深度探討基于GPS技術(shù)的公路平面控制測量方法

　　摘要：本文基于筆者多年從事工程測量的相關(guān)工作經(jīng)驗，以基于GPS的公路平面控制測量技術(shù)為研究對象，探討了其在廣深高速公路控制測量中的應(yīng)用思路。全文來自于筆者長期的研究心得，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：公路 控制測量 GPS 精度
　　中圖分類號：TB22文獻標識碼：A文章編號：1672-3791(2011)02(a)-0000-00
　　
　　
　　GPS絕對定位在定位精度方面是比較低的，因此，公路控制測量中主要采用GPS相對定位技術(shù)。首先，選定己知坐標及精度滿足要求的地面控制點與GPS 控制點，應(yīng)用GPS靜態(tài)定位方法聯(lián)合觀測，建立測區(qū)首級平面控制網(wǎng)，然后，應(yīng)用GPS動態(tài)定位技術(shù)對平面控制網(wǎng)進行加密測量。下面結(jié)合具體工程項目說明如何應(yīng)用GPS定位技術(shù)布設(shè)四等級平面控制網(wǎng)、作業(yè)和平差的方法。
　　1 工程概況
　　廣深公路是連接廣州與深圳等城市的重要通道。該公路拓寬改建工程全長18．07公里，拓寬后的道路從原先的雙向4車道改建為雙向8車道。
　　2 GPS點的布設(shè)與實施
　　本工程基礎(chǔ)平面控制采用GPS測量，按照《公路勘測規(guī)范》（JTC C10-2007）中四等網(wǎng)技術(shù)標準實施。以二等點“G2035、G2015”作為起算點進行布網(wǎng)。
　　設(shè)計GPS網(wǎng)的精度為四等，結(jié)合本工程的具體情況，沿線路走向布設(shè)GPS點， GPS網(wǎng)采用邊連式，組成網(wǎng)中的基線有一定數(shù)量的多余觀測，以增強成果的可靠，取“G2035、G2015”兩點作為四等GPS控制網(wǎng)的起算點，以取得了可靠的坐標轉(zhuǎn)換參數(shù)。
　　根據(jù)線路情況，GPS首級網(wǎng)擬布設(shè)成帶狀大地四邊形鎖的形式，點對點之間相互通視。平均400～500米左右布設(shè)1對GPS點。全線共布設(shè)107點四等GPS控制點。
　　控制點均選擇在施工紅線之外且滿足通視要求和相對穩(wěn)定。點位選設(shè)時避免了各種電磁波對GPS衛(wèi)星信號的干擾、以及因施工的影響而產(chǎn)生點位的變動。控制點分布均勻，相鄰邊長之比小于1/2。
　　（1） GPS坐標系統(tǒng)及起算依據(jù)
　　GPS測量采用坐標系為深圳城市坐標系（參考1954北京坐標系轉(zhuǎn)換）；1954年北京坐標系為北京54橢球；
　　（2）四等GPS控制網(wǎng)的主要技術(shù)指標：
　　1)每對相鄰點的平均距離（km）;2) 固定誤差≤5mm;3)比例誤差≤3 ppm;4)最弱相鄰點的相對中誤差為1/35000
　　3 GPS觀測
　　3.1 使用儀器
　　使用6臺Ashtech 型靜態(tài)單頻GPS接收機(標稱精度為5mm+1ppm) 進行GPS網(wǎng)野外數(shù)據(jù)采集。
　　3.2 作業(yè)時基本技術(shù)要求
　　衛(wèi)星截止高度角≥15°；同時觀測有效衛(wèi)星數(shù)≥4；平均重復設(shè)站數(shù)≥1.6；同時觀測有效衛(wèi)星數(shù)≥4；時段長度≥60min；數(shù)據(jù)采樣率(S)≤30s
　　3.3 觀測方式
　　每時段觀測均量取天線高兩次，其互差不超過3mm，取平均值作為最后天線高。
　　3.4 外業(yè)數(shù)據(jù)檢核
　　(1）同一時段觀測值的數(shù)據(jù)剔除率不易大于10％;
　　(2）重復基線的測量差值ds ;
　　(3）各級GPS網(wǎng)同步環(huán)閉合差需符合下式規(guī)定：
　　
　　
　　(4）各級GPS網(wǎng)異步環(huán)或符合路線坐標閉合差需符合下式規(guī)定：
　　
　　
　　(5）無約束平差中，基線分量的改正數(shù)的絕對值需符合下式規(guī)定：
　　
　　式中：n－閉合環(huán)邊數(shù)，σ－儀器的標稱精度。
　　4 GPS內(nèi)業(yè)解算
　　4.1 數(shù)據(jù)后處理
　　 GPS觀測數(shù)據(jù)內(nèi)業(yè)編輯輸入相關(guān)點位信息后，采用接收機配備的商用軟件Ashtech solutions 2.5進行基線解算，保證每一條基線都求出整周模糊度。重復基線較差和非同步環(huán)閉合差的檢核仍按外業(yè)基線檢核時的要求進行。
　　4.2 網(wǎng)平差
　　對整網(wǎng)進行無約束平差并檢核GPS網(wǎng)的觀測質(zhì)量。以所有獨立基線組成閉合圖形，以三維基線向量及相應(yīng)方差協(xié)方差陣作為觀測信息，以網(wǎng)一點的WGS-84系三維坐標作為起算依據(jù)，進行全網(wǎng)無約束平差。對整網(wǎng)進行二維約束平差。以深圳市平面控制網(wǎng)GPS點 “G2015、2035”作為起算數(shù)據(jù)，對控制網(wǎng)進行二維約束平差計算。
　　5 GPS精度評定
　　5.1 環(huán)閉合差統(tǒng)計
　　5.2 基線殘差統(tǒng)計
　　5.3 平面平差基線相對精度統(tǒng)計
　　5.4 gps點位中誤差統(tǒng)計
　　100%的點位精度在1.0cm以內(nèi)，其中46%精度小于0.5cm。以上充分說明觀測數(shù)據(jù)合格，基線解算質(zhì)量良好，GPS網(wǎng)的測量精度滿足四等要求。
　　6 結(jié)束語
　　隨著城市建設(shè)規(guī)模日益擴大，今后遇到高速公路拓寬改建的項目會越來越多，在保證工程進度及精度要求下，如何將GPS技術(shù)在大型工程施工控制中靈活運用是一個只得探討的課題。通過本工程的實踐筆者得到如下一些體會。
　　1）GPS觀測受到各種外界因素的影響，有可能產(chǎn)生粗差和各種隨機誤差，為了對GPS觀測成果進行質(zhì)量檢查，保證成果的可靠并恰當?shù)卦u定精度，就要求由非同步獨立觀測邊構(gòu)成閉合環(huán)或符合線路。作業(yè)時不應(yīng)將非獨立邊作為獨立觀測邊處理，更不能將同步閉合環(huán)當作非同步閉合環(huán)。2）對GPS網(wǎng)進行圖型設(shè)計時，應(yīng)使閉合環(huán)的邊數(shù)小于規(guī)范的規(guī)定，僅允許個別閉合環(huán)的邊數(shù)等于規(guī)范的邊數(shù)，為了使外業(yè)觀測有計劃的進行，避免GPS獨立邊選擇的隨意性，便于及時檢查觀測結(jié)果。宜按設(shè)計網(wǎng)圖選定GPS獨立邊，必要時，在經(jīng)過技術(shù)負責人審議后，可根據(jù)具體情況作適當調(diào)整。
　　
　　
　　參考文獻
　　[1] 中華人民共和國交通部，公路全球定位系統(tǒng)(GPS)測量規(guī)范，人民交通出版社 ， 北京，2000
　　[2] 姚連璧，孟曉林，GPS全站儀及其在道路勘測中的應(yīng)用前景，湖南科學技術(shù)出版社，哈爾濱，2007