不同專業(yè)GPS測量技術要求的分析

陳艷平，鐘高飛，劉云忠

(昆明市測繪研究院，云南 昆明 650051)

1 引言

GPS技術在測繪領域已得到廣泛應用，是目前進行控制測量的主要手段;GPS測繪技術也已滲透到各個行業(yè)，應用范圍從等級控制到數據采集均有。不使用GPS接收機，上世紀90年代畢業(yè)的大部分學生，可能不知道如何在實際生產中測設等級控制點(理論上不會有問題)，因此GPS技術給測繪行業(yè)帶來了極大的變革，使得控制網的布設變得很容易，特別是在高等級的控制網布設方面，大大提高了生產效率和測量精度。

然而，在GPS測量技術的應用也存在著很多問題:首先是各類執(zhí)行的標準(國標和行標)對GPS測量的要求不一致，第二是等級的分類不一致，第三是對設備的要求不同，第四是最關鍵的，專業(yè)人員對標準的理解不能統(tǒng)一，從而導致在進行GPS測量過程中存在著很多不一致的問題。

本文主要從基礎測繪《全球定位系統(tǒng)(GPS)測量規(guī)范GB/T18314》(簡稱國標GPS)、城市測量《衛(wèi)星定位城市測量技術規(guī)程CJJ73》(簡稱城市GPS)、城市軌道交通測量《城市軌道交通工程測量規(guī)范GB50308》(簡稱軌道 GPS)及工程施工測量《工程測量規(guī)范GB50026》(簡稱工程GPS)等4個規(guī)范(規(guī)程)，對GPS測量的技術要求的共性和差異進行分析，以便于在實際工程應用能夠正確選用相應的精度指標。

2 規(guī)范的適用范圍

《全球定位系統(tǒng)(GPS)測量規(guī)范》是針對國家基礎測繪而制定的規(guī)范，是推薦執(zhí)行標準;《衛(wèi)星定位城市測量技術規(guī)程》是專為城市建設測量制定的GPS標準，主要用于城市規(guī)劃、市政工程建設等方面;由于城市汽車交通已無法滿足城市發(fā)展的需要，城市軌道的建設越來越多，針對這一新事物，專門制定了《城市軌道交通工程測量規(guī)范》，規(guī)范中對GPS測量也進行了規(guī)定，但篇幅很少;《工程測量規(guī)范》主要用于單一的中、大型建設工程項目，約有4頁的篇幅，具有一定的局限性，但卻是使用面最廣的規(guī)范。軌道GPS及工程GPS在編寫規(guī)劃時，也參考了城市GPS(CJJ73－97)，然而，2010年實施的城市GPS，在內符合指標上與國標GPS進行了統(tǒng)一。

2.1 GPS等級劃分

國標GPS、城市GPS、工程GPS的測量等級雖然都劃分5個等級，但國標GPS與城市GPS和工程GPS不能一一對應，城市GPS和工程GPS相互一致，只是限差有些區(qū)別，而軌道GPS對等級未進行劃分。在實際生產中，國標GPS與常規(guī)測量(三角或導線)等級關系為:二等采用B級要求觀測、三等采用C級要求觀測、四等采用D或E級要求觀測。

2.2 國標GPS

(1)劃分為 A、B、C、D、E 等5個等級。

(2)對應的平均邊長分別為 100 km、70 km、30 km、10 km、3 km。

2.3 城市GPS

(1)劃分為二等、三等、四等、一級、二級等5個等級。

(2)對應的平均邊長分別為9 km、5 km、2 km、1 km、＜1 km。

2.4 軌道GPS

(1)只有一個等級。

(2)對應的平均邊長為2 km。

2.5 工程GPS

(1)劃分為二等、三等、四等、一級、二級等5個等級。

(2)對應的平均邊長分別為9 km、4.5 km、2 km、1 km、0.5 km。

3 基線長度中誤差

基線長度中誤差σ是衡量基線觀測精度的標準差，其值與設備標稱精度和基線長度的關系為:

式中:a為儀器標稱精度中的固定誤差(mm)。

b為儀器標稱精度中的比例誤差系數(mm/km)。d為基線長度(km)。

2.1 a與b值的要求

a、b值的大小是表示GPS接收機的精度指標，值越小表明設備精度越高，反之就越低。

在國標GPS中，a、b值與采用設備的實際標稱值為準;在軌道 GPS中，只有一個等級，規(guī)定了a≤10 mm、b≤2×10－6，而在城市 GPS 和工程 GPS 中，分別對a、b的最大取值和采用設備精度進行了規(guī)定，與選用的設備可以不關聯。具體如表1所示。

不同規(guī)范對a、b值的要求 表1

3.2 σ值的計算

知道了a、b值及平均基線長度，也就可以計算σ的值，在實際生產中，國標GPS、軌道GPS和工程GPS中規(guī)定平均基線長度采用實際的平均基線長度，而在城市GPS中一般采用規(guī)范要求的平均基線長度，可以不采用實際的平均基線長度。

城市GPS中σ值如表2所示。

CJJ73－97規(guī)程中σ的取值 表2

4 內符合指標

4.1 同步觀測環(huán)

同步觀測環(huán)是3臺及以上接收機同步觀測所獲得的基線向量構成的閉合環(huán)，在4種GPS規(guī)范中均按下式進行衡量。

坐標分量閉合差:

環(huán)線全長閉合差:

n為同步環(huán)中基線邊的個數(下同)。

4.2 獨立觀測環(huán)

獨立觀測環(huán)是由獨立觀測所獲得的基線向量構成的閉合環(huán)，也稱為異步環(huán)，在4種GPS規(guī)范中均按下式進行衡量。

坐標分量閉合差:

4.3 重復基線

重復基線的長度較差的限差，在4種GPS規(guī)范中均按下式計算。

5 精度評定

5.1 觀測精度

工程GPS控制網測量中誤差為:

式中:m為控制網的測量中誤差(mm);

N為控制網中異步環(huán)的個數;

n為異步環(huán)的邊數;

W為異步環(huán)環(huán)線全長閉合差。

5.2 無約束平差

(1)無約束平差時，基線向量改正數的要求在4種GPS規(guī)范中完全一致，即要求基線向量改正數絕對值滿足下式:

(2)在工程GPS中對最弱邊相對中誤差進行了規(guī)定，其他GPS規(guī)范中未作要求，具體如表3所示。

GB50026－2007對最弱邊相對中誤差的規(guī)定 表3

5.3 約束平差

(1)基線向量的改正數與經過粗差剔除后的無約束平差結果的同名基線相應改正數的較差符合下式要求:

(2)平差后最弱邊相對中誤差的要求如表4所示。

兩種規(guī)范平差后最弱邊相對中誤差的要求 表4

(3)城市GPS中，當邊長小于200 m時，邊長中誤差小于±2 cm。

(4)軌道GPS如表5所示。

GB50308－2008對中誤差的要求 表5

6 再談基線標準差σ的值選用

(1)在建設工程運用中，同等級GPS網中，基線長度從幾百米到幾千米不等，對基線標準差σ的取值存在不同的看法，規(guī)范要求按實際使用儀器與實際平均基線長來計算σ的值，在衡量觀測精度時，長基線一般不會有問題，但是短基線，特別是小于300 m的基線，很難通過，特別是用高精度儀器測量短邊基線時，更難滿足要求，因此建議參照城市GPS的技術要求，采用相對固定的σ值。

(2)為什么會出現這樣的情況?筆者認為，測量二級導線時，導線的全長相對閉合差要求不超過1/10000，使用的設備一般采用2″級(II級測距)全站儀，有時會使用更高一級的設備，如1″級(I級測距)全站儀，此時導線的全長相對閉合差要求仍然是不超過1/10000，不因儀器的改變而更改變。

7 結語

(1)在工程建設方面經常遇到甲方要求按國標GPS的要求進行控制網的測設，因此在運用國標GPS規(guī)范時，需充分了解國標 GPS中采用 A、B、C、D、E劃分等級，與常規(guī)測量的等級不一致，在實際使用時應結合工程建設方面的規(guī)范，以精度指標要求高的為依據。

(2)建設工程應用中，精度指標的衡量多采用最弱點點位中誤差及最弱邊相對中誤差，最好是采用相鄰點的點位中誤差來衡量，然而只有軌道GPS中規(guī)定了相關指標，其他三種GPS規(guī)范只規(guī)定部分指標，因此需要參考其他相關規(guī)范。

［1］GB/T18314－2009.全球定位系統(tǒng)(GPS)測量規(guī)范［S］.

［2］GB 50308－2008.城市軌道交通工程測量規(guī)范［S］.

［3］CJJ/T 73－2010.全球定位系統(tǒng)城市測量技術規(guī)程［S］.

［4］GB50026－2007.工程測量規(guī)范［S］.