GPS測(cè)量技術(shù)實(shí)例分析

張昌龍

摘要：隨著我國(guó)建筑的蓬勃發(fā)展，GPS測(cè)量由于精度高，能給建設(shè)工程提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支持。本文根據(jù)工程案例對(duì)GPS測(cè)量技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行分析，供同行借鑒參考。

關(guān)鍵詞：建設(shè)工程;GPS測(cè)量

前言

GPS定位在初期時(shí)只具備靜態(tài)作業(yè)模式，靜態(tài)定位所獲取的基線解精度可達(dá)5mm（雙頻）/10mm（單頻）+2*10-6D?？焖凫o態(tài)定位逐步成為短基線測(cè)量作業(yè)的新突破，如此實(shí)現(xiàn)GPS 測(cè)量效率的提高。與常規(guī)測(cè)量技術(shù)相比，GPS 測(cè)量技術(shù)具有測(cè)站間無(wú)需通視;定位精度高;觀測(cè)時(shí)間短;提供三維坐標(biāo);操作簡(jiǎn)便;全天候作業(yè)等特點(diǎn)。

一、工程案例

某三等GPS網(wǎng)設(shè)計(jì)24個(gè)時(shí)段，共40 點(diǎn)，當(dāng)中有8個(gè)二等GPS 點(diǎn)作為起算點(diǎn)，平均重復(fù)設(shè)站率為2.4（應(yīng)≥2.0）。GPS 網(wǎng)形布置如圖1：

圖1? 三等 GPS 網(wǎng)形布置圖

二、外業(yè)測(cè)量

外業(yè)測(cè)量采用了四臺(tái)瑞士生產(chǎn)的雙頻Leica vivaGS15 GPS 接收機(jī)，靜態(tài)標(biāo)稱精度為3mm+0.5ppm?！豆こ虦y(cè)量規(guī)范》GB 50026-2007 規(guī)定，三等GPS測(cè)量一個(gè)時(shí)段的長(zhǎng)度是20～60分鐘，本次時(shí)段長(zhǎng)度一般取50分鐘。本次為了試驗(yàn)研究，將1～9時(shí)段的1號(hào)機(jī)的時(shí)段長(zhǎng)度隨機(jī)取為14～51分鐘，其他機(jī)子的時(shí)段長(zhǎng)度仍為50 分鐘。1號(hào)機(jī)各時(shí)段的有效觀測(cè)時(shí)間見表1。

表1? 1號(hào)機(jī)各段長(zhǎng)度統(tǒng)計(jì)表

時(shí)段號(hào)

1

2

3

4

5

9

8

6

7

1號(hào)機(jī)觀測(cè)時(shí)間（分鐘）

50′

51′

49′

38′

26′

22′

38′

24′

14′

1～9時(shí)段網(wǎng)圖見圖2，施測(cè)順序按時(shí)段號(hào)依次是1-2-3-4-5-9-8-6-7。

圖2? 三等 GPS 網(wǎng)形布置圖

三、基線向量解算

基線向量的解算采用GPS接收機(jī)附帶的解算軟件Leica Geo Office 7.0.1.0 完成。通常采用的是雙差固定解，解算的基線向量是否合格，主要以三項(xiàng)指標(biāo)來(lái)考核，即：復(fù)測(cè)基線長(zhǎng)度較差最大值是否小于規(guī)范允許的限差;每個(gè)時(shí)段觀測(cè)的同步環(huán)坐標(biāo)分量相對(duì)閉合差、環(huán)線全長(zhǎng)相對(duì)閉合差是否在規(guī)范允許的限差內(nèi);異步環(huán)坐標(biāo)分量閉合差、全長(zhǎng)閉合差是否在規(guī)范允許的限差內(nèi)。對(duì)于超限的基線需剔除或重新解算。

一次性將1～9 時(shí)段觀測(cè)數(shù)據(jù)全部導(dǎo)入項(xiàng)目中，各時(shí)段的衛(wèi)星信號(hào)情況見圖3。

在基線處理時(shí)發(fā)現(xiàn)，在解算第一個(gè)時(shí)段（1 時(shí)段）時(shí)就出現(xiàn)了基線網(wǎng)形跑位，并且出現(xiàn)了點(diǎn)位重疊的現(xiàn)象。見圖4。經(jīng)過(guò)檢查，1時(shí)段解算沒有問(wèn)題，衛(wèi)星信號(hào)、同步環(huán)閉合差、殘差均合格。后來(lái)依次成功解算出2、3、4、5、9、8、6時(shí)段，均無(wú)法解決上述圖形跑位和點(diǎn)位錯(cuò)位重疊問(wèn)題。在解算最后一個(gè)時(shí)段7 時(shí)段時(shí)，發(fā)現(xiàn)只能解算出5條基線，并出現(xiàn)明顯跑位網(wǎng)形。很明顯，問(wèn)題出在7 時(shí)段，但刪除7時(shí)段所有數(shù)據(jù)后，并不能解決上述跑位問(wèn)題。后來(lái)全部重來(lái)，刪除全部數(shù)據(jù)，重新導(dǎo)入除7 時(shí)段外的其他8個(gè)時(shí)段的觀測(cè)數(shù)據(jù)，8個(gè)時(shí)段最終全部解算成功。

圖3

剩余的15個(gè)時(shí)段，將其中邊長(zhǎng)較短的4個(gè)時(shí)段長(zhǎng)度調(diào)整為40分鐘，其余時(shí)段長(zhǎng)度仍為50 分鐘。最終24個(gè)時(shí)段的144 條基線全部都解算合格，共有16 條重復(fù)基線，最大重復(fù)基線較差為5mm，同步環(huán)閉合差、異步環(huán)閉合差、重復(fù)基線較差等各項(xiàng)精度統(tǒng)計(jì)均優(yōu)于規(guī)范要求。

四、三維無(wú)約束平差計(jì)算

三維無(wú)約束平差是在WGS84 坐標(biāo)系下，以控制網(wǎng)所在區(qū)域的中央子午線和某一點(diǎn)為固定點(diǎn)作依據(jù)，取用所有計(jì)算合格的基線進(jìn)行的無(wú)約束平差。三維無(wú)約束解算的結(jié)果是否合格，主要以基線向量改正數(shù)、點(diǎn)位誤差、點(diǎn)間相對(duì)中誤差等三項(xiàng)指標(biāo)來(lái)考核。

本GPS 網(wǎng)最后舍去一條重復(fù)基線，取用了143 條基線參與三維網(wǎng)平差。

平差結(jié)果：F-檢驗(yàn)值為0.20（臨界值0.96）;約束平差后最弱邊相對(duì)中誤差為1/10.4萬(wàn)（允許1/7萬(wàn)）。

其中59條基線的殘差在0mm～3mm 區(qū)間，比例42%;72條基線殘差在3.1mm～6mm 區(qū)間，比例為50%;12條基線殘差在6.1mm～9.2mm 區(qū)間，比例為8%?？梢姡敬稳菺PS測(cè)量?jī)?nèi)精度良好。

五、二維約束平差計(jì)算

主要是取用三維無(wú)約束平差檢驗(yàn)合格后的所有基線，根據(jù)采用的起算基準(zhǔn)點(diǎn)進(jìn)行GPS 網(wǎng)的縮放、平移、旋轉(zhuǎn)等約束平差。平差解算的結(jié)果是否合格，主要以兩項(xiàng)指標(biāo)來(lái)考核，即：三維無(wú)約束平差與二維約束平差中同名基線改正數(shù)較差是否在規(guī)范允許的范圍內(nèi);點(diǎn)間相對(duì)中誤差是否滿足規(guī)范要求。

圖4

六、結(jié)束語(yǔ)

經(jīng)過(guò)本次GPS測(cè)量實(shí)踐，總結(jié)幾點(diǎn)如下：①三等GPS 網(wǎng)時(shí)段長(zhǎng)度大于22分鐘的數(shù)據(jù)都能成功解算出來(lái)，且觀測(cè)時(shí)間在信號(hào)較差的時(shí)候;時(shí)長(zhǎng)14分鐘的不能解算;全網(wǎng)整體精度合格。這驗(yàn)證了工程測(cè)量規(guī)范以20分鐘為時(shí)長(zhǎng)下限是合適的，單純依靠延長(zhǎng)觀測(cè)時(shí)間不能明顯提高網(wǎng)的可靠性，增加觀測(cè)期數(shù)是提高網(wǎng)的可靠性的最佳方法，在GPS測(cè)量項(xiàng)目中應(yīng)根據(jù)項(xiàng)目實(shí)際情況合理、靈活的設(shè)計(jì)時(shí)段長(zhǎng)度。②靜態(tài)觀測(cè)時(shí)段長(zhǎng)度過(guò)短的觀測(cè)數(shù)據(jù)（比如三等GPS時(shí)段長(zhǎng)度小于20分鐘的）不宜導(dǎo)入分配，宜直接剔除。③嚴(yán)格按照規(guī)范要求合理布設(shè)GPS 點(diǎn)位，保證衛(wèi)星信號(hào)接收良好，注意基線邊長(zhǎng)的均勻性，會(huì)使GPS測(cè)量的外業(yè)觀測(cè)和內(nèi)業(yè)解算更為順利。

參考文獻(xiàn)：

[1]張躍雷.GPS 在工程測(cè)量中的應(yīng)用[J].太原科技，2007（05）.

[2]李召，佘冬芝.GPS技術(shù)在地形控制測(cè)量中的應(yīng)用探討[J].中州煤炭，2010（03）.

[3]潘文琴，周德標(biāo).GPS 技術(shù)在工程測(cè)量中的作用[J].中國(guó)新技術(shù)新產(chǎn)品，2010（11）