GPS技術(shù)在控制測量中的應(yīng)用

徐建平 殷強

摘 要：傳統(tǒng)控制網(wǎng)的建立方法易受各種外在因素的影響，數(shù)據(jù)處理繁瑣，工作量大，限制了控制網(wǎng)的應(yīng)用范圍。GPS技術(shù)建立控制網(wǎng)以其精度高、效率高、多功能、全天候、費用省、操作簡便等優(yōu)良特性而被廣泛應(yīng)用。時至今日，可以說GPS定位技術(shù)已完全取代了用常規(guī)測角、測距手段建立控制網(wǎng)而成為建立各等級控制網(wǎng)的主要手段。本文結(jié)合實際案例闡述了GPS控制網(wǎng)的建立。

關(guān)鍵詞：GPS；控制網(wǎng)；布設(shè)方法；數(shù)據(jù)處理；精度

1 緒論

建立GPS控制網(wǎng)是為測繪工作提供高等級和高精度測繪基準。贛州市創(chuàng)業(yè)路位于蓉江新區(qū)、贛州市經(jīng)濟技術(shù)開發(fā)區(qū)城郊，為西北―東南帶狀走向，創(chuàng)業(yè)路全長13.134公里，地勢高差較大，屬于丘陵地貌，植被茂盛，通視條件較差，測區(qū)內(nèi)橫跨章江。城郊道路較窄、車流量偏多，給測繪工作帶來了很大的不便。根據(jù)這一特點，為滿足創(chuàng)業(yè)路工程建設(shè)施工及工程竣工精度要求，決定平面控制采用靜態(tài)觀測模式布設(shè)E級GPS控制網(wǎng)，高程按四等水準要求進行聯(lián)測。

2 GPS控制網(wǎng)的設(shè)計

2.1 圖上設(shè)計

充分收集創(chuàng)業(yè)路周邊已有GPS起算資料、地形圖和影像資料，根據(jù)測區(qū)的地形特點、路網(wǎng)分布狀況、所布控制網(wǎng)的精度要求以及已知控制點的分布情況，在圖上標示出新設(shè)計的GPS點并在圖上標示出水準聯(lián)測路線。

2.2 技術(shù)依據(jù)

（1） 《全球定位（GPS）系統(tǒng)測量規(guī)范》（GB/T 18314—2009）

（2） 《城市測量規(guī)范》（CJJ/T8—2011）

（3） 《工程測量規(guī)范》（GB 50026—2007）

（4） 《國家三、四等水準測量規(guī)范》（GB/T 128982009）

2.3 精度要求

GPS控制網(wǎng)的精度取決于網(wǎng)的用途。根據(jù)工程要求和具體用途，以充分滿足工程精度和可靠性指標為前提，并考慮其費用指標來決定GPS控制網(wǎng)的精度等級。通常精度指標如下所示：δ=a2+（bd）2式中：δ為網(wǎng)中基線測量中誤差（mm），a為與接收機的有關(guān)的固定誤差（mm），b為比例誤差（ppm），d為相鄰點間的距離（KM）。創(chuàng)業(yè)路GPS控制網(wǎng)主要用于工程建設(shè)施工及工程竣工測量，本項目采用E級GPS網(wǎng)可以滿足其精度要求。創(chuàng)業(yè)路GPS控制網(wǎng)外業(yè)觀測使用的是中海達和科利達靜態(tài)GPS接收機，GPS接收機標稱精度為±5mm+1ppm，觀測時采用邊連接方式，因此該控制網(wǎng)GPS基線測量中誤差為：σ=±52+d2。

3 選點與埋設(shè)

控制點點位周圍應(yīng)便于安置接收設(shè)備和操作，視野開闊，地面基礎(chǔ)穩(wěn)定，易于標石的長期保存，視場內(nèi)障礙物的高度角不宜超過15度；點位附近不應(yīng)有強烈反射衛(wèi)星信號的物體并避開大面積水域；點位距離大功率無線電發(fā)射源至少200米，遠離高壓輸電線和微波無線電傳送通道至少50米。

在水泥路面上的點，埋設(shè)時用切割機切割成20cm×20cm的正方形邊框，中心用沖擊鉆鉆孔，埋入不銹鋼標志，并用云石膠固緊；在土質(zhì)地面的點，則采用現(xiàn)場澆注混凝土標石或埋設(shè)混凝土標石，埋設(shè)標石前應(yīng)在坑底填以砂石并夯實和整平。埋設(shè)的控制點，不銹鋼標志面不允許高出地面太多或低于標石面，以利于水準聯(lián)測時標尺的自由轉(zhuǎn)動，做好點之記。

4 外業(yè)數(shù)據(jù)采集

根據(jù)擁有的GPS接收機數(shù)量，測區(qū)內(nèi)點位分布情況及交通情況和GPS網(wǎng)形設(shè)計，提前規(guī)劃好外業(yè)觀測方案。目前我院擁有4臺中海達靜態(tài)GPS接收機和2臺科力達靜態(tài)GPS接收機，共計6臺靜態(tài)GPS接收機。根據(jù)《全球定位（GPS）系統(tǒng)測量規(guī)范》中E級GPS網(wǎng)的觀測要求，GPS觀測時衛(wèi)星截止高度角≥15°，同時觀測有效衛(wèi)星數(shù)和有效觀測衛(wèi)星總數(shù)均≥4 顆，觀測時段數(shù)≥1.6，觀測時段長度≥40min，數(shù)據(jù)采樣間隔為5～15s。安置GPS接收機時測站應(yīng)嚴格對中整平，對中誤差不大于1mm。天線高的量取應(yīng)讀取至1mm，每測站觀測前后各量取天線高一次，兩次量高互差應(yīng)小于3mm，取平均值作為最終天線高，否則重量。在觀測時盡量不在儀器旁使用對講機。GPS接收機開始記錄數(shù)據(jù)后，觀測人員應(yīng)仔細填寫好測量手簿中的記錄項。創(chuàng)業(yè)路E級GPS網(wǎng)觀測時采用邊連接方式，時段長度均大于45min，PDOP值均小于6，每點重復(fù)設(shè)站次數(shù)均大于1.6次。

5 GPS網(wǎng)數(shù)據(jù)處理

每天GPS外業(yè)觀測結(jié)束后，及時下載數(shù)據(jù)，使用商業(yè)軟件把觀測數(shù)據(jù)標準化，以外業(yè)觀測的天線高為準，計算天線相位中心位置，并歸算至標石標志中心位置，形成觀測數(shù)據(jù)標準格式文件，每天及時對當天觀測基線解算，發(fā)現(xiàn)問題即時處理，并做好備份工作。當測區(qū)所有外業(yè)觀測結(jié)束后，采用南方測繪Gnss數(shù)據(jù)處理軟件進行數(shù)據(jù)處理，把觀測數(shù)據(jù)導(dǎo)入到軟件中進行基線處理，檢核重復(fù)基線長度較差、驗算各同步環(huán)、各異步環(huán)以及各獨立環(huán)的坐標分量閉合差和全長閉合差。當存在超限時，采用軟件調(diào)整歷元間隔和衛(wèi)星高度角等方法進行調(diào)試或人工方法剔除粗差，若結(jié)果依然不滿足規(guī)范要求，則要對相應(yīng)基線進行重測。選取合格基線進行GPS網(wǎng)的三維自由（無約束）網(wǎng)平差和二維網(wǎng)約束平差。進行GPS網(wǎng)約束平差前應(yīng)對已知點的可靠性及精度進行檢核，且分布合理。

創(chuàng)業(yè)路E級GPS三維自由（無約束）網(wǎng)平差基線分量精度：V△x=V△y=V△z≤3σ=95.72mm。網(wǎng)中V△x最大為15.9006mm，V△y最大為29.1816mm，V△z最大為38.4008mm。E級GPS二維網(wǎng)約束平差以D級GPS點為平面起算點，共計10個已知點，均勻分布于測區(qū)內(nèi)。經(jīng)平差計算，單位權(quán)中誤差為±3.2616cm，最弱點點位中誤差為±2.9334mm，最弱邊邊長相對中誤差為1/130575，各項精度均符合規(guī)范要求。

6 結(jié)語

GPS控制網(wǎng)選點比較靈活，不要求點與點之間通視，GPS技術(shù)在工程控制測量中不僅能夠有效提高工作效率和工作質(zhì)量，也能夠有效降低測量工作的勞動強度，點位精度也比傳統(tǒng)導(dǎo)線做法提高很多。GPS控制網(wǎng)經(jīng)過三維無約束平差和二維約束平差，控制點精度完全滿足規(guī)范要求，約束平差時應(yīng)注意慎重選擇起算數(shù)據(jù)防止GPS網(wǎng)變形，還要保證數(shù)據(jù)的兼容性。GPS技術(shù)為工程測量開辟了一條嶄新而有效的技術(shù)途徑。

參考文獻：：

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