GPS全球定位系統在城鎮基礎測繪中的應用

李志虎

1 概述

GPS全球定位系統(Global Positioning System)在城市基礎測繪中的應用,最近兩年在中小城市得到了迅速推廣,這主要依賴于GPS系統可以向全球任何用戶全天候地連續提供高精度的三維坐標、三維速度和時間信息等技術參數。我們先了解一下GPS系統的組成,工作原理以及在測量領域的應用特點。

1)GPS系統的組成 。GPS全球定位系統由空間衛星群和地面監控系統兩大部分組成,除此之外,測量用戶當然還應有衛星接收設備(見圖1)。

2)GPS的工作原理。GPS系統是一種采用距離交會法的衛星導航定位系統。如圖1所示,在需要的位置P點架設GPS接收機,在某一時刻ti同時接收了 3顆(A,B,C)以上的 GPS衛星所發出的導航電文,通過一系列數據處理和計算可求得該時刻GPS接收機至GPS衛星的距離SAP,SBP,SCP,同樣通過接收衛星星歷可獲得該時刻這些衛星在空間的位置(三維坐標)。從而用距離交會的方法求得P點的三維坐標(Xp,Yp,Zp)。在GPS測量中通常采用兩類坐標系統,一類是在空間固定的坐標系統,另一類是與地球體相固聯的坐標系統,稱地固坐標系統,我們在公路工程控制測量中常用地固坐標系統(如:WGS-84世界大地坐標系和1980年西安大地坐標系)。

2 GPS測量的技術特點

1)測站之間無需通視。2)定位精度高。3)觀測時間短。4)提供三維坐標。5)操作簡便。6)全天候作業。

3 GPS系統在實際測量工作中的應用

山西省陽城縣町店鎮鎮區基礎測繪項目應用GPS測量是于2004年開始的,2005年在町店鎮鎮區基礎測繪項目的城鎮基礎控制測量中推廣使用了靜態功能這一技術。

3.1 町店鎮鎮區基礎資料

町店鎮位于陽城縣縣城北8 km處。測區沿蘆葦河、八芹公路呈槽形,長約5.3 km,寬約0.8 km,面積約4.8 km2。測區包括八里灣、富家坪、町店、南莊、北莊、馮王莊、義城七個村莊。測區地理坐標東經 112°25′01″～ 112°27′42″,北緯 35°32′07″～ 35°34′11″;測區槽形底部高程約 550 m～600 m,槽形兩邊最大高程約650 m。

3.2 已有資料分析及利用

在陽城縣城區,城建局已建立陽城縣獨立坐標系,控制點分布在城區及周邊地區。近年來,陽城縣規劃建設部門一直利用陽城縣獨立坐標系,為本地規劃建設及管理服務,本次測繪仍沿用陽城縣獨立坐標系。本次測繪從陽城城建部門收集到原陽城縣獨立坐標系四等點西河、三等點基南坐標資料,坐標數據如下:西河:縱坐標3 932 717.596,橫坐標496 356.604,高程662.622。基南:縱坐標3 926 550.609,橫坐標500 432.153,高程575.68。經檢測,坐標點保存完好,精度可靠,可作為首級控制的坐標起算點。

3.3 控制性測量

3.3.1 建立布網方案

本次測繪平面系統采用陽城縣獨立坐標系。在測區周邊布設四等GPS網為測區首級控制,再加密布設一級、二級導線作為測區基本控制。擬布設GPS點6個,一級導線點 20個。四等GPS網坐標起算點為西河、基南。觀測作業方式采用混聯式。本次測繪高程系統依施測四等GPS網內一點高程坐標為高程起算點,利用三角高程測量測設四等GPS點及一級導線點高程作為測區高程基本控制點。

3.3.2 平面控制測量

測區首級平面控制測量采用四等GPS控制測量。應根據《全球定位系統GPS測量規范》中對GPS網的技術要求實施。

測區加密平面控制測量采用一級光電測距導線控制測量,根據《城市測量規范》要求實施。

四等GPS點應布設在蘆葦河兩岸坡上,要求邊長為1 km左右,按兩兩通視、便于加密的原則進行。

GPS控制點在堅實地面上打入25 cm×φ 16 mm鋼釘并在頂部鋸一“+”字表示點位;在軟質地面上埋設20 cm×20 cm×40 cm標石并在頂端鑲嵌帶有“+”字的鋼釘表示點位。

GPS觀測按照《全球定位系統GPS測量規范》中對四等GPS點的有關技術規定執行。

GPS觀測使用3臺天寶(Trimble)4800GPS測地型接收機進行靜態數據采集。記錄采用統一協調世界時〔UTC〕。觀測時,各作業組要嚴格遵守調度命令,同步觀測同一組衛星。同步觀測衛星數應不少于4顆,若觀測過程發現衛星分布狀態較差或數量減少要隨時報告,以便延長觀測時間或取消本次觀測。PDOP值應小于4。觀測前后各量取天線高1次,取位至毫米。

一級、二級光電測距導線控制測量應滿足表1要求。

表1 一級、二級光電測距導線控制測量標準

平面控制點點位選取后及時繪制點之記,靶點選取應不少于兩個,靶距量至0.01 m。

3.3.3 高程控制

高程控制測量采用光電測距三角高程測量。本測區對四等GPS點及一級導線點進行四等光電測距高程導線測量。三角高程測量,在平面控制網的基礎上布設成附合路線、閉合環線或三角高程網。高程導線各邊的高差測定應采用對向觀測。儀器高、照準高兩次量取取中記錄,量至0.001 m。

高程導線邊長的測定,應采用不低于Ⅱ級精度的測距儀單向觀測兩測回,垂直角觀測采用中絲法。

4 質量控制

1)采用先進的技術方法和科學的技術路線控制質量。本次地形圖測繪采用電子平板測繪系統,內外業一體化進行,即集野外數據采集、平差計算、計算機繪制地形圖同時現場完成,一次性提交地形圖成果。2)工序質量控制。根據ISO9002質量管理體系,嚴格進行工序質量控制。即下一工序檢查上一工序,一旦發現問題,必須立即糾正。不消除問題,不得轉入進行下一道程序。層層設卡,層層控制,把問題消除在萌芽狀態。3)三檢一驗質量控制。根據三檢一驗質量控制制度,在作業過程中,嚴格執行作業人員自檢,作業組長復檢,項目技術負責統檢和質量驗收制度。

5 提交資料

經檢查驗收后應提交下列資料:1)GPS平差計算書、GPS點成果表、GPS點點之記。2)一級、二級導線平差計算書,一級、二級導線點成果表,一級、二級導線點點之記。3)控制點分布圖。

6 結語

1)GPS作業有著極高的精度。它的作業不受環境和距離限制,非常適合于地形條件困難地區、局部重點工程地區等。2)GPS測量可以大大提高工作及成果質量。3)GPS測量可以極大地降低勞動作業強度,減少野外砍伐工作量,提高作業效率。一般GPS測量作業效率為常規測量方法的3倍以上。4)GPS高精度高程測量同高精度的平面測量一樣,是GPS測量應用的重要領域。特別是在當前高等級公路逐漸向山嶺重丘區發展的形勢下,往往由于這些地區地形條件的限制,實施常規的幾何水準測量有困難,GPS高程測量無疑是一種有效的手段。

[1]成桂靜.GPS在工程測量中的應用[J].山西建筑,2009,35(1):355-356.