第2章 GNSS工程控制测量技术设计

2.1 控制测量技术设计

GNSS控制测量技术设计是进行GNSS控制测量的基础工作，它是依据测量任务书提出的GNSS网的用途、精度、密度和经济指标，结合国家及工程有关测量规程、规范的规定，经过现场踏勘，在确定的地形、地物、交通等条件下，对GNSS控制网的坐标基准(投影面、投影带)、网形等方面进行具体设计，并根据所设计的控制网图形和所选择GNSS接收机的精度进行GNSS控制网精度、可靠性的估算。在各种设计方案中，选择既可满足精度、可靠性要求，又能使整个建网费用最少的方案，以达到控制网优化设计的目的。

2.1.1 设计原则

控制测量工作的第一阶段就是控制网的设计阶段。论述控制网的精度能否满足需要是技术设计报告的主要内容之一。虽然评定控制网的优劣，费用的高低也是评定的重要指标之一，但是，通常首先要考虑的是精度，只有在精度指标满足要求的情况下，才考虑选择费用较低的布设方案。控制网在实施前应全面规划、统筹安排，制定一些基本原则，用以指导建网工作。控制网建网基本原则是：①分级布网，逐级控制；②应有足够的精度；③应有足够的密度；④应有统一的规格。

GNSS测量控制网网点的选择虽不过分要求点与点间必须“通视”，但网点必须与天空中的卫星“通视”，一般要求视野开阔，高度角10°以上，无障碍物。点位选择应避开或远离大功率无线电发射源和高压电线等，避免周围强磁场对GNSS卫星信号的干扰。另外，还应防止多路径误差的影响，因为多路径效应对观测结果的影响很大，很难通过模型加以改正。由此在选择网点时，应尽量避开大面积水域、大金属物体和各种反射物体，以减少多路径误差的影响等。同时还要考虑基线之间的共用卫星情况，在过去的控制网技术方案设计中缺少对该项指标的评估，这部分内容将在本书第3章专门进行讨论。

2.1.2 基准设计

GNSS控制网测量获得的是GNSS基线向量，是WGS-84坐标系中的三维坐标差，而实际需要的是国家坐标系或地方独立坐标系的坐标。所以，在GNSS网技术设计时，必须明确GNSS成果所采用的坐标系统和起算数据，即明确GNSS网的基准。

GNSS网的基准包括位置基准、方位基准和尺度基准。GNSS的位置基准，一般是由给定的起算点坐标确定。方位基准一般以给定的起算方位角确定，也可以由GNSS基线向量的方位作为方位基准。确定尺度基准的方法有3种：①由地面的电磁波测距边确定；②由两个以上的起算点间的距离确定；③由GNSS基线向量的距离确定。在第10章中将提供两种基于精密测距边的尺度基准确定方法。

2.1.3 外业观测及数据处理

能否取得一个控制网各个点精确、可靠的坐标，最关键的工作在于能否采集到高质量的外业数据。在工程中控制网分布主要有带状分布和区域块状分布。带状GNSS控制网和块状GNSS控制网最大的区别在于，块状GNSS控制网各点一般分布均匀，各基线的长度相差不大，在网内的作用基本均等，在相同观测条件和观测时间长度下，比较容易得到合格的基线，即使有部分基线不合格，只要不是太多，删去这些基线对整个控制网的精度和可靠性影响也不是很大，因此需要补测的可能性比较少。而在带状GNSS控制网中，往往各点分布不均，各基线长度相差很大，很显然，它比块状GNSS控制网的数据采集方案更复杂，要想高效地采集到高质量的数据，避免重测，必须拟定高质量的外业观测方案。

影响高质量数据采集的因素有很多，如GNSS接收机本身性能好坏、卫星分布状况、接收机周围的环境状况、数据采集时间的长短等。好的卫星分布状况是采集到高质量外业数据的前提条件，如果卫星分布状况不好，即使观测时间很长，也未必能得到足够多的有效数据。在数据采集过程中，数据采集时间的长短是影响基线质量好坏的重要因素，因为采集的时间越长，获得的数据就越多，因此相同条件下，采集时间越长，基线处理结果往往越好。然而当基线比较短、接收机周围的环境状况较好时，即使观测时间比较短，基线处理结果的质量也可能很好；当基线比较长、接收机周围环境比较差时，如果观测时间不够长的话，得到基线处理结果的质量往往很差。因此，在已经确定好合理的控制网网型的前提下，必须综合考虑上述影响高质量数据采集的各种因素，制定好外业观测方案。

部分工程控制网线路长，跨越地区大，因此GNSS外业观测前，应根据星历预报以及控制网网型，编制相应的观测调度计划，观测调度计划制定可参照第3章相关内容。观测时应严格按调度计划执行。控制网点确定之后，必须先埋石，待其稳定后方可观测，也可分级观测。在观测过程中仪器对中误差一般应小于±1mm，天线高两次测量之差应小于预定限差；为了使GNSS天线的相位中心与仪器几何中心的偏差对观测结果影响最小，在观测过程中，使天线的指北标志大致指北。为了获得较高的精度，应选择最佳观测时段。