大連郊區(qū)某公路工程地形測量技術(shù)研究

摘 要：該文基于筆者多年從事工程測量的工作經(jīng)驗，以大連郊區(qū)某公路地形測量為工程背景，研究探討了基于GPS的帶狀地形測量方法，論文探討了控制網(wǎng)的布設(shè)方法，分析了控制網(wǎng)的外業(yè)觀測思路，給出了數(shù)據(jù)處理及檢核的結(jié)果，最后進(jìn)行了GPS控制網(wǎng)平差和成果評價，全文是筆者長期工作實踐基礎(chǔ)上的理論升華，相信對從事相關(guān)工作的同行有著重要的參考價值和借鑒意義。

關(guān)鍵詞：GPS 地形測量 控制測量 精度

中圖分類號：TB22 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2013）04（a）-0-01

GPS作為一種全新的測量手段，不僅具有精度高、速度快、通用性強(qiáng)、便于操作、全天候、無需通視等優(yōu)點(diǎn)，還可同時提供平面和高程三維位置信息。大連郊區(qū)某公路1∶1000帶狀地形測量工程，測區(qū)山高坡陡、森林茂密、灌木叢生，地形平均坡度達(dá)20～30 °，通行通視非常困難，給常規(guī)控制測量帶來了很大難度，為了確保工期、保證質(zhì)量，我們采用了GPS控制測量方法。

1 GPS控制網(wǎng)的布設(shè)

工程是山區(qū)公路帶狀地形測量，為了滿足工程設(shè)計及施工的需要，GPS網(wǎng)點(diǎn)自然緊隨公路而布設(shè)，點(diǎn)位要求顧及公路測設(shè)范圍且基本分布均勻，各測點(diǎn)要求至少能與一個相鄰GPS點(diǎn)通視。本次共布設(shè)17個E級GPS點(diǎn)，聯(lián)測已知點(diǎn)3個（如圖1），平均基線270 m。網(wǎng)中聯(lián)測的3個已知點(diǎn)為我院1983年所施測的三等三角控制網(wǎng)，其高程為1956年黃海高程系。

圖1 GPS控制網(wǎng)布設(shè)圖

2 GPS控制網(wǎng)的外業(yè)觀測

2.1 儀器裝備

采用3臺美國產(chǎn)Ashtech SCA-12S型單頻接收機(jī)進(jìn)行觀測，其靜態(tài)定位測量精度為±（l0 mm +1ppm.D）。

2.2 觀測的技術(shù)指標(biāo)

（1）有效觀測衛(wèi)星數(shù)不小于4顆；（2）觀測時段大于60 min；（3）時段中任一衛(wèi)星的有效觀測時間大于20 min；（4）衛(wèi)星高度截止角大于15 °；（5）衛(wèi)星幾何圖形因子GDOP值小于6，空間位置。（6）精度因子PDOP值小于6；（7）數(shù)據(jù)采集間隔為15 s；（8）數(shù)據(jù)采集方式為L1采集。

2.3 觀測時間選擇

根據(jù)衛(wèi)星星歷預(yù)報，當(dāng)時當(dāng)?shù)厣衔?/p>

9：20以前能接收到4顆以上健康衛(wèi)星信號，且圖象強(qiáng)度因子（PDOP）值都小于6。為了保證在最佳時間內(nèi)觀測，每天安排在

5：30～9：30這段時間進(jìn)行作業(yè)，以確保GPS網(wǎng)的精度。

3 數(shù)據(jù)處理及檢核

將外業(yè)當(dāng)天采集的數(shù)據(jù)傳輸?shù)接嬎銠C(jī)中，然后對其進(jìn)行基線向量處理，以確保外業(yè)數(shù)據(jù)的質(zhì)量，同時也是對外業(yè)數(shù)據(jù)質(zhì)量的檢驗。數(shù)據(jù)處理采用隨機(jī)軟件GPS V5.2 進(jìn)行，根據(jù)自動處理輸出的基線向量指標(biāo)，即可知道基線的解算情況。作業(yè)過程中，有一天發(fā)現(xiàn)同步環(huán)4～5～6閉合差超限，經(jīng)認(rèn)真分析，發(fā)現(xiàn)是點(diǎn)位置選擇不當(dāng)所致，4號點(diǎn)選在5號點(diǎn)山脊的北面，6號點(diǎn)選在5號點(diǎn)山脊的南面，致使同步環(huán)上各測點(diǎn)觀測到的衛(wèi)星不同步，需要調(diào)整個別點(diǎn)位，這是山區(qū)GPS作業(yè)中值得注意的。為了提高基線向量的解算精度，可以采取以下措施：（1）增大高度截止角。系統(tǒng)默認(rèn)的高度截止角為150 °，增大高度截止角對求解整周未知數(shù)與提高成果精度有益，因為所有相應(yīng)的噪聲隨衛(wèi)星高度截止角增大而降低，但這時要有較多的衛(wèi)星參與計算，且以GDOP值良好為前提。（2）改變歷元間隔。由子GPS機(jī)本身和外界干擾產(chǎn)生的整周跳變，如衛(wèi)星信號被樹葉阻斷，使基準(zhǔn)信號和衛(wèi)星信號混頻以產(chǎn)生差頻信號。這時，改變歷元間隔，可以提高基線向量的解算精度。但改變歷元間隔數(shù)值越大，需要的觀測時間就相對越長。（3）剔除個別含有粗差的基線，找出原因，采取有效措施進(jìn)行重測，以確保整體質(zhì)量。

4 GPS控制網(wǎng)平差和成果評價

采用GPS V5.2 隨機(jī)軟件進(jìn)行網(wǎng)平差，首先采用WGS-84大地坐標(biāo)系進(jìn)行三維自由網(wǎng)平差，在GPS網(wǎng)自由平差內(nèi)部符合精度要求后，進(jìn)行約束網(wǎng)平差計算，最后將各GPS點(diǎn)的WGS-84坐標(biāo)轉(zhuǎn)化為1954年北京30帶大地坐標(biāo)。網(wǎng)平差計算時使用Ⅲ-10，某礦為起算依據(jù)，進(jìn)行三維約束平差，利用無名嶺的成果作為檢核。平差后，最弱點(diǎn)5號的點(diǎn)位中誤差為±7 mm，最弱勢相對精度為1：285000，無名嶺的己知成果與本次平差成果比較δX = 0.010，δy =0.01，這說明采用GPS定位技術(shù)可以建成高精度的控制網(wǎng)。GPS高程測量是利用2個四等水準(zhǔn)點(diǎn)Ⅲ-10，某礦施測GPS水準(zhǔn)，相當(dāng)于四等電磁波測距三角高程，經(jīng)WGS-84坐標(biāo)系三維無約束平差，可以獲得供高程擬合計算的大地高，由于GPS水準(zhǔn)網(wǎng)布設(shè)成帶狀，采用數(shù)學(xué)3次播值樣條函數(shù)模式擬合，擬合出各GPS點(diǎn)的正常高。擬合后最弱點(diǎn)高程中誤差為±0.017 m其精度達(dá)到四等電磁波測距三角高程精度要求。GPS控制網(wǎng)采用日本SOM A SE12110全站儀按I級導(dǎo)線精度進(jìn)行外業(yè)檢測，其統(tǒng)計結(jié)果如表1。從外業(yè)檢測數(shù)據(jù)可看出，GPS控制網(wǎng)精度高，成果可靠，足以滿足山區(qū)地形測量的要求。

5 結(jié)語

（1）GPS控制網(wǎng)在山區(qū)控制測量中具有布網(wǎng)靈活方便、作業(yè)效率高，能減少砍伐樹木，對保護(hù)生態(tài)環(huán)境具有積極意義。（2）對山區(qū)選點(diǎn)要避免同步環(huán)中一個點(diǎn)在山脊一邊，另一個點(diǎn)在山脊另一邊；或一個在狹窄的山溝里，另一個在山頭上，選點(diǎn)還要避免選在大樹下、坡度大的山脊山坡上、陡坎下面，以免影響GPS測量精度。（3）觀測時間的正常選擇，對提高GPS測量精度有著決定性的影響。

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