李志虎

1 概述

GPS全球定位系統(tǒng)(Global Positioning System)在城市基礎(chǔ)測(cè)繪中的應(yīng)用,最近兩年在中小城市得到了迅速推廣,這主要依賴于GPS系統(tǒng)可以向全球任何用戶全天候地連續(xù)提供高精度的三維坐標(biāo)、三維速度和時(shí)間信息等技術(shù)參數(shù)。我們先了解一下GPS系統(tǒng)的組成,工作原理以及在測(cè)量領(lǐng)域的應(yīng)用特點(diǎn)。

1)GPS系統(tǒng)的組成 。GPS全球定位系統(tǒng)由空間衛(wèi)星群和地面監(jiān)控系統(tǒng)兩大部分組成,除此之外,測(cè)量用戶當(dāng)然還應(yīng)有衛(wèi)星接收設(shè)備(見(jiàn)圖1)。

2)GPS的工作原理。GPS系統(tǒng)是一種采用距離交會(huì)法的衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)。如圖1所示,在需要的位置P點(diǎn)架設(shè)GPS接收機(jī),在某一時(shí)刻ti同時(shí)接收了 3顆(A,B,C)以上的 GPS衛(wèi)星所發(fā)出的導(dǎo)航電文,通過(guò)一系列數(shù)據(jù)處理和計(jì)算可求得該時(shí)刻GPS接收機(jī)至GPS衛(wèi)星的距離SAP,SBP,SCP,同樣通過(guò)接收衛(wèi)星星歷可獲得該時(shí)刻這些衛(wèi)星在空間的位置(三維坐標(biāo))。從而用距離交會(huì)的方法求得P點(diǎn)的三維坐標(biāo)(Xp,Yp,Zp)。在GPS測(cè)量中通常采用兩類坐標(biāo)系統(tǒng),一類是在空間固定的坐標(biāo)系統(tǒng),另一類是與地球體相固聯(lián)的坐標(biāo)系統(tǒng),稱地固坐標(biāo)系統(tǒng),我們?cè)诠饭こ炭刂茰y(cè)量中常用地固坐標(biāo)系統(tǒng)(如:WGS-84世界大地坐標(biāo)系和1980年西安大地坐標(biāo)系)。

2 GPS測(cè)量的技術(shù)特點(diǎn)

1)測(cè)站之間無(wú)需通視。2)定位精度高。3)觀測(cè)時(shí)間短。4)提供三維坐標(biāo)。5)操作簡(jiǎn)便。6)全天候作業(yè)。

3 GPS系統(tǒng)在實(shí)際測(cè)量工作中的應(yīng)用

山西省陽(yáng)城縣町店鎮(zhèn)鎮(zhèn)區(qū)基礎(chǔ)測(cè)繪項(xiàng)目應(yīng)用GPS測(cè)量是于2004年開(kāi)始的,2005年在町店鎮(zhèn)鎮(zhèn)區(qū)基礎(chǔ)測(cè)繪項(xiàng)目的城鎮(zhèn)基礎(chǔ)控制測(cè)量中推廣使用了靜態(tài)功能這一技術(shù)。

3.1 町店鎮(zhèn)鎮(zhèn)區(qū)基礎(chǔ)資料

町店鎮(zhèn)位于陽(yáng)城縣縣城北8 km處。測(cè)區(qū)沿蘆葦河、八芹公路呈槽形,長(zhǎng)約5.3 km,寬約0.8 km,面積約4.8 km2。測(cè)區(qū)包括八里灣、富家坪、町店、南莊、北莊、馮王莊、義城七個(gè)村莊。測(cè)區(qū)地理坐標(biāo)東經(jīng) 112°25′01″～ 112°27′42″,北緯 35°32′07″～ 35°34′11″;測(cè)區(qū)槽形底部高程約 550 m～600 m,槽形兩邊最大高程約650 m。

3.2 已有資料分析及利用

在陽(yáng)城縣城區(qū),城建局已建立陽(yáng)城縣獨(dú)立坐標(biāo)系,控制點(diǎn)分布在城區(qū)及周邊地區(qū)。近年來(lái),陽(yáng)城縣規(guī)劃建設(shè)部門(mén)一直利用陽(yáng)城縣獨(dú)立坐標(biāo)系,為本地規(guī)劃建設(shè)及管理服務(wù),本次測(cè)繪仍沿用陽(yáng)城縣獨(dú)立坐標(biāo)系。本次測(cè)繪從陽(yáng)城城建部門(mén)收集到原陽(yáng)城縣獨(dú)立坐標(biāo)系四等點(diǎn)西河、三等點(diǎn)基南坐標(biāo)資料,坐標(biāo)數(shù)據(jù)如下:西河:縱坐標(biāo)3 932 717.596,橫坐標(biāo)496 356.604,高程662.622。基南:縱坐標(biāo)3 926 550.609,橫坐標(biāo)500 432.153,高程575.68。經(jīng)檢測(cè),坐標(biāo)點(diǎn)保存完好,精度可靠,可作為首級(jí)控制的坐標(biāo)起算點(diǎn)。

3.3 控制性測(cè)量

3.3.1 建立布網(wǎng)方案

本次測(cè)繪平面系統(tǒng)采用陽(yáng)城縣獨(dú)立坐標(biāo)系。在測(cè)區(qū)周邊布設(shè)四等GPS網(wǎng)為測(cè)區(qū)首級(jí)控制,再加密布設(shè)一級(jí)、二級(jí)導(dǎo)線作為測(cè)區(qū)基本控制。擬布設(shè)GPS點(diǎn)6個(gè),一級(jí)導(dǎo)線點(diǎn) 20個(gè)。四等GPS網(wǎng)坐標(biāo)起算點(diǎn)為西河、基南。觀測(cè)作業(yè)方式采用混聯(lián)式。本次測(cè)繪高程系統(tǒng)依施測(cè)四等GPS網(wǎng)內(nèi)一點(diǎn)高程坐標(biāo)為高程起算點(diǎn),利用三角高程測(cè)量測(cè)設(shè)四等GPS點(diǎn)及一級(jí)導(dǎo)線點(diǎn)高程作為測(cè)區(qū)高程基本控制點(diǎn)。

3.3.2 平面控制測(cè)量

測(cè)區(qū)首級(jí)平面控制測(cè)量采用四等GPS控制測(cè)量。應(yīng)根據(jù)《全球定位系統(tǒng)GPS測(cè)量規(guī)范》中對(duì)GPS網(wǎng)的技術(shù)要求實(shí)施。

測(cè)區(qū)加密平面控制測(cè)量采用一級(jí)光電測(cè)距導(dǎo)線控制測(cè)量,根據(jù)《城市測(cè)量規(guī)范》要求實(shí)施。

四等GPS點(diǎn)應(yīng)布設(shè)在蘆葦河兩岸坡上,要求邊長(zhǎng)為1 km左右,按兩兩通視、便于加密的原則進(jìn)行。

GPS控制點(diǎn)在堅(jiān)實(shí)地面上打入25 cm×φ 16 mm鋼釘并在頂部鋸一“+”字表示點(diǎn)位;在軟質(zhì)地面上埋設(shè)20 cm×20 cm×40 cm標(biāo)石并在頂端鑲嵌帶有“+”字的鋼釘表示點(diǎn)位。

GPS觀測(cè)按照《全球定位系統(tǒng)GPS測(cè)量規(guī)范》中對(duì)四等GPS點(diǎn)的有關(guān)技術(shù)規(guī)定執(zhí)行。

GPS觀測(cè)使用3臺(tái)天寶(Trimble)4800GPS測(cè)地型接收機(jī)進(jìn)行靜態(tài)數(shù)據(jù)采集。記錄采用統(tǒng)一協(xié)調(diào)世界時(shí)〔UTC〕。觀測(cè)時(shí),各作業(yè)組要嚴(yán)格遵守調(diào)度命令,同步觀測(cè)同一組衛(wèi)星。同步觀測(cè)衛(wèi)星數(shù)應(yīng)不少于4顆,若觀測(cè)過(guò)程發(fā)現(xiàn)衛(wèi)星分布狀態(tài)較差或數(shù)量減少要隨時(shí)報(bào)告,以便延長(zhǎng)觀測(cè)時(shí)間或取消本次觀測(cè)。PDOP值應(yīng)小于4。觀測(cè)前后各量取天線高1次,取位至毫米。

一級(jí)、二級(jí)光電測(cè)距導(dǎo)線控制測(cè)量應(yīng)滿足表1要求。

表1 一級(jí)、二級(jí)光電測(cè)距導(dǎo)線控制測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)

平面控制點(diǎn)點(diǎn)位選取后及時(shí)繪制點(diǎn)之記,靶點(diǎn)選取應(yīng)不少于兩個(gè),靶距量至0.01 m。

3.3.3 高程控制

高程控制測(cè)量采用光電測(cè)距三角高程測(cè)量。本測(cè)區(qū)對(duì)四等GPS點(diǎn)及一級(jí)導(dǎo)線點(diǎn)進(jìn)行四等光電測(cè)距高程導(dǎo)線測(cè)量。三角高程測(cè)量,在平面控制網(wǎng)的基礎(chǔ)上布設(shè)成附合路線、閉合環(huán)線或三角高程網(wǎng)。高程導(dǎo)線各邊的高差測(cè)定應(yīng)采用對(duì)向觀測(cè)。儀器高、照準(zhǔn)高兩次量取取中記錄,量至0.001 m。

高程導(dǎo)線邊長(zhǎng)的測(cè)定,應(yīng)采用不低于Ⅱ級(jí)精度的測(cè)距儀單向觀測(cè)兩測(cè)回,垂直角觀測(cè)采用中絲法。

4 質(zhì)量控制

1)采用先進(jìn)的技術(shù)方法和科學(xué)的技術(shù)路線控制質(zhì)量。本次地形圖測(cè)繪采用電子平板測(cè)繪系統(tǒng),內(nèi)外業(yè)一體化進(jìn)行,即集野外數(shù)據(jù)采集、平差計(jì)算、計(jì)算機(jī)繪制地形圖同時(shí)現(xiàn)場(chǎng)完成,一次性提交地形圖成果。2)工序質(zhì)量控制。根據(jù)ISO9002質(zhì)量管理體系,嚴(yán)格進(jìn)行工序質(zhì)量控制。即下一工序檢查上一工序,一旦發(fā)現(xiàn)問(wèn)題,必須立即糾正。不消除問(wèn)題,不得轉(zhuǎn)入進(jìn)行下一道程序。層層設(shè)卡,層層控制,把問(wèn)題消除在萌芽狀態(tài)。3)三檢一驗(yàn)質(zhì)量控制。根據(jù)三檢一驗(yàn)質(zhì)量控制制度,在作業(yè)過(guò)程中,嚴(yán)格執(zhí)行作業(yè)人員自檢,作業(yè)組長(zhǎng)復(fù)檢,項(xiàng)目技術(shù)負(fù)責(zé)統(tǒng)檢和質(zhì)量驗(yàn)收制度。

5 提交資料

經(jīng)檢查驗(yàn)收后應(yīng)提交下列資料:1)GPS平差計(jì)算書(shū)、GPS點(diǎn)成果表、GPS點(diǎn)點(diǎn)之記。2)一級(jí)、二級(jí)導(dǎo)線平差計(jì)算書(shū),一級(jí)、二級(jí)導(dǎo)線點(diǎn)成果表,一級(jí)、二級(jí)導(dǎo)線點(diǎn)點(diǎn)之記。3)控制點(diǎn)分布圖。

6 結(jié)語(yǔ)

1)GPS作業(yè)有著極高的精度。它的作業(yè)不受環(huán)境和距離限制,非常適合于地形條件困難地區(qū)、局部重點(diǎn)工程地區(qū)等。2)GPS測(cè)量可以大大提高工作及成果質(zhì)量。3)GPS測(cè)量可以極大地降低勞動(dòng)作業(yè)強(qiáng)度,減少野外砍伐工作量,提高作業(yè)效率。一般GPS測(cè)量作業(yè)效率為常規(guī)測(cè)量方法的3倍以上。4)GPS高精度高程測(cè)量同高精度的平面測(cè)量一樣,是GPS測(cè)量應(yīng)用的重要領(lǐng)域。特別是在當(dāng)前高等級(jí)公路逐漸向山嶺重丘區(qū)發(fā)展的形勢(shì)下,往往由于這些地區(qū)地形條件的限制,實(shí)施常規(guī)的幾何水準(zhǔn)測(cè)量有困難,GPS高程測(cè)量無(wú)疑是一種有效的手段。

[1]成桂靜.GPS在工程測(cè)量中的應(yīng)用[J].山西建筑,2009,35(1):355-356.