程参考面抵消分带投影变形；

建立任意带高斯正形投影平面直角坐标系，通过改变中央子午线抵消投影变
形的影响；

（3）建立具有高程抵偿面的任意带高斯正形投影平面直角坐标系，通过既
改变高程参考面又改变中央子午线的方法，共同抵偿投影变形的影响；

（4）假定平面直角坐标系，以满足特殊要求。

在实际作业中，为提高控制网精度，通常不直接在国家坐标系中建立控
制网，而是采用独立坐标系，同时，为了和国家点保持联系，通常采用挂靠的方
法，即：选取两个控制点，以其中一个控制点为起算点，以两个控制点坐标反算
方位角为起算方位角，以与实地相一致的边长为起算边长，以此计算另一控制点
的新坐标，作为起算数据进行GPS网平差。具体步骤是：

（1）确定所建立坐标系的中央子午线：一般取测区附近的国家3°分带
标准的中央子午线。

（2）确定起算点：根据测区已知点分布情况，选取两个控制点，选取原
则是：最好两个点分布于测区两端，当控制点坐标非此带坐标时，先进行换带计
算。将其中一点作为起算点。

（3）确定起算方位角：将上述两个控制点通过坐标反算其方位角作为
起算方位角。

（4）确定起算边长：在没有粗差的情况下，GPS网的内符合精度很高，
因此，起算边长的精度对整个控制网的相对精度起着至关重要的作用，是解决问
题的关键，稍后作详细分析。

（5）控制点改化坐标计算：确定了以上要素后，根据起算点坐标、起算方
位角和起算边长，即可计算出另一点的改化后坐标。

（6）GPS网平差：将两个点坐标同时固定，进行GPS网平差计算，即可
求得GPS网各待定点坐标。

2.3起算边长的确定方法

综上所述，GPS网的平差精度主要取决于起算边长的精度，起算边长的
确定方法不同，GPS网平差精度也不同。

确定起算边长有3种方法，详述如下：

（1）实测边长法：如果两个控制点互相通视，可用全站仪实测其边长作
为起算边长，测边时要加入仪器加常数、乘常数改正，气象改正，倾斜改正，如
果棱镜有加常数，也要进行改正。

（2）坐标反算边长归算法：将两点坐标反算边长，得到高斯平面上的边
长，先将其先归算到参考椭球面，再归算到测区平均高程面，作为起算边长。实
际上就是大地测量中将实测边长归算到高斯平面的逆运算，在此不