大連郊區某公路工程地形測量技術研究

摘 要：該文基于筆者多年從事工程測量的工作經驗，以大連郊區某公路地形測量為工程背景，研究探討了基于GPS的帶狀地形測量方法，論文探討了控制網的布設方法，分析了控制網的外業觀測思路，給出了數據處理及檢核的結果，最后進行了GPS控制網平差和成果評價，全文是筆者長期工作實踐基礎上的理論升華，相信對從事相關工作的同行有著重要的參考價值和借鑒意義。

關鍵詞：GPS 地形測量 控制測量 精度

中圖分類號：TB22 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2013）04（a）-0-01

GPS作為一種全新的測量手段，不僅具有精度高、速度快、通用性強、便于操作、全天候、無需通視等優點，還可同時提供平面和高程三維位置信息。大連郊區某公路1∶1000帶狀地形測量工程，測區山高坡陡、森林茂密、灌木叢生，地形平均坡度達20～30 °，通行通視非常困難，給常規控制測量帶來了很大難度，為了確保工期、保證質量，我們采用了GPS控制測量方法。

1 GPS控制網的布設

工程是山區公路帶狀地形測量，為了滿足工程設計及施工的需要，GPS網點自然緊隨公路而布設，點位要求顧及公路測設范圍且基本分布均勻，各測點要求至少能與一個相鄰GPS點通視。本次共布設17個E級GPS點，聯測已知點3個（如圖1），平均基線270 m。網中聯測的3個已知點為我院1983年所施測的三等三角控制網，其高程為1956年黃海高程系。

圖1 GPS控制網布設圖

2 GPS控制網的外業觀測

2.1 儀器裝備

采用3臺美國產Ashtech SCA-12S型單頻接收機進行觀測，其靜態定位測量精度為±（l0 mm +1ppm.D）。

2.2 觀測的技術指標

（1）有效觀測衛星數不小于4顆；（2）觀測時段大于60 min；（3）時段中任一衛星的有效觀測時間大于20 min；（4）衛星高度截止角大于15 °；（5）衛星幾何圖形因子GDOP值小于6，空間位置。（6）精度因子PDOP值小于6；（7）數據采集間隔為15 s；（8）數據采集方式為L1采集。

2.3 觀測時間選擇

根據衛星星歷預報，當時當地上午

9：20以前能接收到4顆以上健康衛星信號，且圖象強度因子（PDOP）值都小于6。為了保證在最佳時間內觀測，每天安排在

5：30～9：30這段時間進行作業，以確保GPS網的精度。

3 數據處理及檢核

將外業當天采集的數據傳輸到計算機中，然后對其進行基線向量處理，以確保外業數據的質量，同時也是對外業數據質量的檢驗。數據處理采用隨機軟件GPS V5.2 進行，根據自動處理輸出的基線向量指標，即可知道基線的解算情況。作業過程中，有一天發現同步環4～5～6閉合差超限，經認真分析，發現是點位置選擇不當所致，4號點選在5號點山脊的北面，6號點選在5號點山脊的南面，致使同步環上各測點觀測到的衛星不同步，需要調整個別點位，這是山區GPS作業中值得注意的。為了提高基線向量的解算精度，可以采取以下措施：（1）增大高度截止角。系統默認的高度截止角為150 °，增大高度截止角對求解整周未知數與提高成果精度有益，因為所有相應的噪聲隨衛星高度截止角增大而降低，但這時要有較多的衛星參與計算，且以GDOP值良好為前提。（2）改變歷元間隔。由子GPS機本身和外界干擾產生的整周跳變，如衛星信號被樹葉阻斷，使基準信號和衛星信號混頻以產生差頻信號。這時，改變歷元間隔，可以提高基線向量的解算精度。但改變歷元間隔數值越大，需要的觀測時間就相對越長。（3）剔除個別含有粗差的基線，找出原因，采取有效措施進行重測，以確保整體質量。

4 GPS控制網平差和成果評價

采用GPS V5.2 隨機軟件進行網平差，首先采用WGS-84大地坐標系進行三維自由網平差，在GPS網自由平差內部符合精度要求后，進行約束網平差計算，最后將各GPS點的WGS-84坐標轉化為1954年北京30帶大地坐標。網平差計算時使用Ⅲ-10，某礦為起算依據，進行三維約束平差，利用無名嶺的成果作為檢核。平差后，最弱點5號的點位中誤差為±7 mm，最弱勢相對精度為1：285000，無名嶺的己知成果與本次平差成果比較δX = 0.010，δy =0.01，這說明采用GPS定位技術可以建成高精度的控制網。GPS高程測量是利用2個四等水準點Ⅲ-10，某礦施測GPS水準，相當于四等電磁波測距三角高程，經WGS-84坐標系三維無約束平差，可以獲得供高程擬合計算的大地高，由于GPS水準網布設成帶狀，采用數學3次播值樣條函數模式擬合，擬合出各GPS點的正常高。擬合后最弱點高程中誤差為±0.017 m其精度達到四等電磁波測距三角高程精度要求。GPS控制網采用日本SOM A SE12110全站儀按I級導線精度進行外業檢測，其統計結果如表1。從外業檢測數據可看出，GPS控制網精度高，成果可靠，足以滿足山區地形測量的要求。

5 結語

（1）GPS控制網在山區控制測量中具有布網靈活方便、作業效率高，能減少砍伐樹木，對保護生態環境具有積極意義。（2）對山區選點要避免同步環中一個點在山脊一邊，另一個點在山脊另一邊；或一個在狹窄的山溝里，另一個在山頭上，選點還要避免選在大樹下、坡度大的山脊山坡上、陡坎下面，以免影響GPS測量精度。（3）觀測時間的正常選擇，對提高GPS測量精度有著決定性的影響。

參考文獻

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