GPS在高精度工程測量控制網中的應用研究

包月長

（貴陽市測繪院 貴州貴陽 550000）

GPS在高精度工程測量控制網中的應用研究

包月長

（貴陽市測繪院 貴州貴陽 550000）

新時期，將GPS測量技術應用于高精度監測控制網中，能夠在很大程度上提高監測工作效率。GPS測量技術測量定位具有高精度、高效益、全天候，并且無需通視等優點，因此，被廣泛應用于社會各個領域。本文以GPS技術在某電廠工程高精度變形監測控制網中的應用為研究實例，詳細探究控制網觀測方案的設計、數據處理、以及應用成果比較。

GPS技術；高精度工程測量控制網；應用

引言

GPS全球定位系統，是隨著現代科學技術的迅速發展而出現的新一代精密衛星定位技術。近年來，GPS接收機質量和精度不斷提高，大大拓展了它的應用范圍和在工程測量中的應用。

1 GPS簡介

1.1 GPS構成

GPS系統主要由三部分組成，分別為：空間部分、地面監控部分和用戶設備部分。

（1）GPS系統的空間部分指的是GPS工作衛星星座，共有24顆衛星組成，包括21顆工作衛星和3顆在軌備用衛星，所有的衛星均勻分布在6個軌道上。軌道平面呈55°傾角，軌道平均高度20200km。

（2）GPS系統的地面監控部分由主控站、信息注入站和監測站等地面站組成。

（3）GPS系統的用戶設備主要由微機處理機、GPS接收機硬件、數據處理軟件以及終端設備組成。

1.2 GPS測量的技術特性

GPS技術屬于最新的空間定位技術，其技術點主要體現在以下幾點：

（1）區域范圍小，網中基線邊短，GPS接收機的衛星信號具有基本相同的誤差特性，而公共誤差可以相互抵消。因此，只需制定合理的觀測方案設計，即可獲得高精度觀測結果。

（2）采用精密衛星星歷。精密定位的基礎是精密衛星星歷，能夠幫助被調制在L1載波上的包含GPS衛星軌道參數、衛星軌道信息等多種信號分量，獲得最精準的觀測值。

衛星軌道誤差對基線邊的影響一般在下式范圍：

|△r|＜|△b|＜|△r|10|r||b|4|r|

式中：△r——衛星的軌道誤差矢量；

r——衛星到觀測站的位移矢量；

b——兩觀測站之間的基線矢量；

△b——觀測基線邊的誤差矢量。

（3）測量精度高。GPS測量能取得極高的相對精度，其基線向量的相對精度可達到10-5～10-8，如果觀測方法合理，則精度可達毫米級甚至亞毫米級。

（4）不需要通視條件，工作點選擇靈活。與傳統的測量方式相比，GPS測量無需考慮站點間的相互通視，增強了工作點選擇的靈活性。

（5）自動化程度高，可實現全天候自動觀測。GPS系統是一種單程系統，一般用戶只需接收GPS衛星發射的信號，信號接收可以晝夜觀測，而且GPS外業觀測操作簡單，具有低成本、高效率以及自動化程度高等優點。

2 工程實例

某電廠因工程施工需要建立高精度工程測量控制網，要求在現場布設12個控制點，控制網的平面點位精度要求在2mm以內。其主要目的和作用是：為廠區內各級控制網的建立、廠區形變監測提供基準，為廠區內建筑物施工定位、放樣測量、設備安裝測試及局部控制網加密提供依據。

控制網測量在施工初期通視性較好，隨著施工的進行，控制點的通視性越來越差，全站儀的測量也更加困難。為了找到更加可行的測量方法，在本工程項目中利用全站儀進行三角測量的同時，利用GPS對部分控制點進行測量，對兩種測量方法獲得的成果進行比較，研究應用GPS建立高精度工程測量控制網的可行性，并為日后利用GPS進行測量提供實踐依據。

2.1 控制網觀測方案的設計

控制網的觀測方案按照規范要求，依據現場具體情況和三角測量、GPS測量的特點與具體要求進行設計。

2.1.1 三角測量方案

三角測量利用TC2003全站儀進行測量，水平角采用全圓觀測法觀測6個測回，垂直角采用對向觀測中絲法觀測3個測回。邊長采用正倒鏡往返觀測3測回測量斜邊，最終結果取平均值。同時，在測量邊長時測線的兩端測量溫度和氣壓，在內業中進行邊長氣象改正。控制網圖如圖1。

2.1.2 GPS測量方案

為了使GPS測量獲得精度較高的數據，在12個控制點中選擇8個測站進行測量，要求上空盡可能開闊，在15高度角以上沒有成片的障礙物，周圍約200m的范圍內沒有強電磁波干擾源，并且測站要遠離對電磁波信號反射強烈的地點。

y表示被解釋變量，即個人的社會地位。edu1表示高等教育變量，Xi表示性別、健康、社會態度等控制變量。β1表示高等教育的社會地位回報，λi表示相應控制變量的回歸系數，具體回歸結果如表2所示。

圖1 控制網圖

GPS測量采用四臺Leica雙頻GPS接收機進行，測量時GPS接收機安置在觀測墩強制歸心基座上。設置衛星截止高度角大于15，有效衛星總數不少于6個，重復觀測時段數不少于2個時段，歷元采樣時間間隔為15s，GDOP值小于6，觀測時段長度大于90min。采用靜態測量作業模式進行測量，當GDOP值大于6時，適當延長觀測時間。GPS測量時確保一定的重復設站次數，并對異步環中相鄰很近的兩個點進行同步觀測，以提高整個網的相對精度。控制網圖如圖2。

圖2 控制網圖

2.2 數據處理

本次三角網測量，共組成16個三角形，總邊長13260.1410m，平均邊長378.8610m，最小邊長88.3790m，最大邊長835.313m，三角形最大內角閉合差為 3.45″，最小為 0.01″。

三角測量數據經外業數據計算各項限差符合規范要求后，使用南方平差易2005平差軟件以A01為起算點，以A01～A04為起算方向進行平差處理。平差前方向中誤差0.54″，經平差后，最大點位誤差[A14]=1.4mm，最小點位誤差 [A12]=1.0mm，平均點位誤差=1.2mm，最大點間誤差=2.7mm，最大邊長比例誤差1/161685，平面網驗后單位權中誤差=0.70s。平差結果表明，三角測量方法在本次測量中取得較高的精度。

GPS測量數據處理先利用天寶GPS測量平差軟件進行基線解算，解算出的基線比率和參考變量均符合要求，最后導出基線解算成果，利用CosaGPS平差軟件，增加已知邊長與方位角的多種方法進行平差計算，平差結果如下：

（1）利用兩個已知坐標進行二維約束平差，最弱點A14的點位中誤差為1.7mm，最弱邊SA02-A10的邊長比例誤差為1/189000。

（2）利用兩個已知坐標與兩個已知邊長進行二維約束平差，最弱點A14的點位中誤差為1.5mm，最弱邊SA10-A02的邊長比例誤差為1/177000。

（4）利用兩個已知坐標、三個已知邊長和一個已知的方位角進行二維約束平差，最弱點A14的點位中誤差為1.2mm，最弱邊SA10-A02的邊長比例誤差為1/174000。

表1 三角測量平差坐標與GPS二維約束平差的坐標比較

2.3 成果比較

為了檢查GPS平差坐標精度的可靠性，對三角測量平差獲得的坐標與GPS二維約束平差后獲得的坐標進行比較。

通過表1多種GPS二維約束平差后獲得的坐標，與三角測量平差獲得的坐標的比較可以看出：GPS二維約束平差后的坐標與三角測量平差獲得的坐標有差別，但隨著GPS平差已知條件的增加，GPS二維約束平差后獲得的坐標接近三角測量平差獲得的坐標。因而在GPS的數據平差處理中，增加高精度的已知數據參與約束平差，可以獲得較高的GPS測量坐標精度。

3 結語

GPS技術測量精度高，不易受到環境因素的影響，能夠在很大程度上提高工作質量。GPS技術將徹底改變工程測量模式，可以直接進行實地實時放樣、點位測量等。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。由此可見，將GPS技術應用于高精度工程測量控制網中具有十分重要的作用。

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[2]陳洪濤，賀楠.測繪新技術在工程測量中的應用初探[J].中國新技術新產品，2009（20）：175～177.

[3]戴隆華，馬學良，聞洪峰.GPS在帶狀控制測量應用中一些相關問題的探討[J].測繪與空間地理信息，2010（06）：63～64.

P228.4

A

1004-7344（2016）01-0153-02

2015-8-20

包月長（1972-），正安人，高級工程師，本科，主要從事測繪工作。