GPS控制在宣城市開發區水系 調整規劃測量綜合應用的探討

何有生

摘要：文章主要介紹宣城市經濟技術開發區水系調整規劃測量工程的地形地貌，測量方案的選擇，作業依據；GPS控制網的設計的一些要求，布設過程中應注意和考慮的問題，觀測過程中的細節，數據處理分析所運用到的參數選擇。控制網的精度評定的過程及精度分析。

關鍵詞：GPS；控制網；精度分析

中圖分類號：P228.4 文獻標識碼：A文章編號：1006-8937（2014）17-0070-02

根據安徽省宣城市開發區河網防洪工程建設的需要，2011年11月宣城市水利水電建筑勘測設計院承擔并完成了該區內河網縱橫斷面測量的控制測量工作，為后續進行的河道橫斷面測量及地形圖測繪建立基礎，同時也為今后宣城市開發區內河網管理工作中進行的測量工作提供依據。測區位于宣城市區西南，南北長20 km左右，東西長10 km左右，低山、丘陵、灌木叢、苗木林、雜林等遍布，長橋河、高橋河、西敬河、北干渠等河道及其支流縱橫交叉，318國道、G50高速、104省道貫穿而過，地形比較復雜。測區范圍大、通視條件較差、工期緊、任務量大、質量要求高，決定利用GPS技術進行控制測量。由于GPS具有測量精度高、選點靈活、不需要造標、費用低、全天侯作業、觀測時間短等優點，被廣泛地用于大地測量、工程測量、地籍測量、物探測量及各種類型的變形監測中，但在河道橫斷面測量中應用還比較少，本文擬結合工程項目的實際，對GPS在河道橫斷面測量平面控制網布設、精度等進行探討。

1平面控制總體方案

平面控制點為原有D級GPS控制點D015，D006，D044為起算數據，由于三個D級GPS點的位置過于集中，并位于測區的東北部，對于控制整個測區十分不理想，因此在原有的三個D級控制點上進行加密布設。加密控制點在四等 GPS控制點基礎上，采用E級GPS網加密，整個E級控制網布設10個控制點。控制網網型如圖1所示。

點位布設滿足的條件：①點位的選擇符合技術要求，利于擴展與聯測；②點位的埋設基礎穩固，便于長期保存，有利于擴展；③點位便于安置接收設備和操作，視野開闊其高度角>15 ?；④點位一般遠離大功率無線電發射源200 m左右。

2控制點選埋

①E級GPS點均在測區范圍內，距作業現場最遠的不超100 m；②E級點均選擇在土質堅實的地方，或者穩固的建筑物上，避開通訊發射塔、高壓線等強磁場的干擾，以及遠離散熱塔、散熱池、高煙囪發熱體的影響；③控制點的編號按字母+順序號的原則命名，如E01。埋石上方為點號，下方為日期：2011.11；④埋石為現場澆注混凝土，規格尺寸按照技術設計要求澆注；⑤埋石后及時繪制點之記，在附近穩定明顯的地物上寫上點名，用紅色油漆標注，標明點位的方向和位置。

3GPS控制點測量

3.1觀測

E級GPS控制點使用3臺華測X20單頻靜態GPS接收機、2臺華測X90接收機進行同步觀測，標稱精度5 mm+1 PPm×D。觀測前，嚴格根據星歷預報認真編制觀測計劃，每一個時段的同步觀測，衛星有效顆數≥4顆，PDOP值<6，衛星數據采樣率為15 s，衛星高度角均>15 ?，各條觀測基線的整周模糊度因子>1.5，保證了衛星與接收機之間具有較強的圖形強度；平均重復設站率為2.2，觀測時間最短的為60 min，在觀測之前與之后分別嚴格量取儀器高度1次，精度取至1 mm，觀測前和觀測后的儀器高度差應<2 mm，取其平均值為最后結果記錄在觀測手簿中。

3.2數據處理

E級GPS控制網基線預處理、數據質量檢核及平差計算均采用華測公司研發的隨機軟件“華測Compass GPS靜態處理平差軟件”在計算機上進行。

①基線處理。基線解算,參考基準是1980西安坐標系，以同步觀測的時間段為單位，采用廣播星歷按單基線雙差固定解進行解算。各條基線均加入了空氣傳播延遲的修正，通過刪除衛星、刪除時間和選擇不同的誤差改正模型等方式進行人工干預，解算基線。

②數據解算、數據質量校核。外業數據的采集按《全球定位系統（GPS）測量規范》要求的指標進行全面校核，各項質量經過檢驗后，均符合要求。各項限差要求如下：

邊長中誤差σ≤（mm），重復觀測基線邊長互差ds≤2，

同步環：Wx、Wy、Wz（mm）≤/5，異步環：Wx、Wy、Wz（mm）≤3σ/5

注：D為網平均邊長，cm；n為環邊數；σ為標準差，單位為mm；a為固定誤差，b為比例誤差系數。Wz的精度指標可放寬一倍。

全網同步環共16個，閉合差最大的為0.93 ppm，閉合差最小的為0.03 ppm，閉合差平均值為0.363 ppm。

全網異步環共13個，閉合差最大的為1.83 ppm，閉合差最小的為0.31 ppm，閉合差平均值為0.981 ppm。

重復觀測基線4條，最大的為1.55 ppm，最小的為0.87 ppm，平均值為1.31 ppm。

以上三項精度指標均小于規范規定限差值，則滿足要求。

③1980西安坐標系三維無約束平差。1980西安坐標系三維無約束平差主要進行內部精度分析、單位權方差基數估算、粗差分析，提取基線構網。進行基線向量的校核，合格之后利用“華測Compass GPS靜態處理平差軟件”以三維基線向量及其相應的方差-協方差陣作為觀測信息，以D級GPS控制點D006、D015、D044三點作為約束點，即可得出該GPS控制網的1980西安坐標系三維無約束平差，其結果見表1、2、3。

求得各基線分量改正數絕對值均滿足：VΔX≤3 σ，VΔY≤3 σ，VΔZ≤3 σ。

④1980西安坐標系二維約束平差。1980西安坐標系三維無約束平差后，采用“華測Compass GPS靜態處理平差軟件”利用精度較高的基線觀測量，在1980西安坐標系內進行二維約束平差，以D級GPS控制點作為起算點（D006、D015、D044三點），選取不同的擬合路線，采用附加地形改正的曲面擬合方法進行擬合，以檢驗E級GPS控制網的平面精度，平差后均符合《全球定位系統（GPS）測量規范》。1980西安坐標系平差精度（E級GPS控制網）見表4。

1980西安坐標系二維約束平差中各基線分量改正數同樣是利用“華測Compass GPS靜態處理平差軟件”和1980西安坐標系三維無約束平差同一方法求得，平差后兩者的基線相應改正數的較差比較，其絕對值均滿足：dvΔX≤2 σ，dvΔY≤2 σ。

GPS控制網的網形設計，布設方式，控制點位置選擇、埋設方式，以及標志設置符合規范,基線數據質量較高、平差成果準確可靠。以上GPS控制網的設計工作完成之后，即可開展下一步的外業數據采集。

本次宣城市開發區水系調整規劃測量工作中，測區范圍大、通視條件較差、工期緊、任務量大、質量要求高，在綜合了GPS平面控制測量性能后，在保證作業質量的前提下，極大地提高了工作效率和減少勞動強度。

參考文獻：

[1] 李元生.GPS控制網設計[J].價值工程,2012,(21).

[2] 景琦.新型GPS控制網布設及應用[J].全球定位系統,2012,(4).

[3] 劉基余,李征航.全球定位系統原理及其應用[M].北京:測繪出版社,1995.

[4] 徐紹銓,張華海,楊志強,等.GPS測量原理及應用[M].武漢:武漢測繪科技大學出版社,1998.