GPS控制網(wǎng)在高速公路測繪與應(yīng)用分析

舒曉龍

摘要：全球定位系統(tǒng)GPS已經(jīng)從神秘的軍事技術(shù)轉(zhuǎn)變?yōu)橘N近人們?nèi)粘Ｉ畹拿裼眉夹g(shù)，主要用于船舶、汽車、飛機、車輛等，但人們還有誤區(qū)認為高精度的GPS僅僅提供軍事領(lǐng)域，事實上高精確的GPS系統(tǒng)，已得到了廣泛的應(yīng)用在此基礎(chǔ)上快速的靜態(tài)定位為短基線測量作業(yè)，創(chuàng)出了一條新路，大大提高了GPS測量的勞動生產(chǎn)力。本文以實例對GPS控制網(wǎng)在高速公路測繪進行了分析，僅供大家參考。

關(guān)鍵詞：GPS系統(tǒng)；測繪；測量

一、工程概況

本工程坐落于湖州市長興縣，項目起于杭長高速公路泗安至安城段與申蘇浙皖高速公路交叉點（樁號K94+992），終于長興白峴鄉(xiāng)與江蘇宜興茗嶺鎮(zhèn)交界處的葡萄嶺（樁號K125+402），路線全長30.41Km。全線設(shè)中特大橋2670m/2座，大橋3187.5m/11座，長隧道3042.5m/1.5座，中短隧道1016m/2座，樞紐1處，一般互通3處，服務(wù)區(qū)1處（與槐坎互通合建），主線收費站1處，連接線6200m/1條以及必要的交通安全、服務(wù)等設(shè)施。

二、平面控制測量

按設(shè)計要求，全線統(tǒng)一布設(shè)了一級GPS控制網(wǎng)，新測26點。

一級GPS網(wǎng)野外數(shù)據(jù)采集用美國TRIMBLE公司5臺GNSS R8-3和3臺4600LS接收機以靜態(tài)模式進行觀測，全線形成帶狀網(wǎng)，全網(wǎng)采用邊聯(lián)式構(gòu)網(wǎng)。

（1）GPS控制點的布設(shè)和選埋

一級GPS點點位均選擇在測區(qū)附近，主要在道路、橋梁等地帶，基本能保證GPS信號無障礙接收，受地形限制，個別點位視場內(nèi)高度角有大于15?的障礙物。

新測一級GPS點點位利用實地查找到的已有控制點，部分為本項目設(shè)計階段的一級點位，也有小部分為當?shù)夭荚O(shè)的測量控制點。

線路總長約36.61Km，共布設(shè)一級GPS點26點，平均邊長約1.40Km左右一點，符合規(guī)范要求。由于點位間距較遠，故各點間互不通視。

GPS控制點均采用了永久性測量標志，由于利用實地已有控制點，故標志有銅標志、不銹鋼標志等。測區(qū)內(nèi)利用的老點新舊點號對照見下表3。

（2）GPS控制點的編號及點之記制作按下列要求進行：

一級GPS點編號采用了“GIXX” 的樣式，即“GI01，GI02……GI26”，均流水編號，在測區(qū)范圍沒有重復(fù)或者空號。

在埋石工作完成后按統(tǒng)一格式對點之記進行繪制和整理。點之記采用相對固定地物對點位位置進行說明，點位至相對固定地物用皮尺量至厘米。

（3）GPS控制點外業(yè)觀測

接收機標稱精度均滿足《衛(wèi)星定位城市測量技術(shù)規(guī)范》的要求。其中儀器標稱精度最低10mm+5*10-6*D。觀測過程中PDOP值不大于6，衛(wèi)星高度角大于15°，有效衛(wèi)星數(shù)大于4。觀測時段長度均大于45分鐘，數(shù)據(jù)采樣間隔率為15秒，從而保證了較好的星座圖形強度和數(shù)據(jù)采集量。天線高每時段前后各量取一次，互差小于3mm，取平均值記入觀測手簿。

（4）觀測數(shù)據(jù)的存儲備份

觀測數(shù)據(jù)當天全部下載至微機。計算機硬盤中保存一套，其它存儲介質(zhì)中保存另一套。

（5）外業(yè)數(shù)據(jù)的檢核

基線使用數(shù)據(jù)處理軟件TBC2.60處理，采用單基線模式解算，處理后本網(wǎng)獨立基線網(wǎng)平均基線邊長為3.196km，其中最長基線9955.156m（GI13～三尖山），最短基線809.853m（II長于08～GI02），計算本網(wǎng) = =18.85100mm（其中a=10mm、b=5ppm，D取平差基線網(wǎng)的平均邊長，單位為Km）。全網(wǎng)共觀測10個時段，本網(wǎng)選擇基線構(gòu)成同步觀測環(huán)11個，異步觀測環(huán)70個進行檢核進行檢核，9條復(fù)測基線進行比較，同時采用同濟大學(xué)GPS_NET檢查56個獨立基線閉合環(huán)，其精度均滿足《衛(wèi)星定位城市測量技術(shù)規(guī)范》的要求。

復(fù)測基線中長度較差均符合《衛(wèi)星定位城市測量技術(shù)規(guī)范》ds≤ （其中d取實際平均邊長）的要求，復(fù)測基線較差最大值ds=0.013m（GI12～GI14），允許限差為0.047m，小于限差要求。

（6）GPS控制網(wǎng)的平差

無約束平差：在基線向量解算結(jié)果各項指標符合要求后，采用天寶公司軟件TBC2.60進行平差，所取基線為獨立基線。首先進行GPS基線網(wǎng)的無約束平差（最小約束平差），以GI12為固定點，無約束平差將更有效全面地考核GPS網(wǎng)的內(nèi)部符合精度，并衡量已知點成果精度是否含粗差。測區(qū)GPS網(wǎng)無約束平差在WGS-84坐標系下進行，經(jīng)x2（對整個觀測量群）統(tǒng)計檢驗通過，各觀測值t（對各觀測元素）統(tǒng)計檢驗均通過，平差后單位權(quán)方差為1.00，觀測值不含粗差。

約束平差：在無約束平差對觀測值及已知數(shù)據(jù)全面檢核通過后，進行GPS基線向量網(wǎng)的三維約束平差，以求得最終成果。本網(wǎng)采用1954年北京坐標系和1980西安坐標系，中央子午線均為120°00′，GPS網(wǎng)約束平差以3個C級點、2個D級點為平面約束點，以12個水準點為高程約束點。無約束平差對控制網(wǎng)內(nèi)部精度進行檢核，精度良好；約束上述起算點后本網(wǎng)比例因子0.99997839，成果可靠作為本網(wǎng)的平面起算數(shù)據(jù)。約束平差x2統(tǒng)計檢驗通過，90條基線觀測值t檢驗獲通過，平差后單位權(quán)方為1.00，由于軟件不能輸出基線向量改正數(shù)，故采用部分約束平差的方法進行已知點推算（固定4個點）。平差后最弱邊相對精度為1/51753（Ⅱ長于08～GI02），基線長809.828m，邊長改正數(shù)為0.016m，本網(wǎng)最弱點位中誤差為0.029m（GI23），均符合精度限差要求。

三、高程控制測量

因土地勘測定界對高程精度不作要求，且根據(jù)對浙江省交通規(guī)劃設(shè)計研究院提供的已有高程控制測量成果的分析，本項目高程采用GPS擬合高程。

本次擬合高程起算利用了C級GPS點帶有水準成果的2個控制點，同時還選取了新測點與老點點位重合、又有四等以上水準成果的控制點，作為高程擬合起算點。

四、圖根控制測量

在全線統(tǒng)一布設(shè)的一級控制網(wǎng)基礎(chǔ)上進行圖根控制測量。圖根控制采用RTK測設(shè)。

圖根點均選在通視良好、容易設(shè)站并盡量避免附近有大功率無線電發(fā)射源或高壓輸電線等影響接收衛(wèi)星信號的地方。圖根點標志在水泥、瀝青路面主要以水泥釘、鉚釘、油漆等材質(zhì)作為標志，其他地段則采用臨時標志，如木樁等。

圖根點密度以滿足測圖要求為前提，線路總長36.61Km，扣除隧道，實測總長約33.4Km，共布設(shè)RTK圖根點542點，平均密度為約0.07Km左右，其密度能夠滿足地形測量的需求。主要分布在測區(qū)沿線，個別點位在實測地形圖范圍外邊。采用“英文字母” +“阿拉伯數(shù)字”表示，例如“T001、B01”，由于外業(yè)測繪過程中出現(xiàn)超差等因素，編號出現(xiàn)個別空號等情況。

RTK測量中執(zhí)行《全球定位系統(tǒng)實時動態(tài)測量（RTK）技術(shù)規(guī)范》的各項要求。利用省CORS系統(tǒng)進行實地測設(shè)工作，整個測區(qū)分成三段：泗安鎮(zhèn)、槐坎鄉(xiāng)和白峴鄉(xiāng)。施測圖根點前，均進行已知點采集、求取轉(zhuǎn)換參數(shù)等工作。

上述轉(zhuǎn)換參數(shù)均符合規(guī)范中的平面坐標轉(zhuǎn)換殘差不應(yīng)大于圖上0.07mm、高程擬合殘差不應(yīng)大于1/12基本等高距的要求。轉(zhuǎn)換參數(shù)求定后開始采集圖根點，流動站觀測時采用了對中桿進行對中、整平，每個圖根點觀測歷元數(shù)均大于20個，并使儀器倒置后或者初始化后再次測定一次。兩次觀測值內(nèi)業(yè)按平面觀測值較差不大于圖上0.1mm、高程較差不大于1/10基本等高距的要求比較，沒有超出限差要求的取其中數(shù)作為最終成果，有超出的現(xiàn)場重新測定符合要求才使用。本測區(qū)圖根只提供成果表。

五、質(zhì)量檢查情況

一級GPS網(wǎng)網(wǎng)型牢固、點位選擇合理、密度滿足設(shè)計書要求；GPS原始記錄完整；起算點成果數(shù)據(jù)抄錄正確；點之記繪制基本符合設(shè)計書要求、簡潔、易讀；外業(yè)觀測數(shù)據(jù)真實、可靠。

基線向量解算正確、精度符合規(guī)范及設(shè)計書要求；基線處理合理、精度良好；GPS無約束平差中基線分量改正數(shù)滿足規(guī)范及設(shè)計書要求；GPS約束平差結(jié)果各項限差滿足規(guī)范及設(shè)計書要求。

全線新設(shè)的GPS 一級點位有21個點利用了本項目已有控制點位，通過新老坐標比較后，各個點位差值在0.12m以內(nèi)，總體看，偏南偏東。