GPS技術在控制測量中的應用

徐建平 殷強

摘 要：傳統控制網的建立方法易受各種外在因素的影響，數據處理繁瑣，工作量大，限制了控制網的應用范圍。GPS技術建立控制網以其精度高、效率高、多功能、全天候、費用省、操作簡便等優良特性而被廣泛應用。時至今日，可以說GPS定位技術已完全取代了用常規測角、測距手段建立控制網而成為建立各等級控制網的主要手段。本文結合實際案例闡述了GPS控制網的建立。

關鍵詞：GPS；控制網；布設方法；數據處理；精度

1 緒論

建立GPS控制網是為測繪工作提供高等級和高精度測繪基準。贛州市創業路位于蓉江新區、贛州市經濟技術開發區城郊，為西北―東南帶狀走向，創業路全長13.134公里，地勢高差較大，屬于丘陵地貌，植被茂盛，通視條件較差，測區內橫跨章江。城郊道路較窄、車流量偏多，給測繪工作帶來了很大的不便。根據這一特點，為滿足創業路工程建設施工及工程竣工精度要求，決定平面控制采用靜態觀測模式布設E級GPS控制網，高程按四等水準要求進行聯測。

2 GPS控制網的設計

2.1 圖上設計

充分收集創業路周邊已有GPS起算資料、地形圖和影像資料，根據測區的地形特點、路網分布狀況、所布控制網的精度要求以及已知控制點的分布情況，在圖上標示出新設計的GPS點并在圖上標示出水準聯測路線。

2.2 技術依據

（1） 《全球定位（GPS）系統測量規范》（GB/T 18314—2009）

（2） 《城市測量規范》（CJJ/T8—2011）

（3） 《工程測量規范》（GB 50026—2007）

（4） 《國家三、四等水準測量規范》（GB/T 128982009）

2.3 精度要求

GPS控制網的精度取決于網的用途。根據工程要求和具體用途，以充分滿足工程精度和可靠性指標為前提，并考慮其費用指標來決定GPS控制網的精度等級。通常精度指標如下所示：δ=a2+（bd）2式中：δ為網中基線測量中誤差（mm），a為與接收機的有關的固定誤差（mm），b為比例誤差（ppm），d為相鄰點間的距離（KM）。創業路GPS控制網主要用于工程建設施工及工程竣工測量，本項目采用E級GPS網可以滿足其精度要求。創業路GPS控制網外業觀測使用的是中海達和科利達靜態GPS接收機，GPS接收機標稱精度為±5mm+1ppm，觀測時采用邊連接方式，因此該控制網GPS基線測量中誤差為：σ=±52+d2。

3 選點與埋設

控制點點位周圍應便于安置接收設備和操作，視野開闊，地面基礎穩定，易于標石的長期保存，視場內障礙物的高度角不宜超過15度；點位附近不應有強烈反射衛星信號的物體并避開大面積水域；點位距離大功率無線電發射源至少200米，遠離高壓輸電線和微波無線電傳送通道至少50米。

在水泥路面上的點，埋設時用切割機切割成20cm×20cm的正方形邊框，中心用沖擊鉆鉆孔，埋入不銹鋼標志，并用云石膠固緊；在土質地面的點，則采用現場澆注混凝土標石或埋設混凝土標石，埋設標石前應在坑底填以砂石并夯實和整平。埋設的控制點，不銹鋼標志面不允許高出地面太多或低于標石面，以利于水準聯測時標尺的自由轉動，做好點之記。

4 外業數據采集

根據擁有的GPS接收機數量，測區內點位分布情況及交通情況和GPS網形設計，提前規劃好外業觀測方案。目前我院擁有4臺中海達靜態GPS接收機和2臺科力達靜態GPS接收機，共計6臺靜態GPS接收機。根據《全球定位（GPS）系統測量規范》中E級GPS網的觀測要求，GPS觀測時衛星截止高度角≥15°，同時觀測有效衛星數和有效觀測衛星總數均≥4 顆，觀測時段數≥1.6，觀測時段長度≥40min，數據采樣間隔為5～15s。安置GPS接收機時測站應嚴格對中整平，對中誤差不大于1mm。天線高的量取應讀取至1mm，每測站觀測前后各量取天線高一次，兩次量高互差應小于3mm，取平均值作為最終天線高，否則重量。在觀測時盡量不在儀器旁使用對講機。GPS接收機開始記錄數據后，觀測人員應仔細填寫好測量手簿中的記錄項。創業路E級GPS網觀測時采用邊連接方式，時段長度均大于45min，PDOP值均小于6，每點重復設站次數均大于1.6次。

5 GPS網數據處理

每天GPS外業觀測結束后，及時下載數據，使用商業軟件把觀測數據標準化，以外業觀測的天線高為準，計算天線相位中心位置，并歸算至標石標志中心位置，形成觀測數據標準格式文件，每天及時對當天觀測基線解算，發現問題即時處理，并做好備份工作。當測區所有外業觀測結束后，采用南方測繪Gnss數據處理軟件進行數據處理，把觀測數據導入到軟件中進行基線處理，檢核重復基線長度較差、驗算各同步環、各異步環以及各獨立環的坐標分量閉合差和全長閉合差。當存在超限時，采用軟件調整歷元間隔和衛星高度角等方法進行調試或人工方法剔除粗差，若結果依然不滿足規范要求，則要對相應基線進行重測。選取合格基線進行GPS網的三維自由（無約束）網平差和二維網約束平差。進行GPS網約束平差前應對已知點的可靠性及精度進行檢核，且分布合理。

創業路E級GPS三維自由（無約束）網平差基線分量精度：V△x=V△y=V△z≤3σ=95.72mm。網中V△x最大為15.9006mm，V△y最大為29.1816mm，V△z最大為38.4008mm。E級GPS二維網約束平差以D級GPS點為平面起算點，共計10個已知點，均勻分布于測區內。經平差計算，單位權中誤差為±3.2616cm，最弱點點位中誤差為±2.9334mm，最弱邊邊長相對中誤差為1/130575，各項精度均符合規范要求。

6 結語

GPS控制網選點比較靈活，不要求點與點之間通視，GPS技術在工程控制測量中不僅能夠有效提高工作效率和工作質量，也能夠有效降低測量工作的勞動強度，點位精度也比傳統導線做法提高很多。GPS控制網經過三維無約束平差和二維約束平差，控制點精度完全滿足規范要求，約束平差時應注意慎重選擇起算數據防止GPS網變形，還要保證數據的兼容性。GPS技術為工程測量開辟了一條嶄新而有效的技術途徑。

參考文獻：：

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