淺析GPS控制測量在機場工程項目中的應用

關昕

摘要：隨著測繪技術的快速發展，諸多先進的測繪手段融入到各行業領域中。特別是近些年GPS設備的廣泛應用，集成了自動化、高精度定位、節時低成本的優勢特點，在工程測量項目中發揮著重要的作用，而GPS控制測量能夠獲取精準的三維坐標，無需測站點間通視，實現自動化監測，在機場工程測量中發揮著不可替代的作用。

關鍵詞：GPS控制測量；機場；應用

GPS全球定位系統是衛星導航與定位系統，具有全天侯、高精度、自動化、高效益等優勢，現已在測繪、資源勘察、地球動力學等多領域都得到廣泛應用和實踐。隨著GPS技術水平的不斷提升，原有測繪手段已無法滿足民航機場日益增長項目數量和產品質量要求，而GPS在工程測量中的應用對其傳統測繪方式的有效改善，成為衛星通信技術在測繪領域的應用典范，推動了民航機場測繪工程的快速發展。

1 GPS系統概述

全球定位系統簡稱GPS，是美國研制的用于軍事部門的衛星導航與定位系統，于1994年全面建成。GPS用戶可以在全球范圍內實現全天候、連續、實時的三維導航定位和測量工作。隨著社會的發展，GPS技術現已被廣泛應用于大地測量、精密工程測量、地殼運動、建筑物形變監測及工程測繪中。GPS的整個系統由空間、地面控制和用戶部分組成。

1.1空間部分

GPS的空間部分是由24顆GPS工作衛星組成，其中21顆用于導航衛星，3顆為備用衛星，其分布在6個傾角為55°的軌道上繞地球運行。衛星的平均高度為20200km，運行周期為11小時58分。在地球的任何位置，平均可同時觀測到6顆衛星，最多可達到9顆。

1.2地面控制部分

GPS的地面控制部分主要由一個主控站、五個監控站和三個注入站構成。其中主控站的作用是根據各監控站對GPS的觀測數據計算衛星星歷、衛星鐘差和大氣層修正參數等，并將這些數據通過注入站注入到衛星中。同時還能夠有效地控制衛星，提供時間基準，向衛星發布指令，調度備用衛星等；監控站的作用是接收衛星信號，監測衛星工作狀態；注入站的作用是將主控站推算和編制的衛星星歷、鐘差、導航電文及其他控制指令等數據，注入到相應衛星的存儲系統中，并監測注入信息的正確性。

1.3用戶設備

GPS的用戶設備由GPS接收機、數據處理軟件及相應的用戶終端設備，如智能手機、導航設備等，其作用是接受GPS衛星發射的信號，經距離運算進行導航定位。

2 GPS定位原理

GPS定位是根據測量中的距離交會定點原理實現的。工程控制網測量屬于高精度測量，通常情況下，測繪人員會選取GPS靜態定位模式，屬于相對定位，具體觀測模式是通過多臺接收機在不同測站上進行靜止、同步觀測，時間從幾分鐘到幾小時，甚至長年不間斷，觀測結束后，將觀測值下載到計算機進行數據后處理，最終求出高精度的網點坐標及高程。

3工程實況

某機場跑道及停機坪為水泥混凝土結構，跑道長2800m，寬45m。由于年久失修，目前跑道可用部分僅2500m，應機場運營管理機構要求，修復后的跑道長3200m，跑道兩端均設置Ⅰ類精密進近燈光系統，燈長各900m，飛行區等級達到4D標準。

3.1 GPS控制網布設方案

本工程前期勘測需要對跑道兩側各20m和兩端1km中線延長線范圍進行地形測量，整個跑道測區約為長5km，寬90m的矩形區域。通過對測區調查和資料收集，機場運營管理機構無法提供機場區域內有效平面、高程控制點，因此需要在機場跑道及進近燈光帶共計5000m長度的范圍內，沿跑道及其中線延長線兩側進行GPS點網布設，滿足項目設計、施工要求。結合場區實際情況，依據《工程測量規范》GB50026-2007中“衛星定位測量二等控制網”技術要求，該首級控制網精度優于《機場瀝青混凝土道面施工規范》MH50011-1999中規定的 “平面控制網滿足二級導線”精度要求。GPS網控制點具體分布為：控制點均設于跑道兩側距跑道中線約48m的位置。航站樓一側（內側）控制點間距為500m，布設點數10個，作為平面校核點。在航站樓對側（外側）控制點間距為200m，布設點數25個，作為現場施工基準點。新建埋石控制點共計35個，同時其點位間距根據跑道兩側設施設備及地物分布情況做適當調整。

3.2控制網的外業觀測

控制網的點位測量采用4臺ToPcon HiPer+型GPS雙頻接收機按E級網進行靜態觀測，每個時段時長間按照1小時來進行，高于規范30分的要求，這樣首級控制網能夠達到一級網的精度要求。GPS控制網獨立觀測邊構成的網形按三角形考慮，網形連接采取邊連式，這種幾何圖形結構強，具有較多的檢核條件，平差后網中相鄰點間基線向量的精度比較均勻，保證了控制網的可靠性及待測點位的高精度。

靜態觀測應注意以下事項：

1）為保證對衛星的連續跟蹤觀測和衛星信號的質量，在接收機5～15高度角以上不能有成片的障礙物。

2）天線應嚴格整平，對中誤差≤2mm，每時段開機和關機前各量一次天線高，兩次天線高互差不大于3mm，取平均值作為最后的天線高。

3）觀測要作好GPS觀測手薄記錄，記錄下主機和天線編號、測站點號、儀器高、開關機時間、觀測時段號、觀測日期、觀測日當天的天氣情況等信息。

4）觀測中不應在接收機附近50m范圍內使用對講機，不得在附近10m范圍內使用手機，以免干擾接收機接收衛星信號。

3.3地形圖測量

地形測量依據《全球定位系統（GPS）測量規范》（GBT18314—2009），位于跑道兩側20m及端向1km的區域內地形采用GPS-RTK測量技術，又稱為載波相位差分法，其基本原理是：在一個已知點上設置基準站，它實時地將載波相位觀測值、偽距觀測值、基準站坐標等用無線電臺傳送給流動站，流動站將載波相位觀測值進行差分處理，得到流動站和基準站的基線向量（△X，△Y，△Z），基線向量加上基準站坐標即為流動站的WGS84坐標值，經過坐標轉換得到流動站在地方坐標系下的平面和高程值，載波相位差分可使平面精度和高程精度達到厘米級，定位速度迅速，能滿足機場地形測量需要，可以極大提高了工作效率。

4結束語

使用GPS技術建立的測量控制網，能夠滿足機場工程建設精度要求。同時，采用與國際IGS跟蹤站聯測，選用IGS站高精度控制起算點，可以進一步提高機場GPS控制網點位精度，實現全民航系統性工程測繪的高精度要求。

參考文獻：

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[2]嚴銳鵬.某高填方機場滑移邊坡變形監測及穩定性分析研究[D].蘭州理工大學，2016，03（12）：27-28.

（作者單位：民航東北空管局測繪設計公司）