陳艷平，鐘高飛，劉云忠

(昆明市測繪研究院，云南 昆明 650051)

1 引言

GPS技術(shù)在測繪領(lǐng)域已得到廣泛應用，是目前進行控制測量的主要手段;GPS測繪技術(shù)也已滲透到各個行業(yè)，應用范圍從等級控制到數(shù)據(jù)采集均有。不使用GPS接收機，上世紀90年代畢業(yè)的大部分學生，可能不知道如何在實際生產(chǎn)中測設(shè)等級控制點(理論上不會有問題)，因此GPS技術(shù)給測繪行業(yè)帶來了極大的變革，使得控制網(wǎng)的布設(shè)變得很容易，特別是在高等級的控制網(wǎng)布設(shè)方面，大大提高了生產(chǎn)效率和測量精度。

然而，在GPS測量技術(shù)的應用也存在著很多問題:首先是各類執(zhí)行的標準(國標和行標)對GPS測量的要求不一致，第二是等級的分類不一致，第三是對設(shè)備的要求不同，第四是最關(guān)鍵的，專業(yè)人員對標準的理解不能統(tǒng)一，從而導致在進行GPS測量過程中存在著很多不一致的問題。

本文主要從基礎(chǔ)測繪《全球定位系統(tǒng)(GPS)測量規(guī)范GB/T18314》(簡稱國標GPS)、城市測量《衛(wèi)星定位城市測量技術(shù)規(guī)程CJJ73》(簡稱城市GPS)、城市軌道交通測量《城市軌道交通工程測量規(guī)范GB50308》(簡稱軌道 GPS)及工程施工測量《工程測量規(guī)范GB50026》(簡稱工程GPS)等4個規(guī)范(規(guī)程)，對GPS測量的技術(shù)要求的共性和差異進行分析，以便于在實際工程應用能夠正確選用相應的精度指標。

2 規(guī)范的適用范圍

《全球定位系統(tǒng)(GPS)測量規(guī)范》是針對國家基礎(chǔ)測繪而制定的規(guī)范，是推薦執(zhí)行標準;《衛(wèi)星定位城市測量技術(shù)規(guī)程》是專為城市建設(shè)測量制定的GPS標準，主要用于城市規(guī)劃、市政工程建設(shè)等方面;由于城市汽車交通已無法滿足城市發(fā)展的需要，城市軌道的建設(shè)越來越多，針對這一新事物，專門制定了《城市軌道交通工程測量規(guī)范》，規(guī)范中對GPS測量也進行了規(guī)定，但篇幅很少;《工程測量規(guī)范》主要用于單一的中、大型建設(shè)工程項目，約有4頁的篇幅，具有一定的局限性，但卻是使用面最廣的規(guī)范。軌道GPS及工程GPS在編寫規(guī)劃時，也參考了城市GPS(CJJ73－97)，然而，2010年實施的城市GPS，在內(nèi)符合指標上與國標GPS進行了統(tǒng)一。

2.1 GPS等級劃分

國標GPS、城市GPS、工程GPS的測量等級雖然都劃分5個等級，但國標GPS與城市GPS和工程GPS不能一一對應，城市GPS和工程GPS相互一致，只是限差有些區(qū)別，而軌道GPS對等級未進行劃分。在實際生產(chǎn)中，國標GPS與常規(guī)測量(三角或?qū)Ь€)等級關(guān)系為:二等采用B級要求觀測、三等采用C級要求觀測、四等采用D或E級要求觀測。

2.2 國標GPS

(1)劃分為 A、B、C、D、E 等5個等級。

(2)對應的平均邊長分別為 100 km、70 km、30 km、10 km、3 km。

2.3 城市GPS

(1)劃分為二等、三等、四等、一級、二級等5個等級。

(2)對應的平均邊長分別為9 km、5 km、2 km、1 km、＜1 km。

2.4 軌道GPS

(1)只有一個等級。

(2)對應的平均邊長為2 km。

2.5 工程GPS

(1)劃分為二等、三等、四等、一級、二級等5個等級。

(2)對應的平均邊長分別為9 km、4.5 km、2 km、1 km、0.5 km。

3 基線長度中誤差

基線長度中誤差σ是衡量基線觀測精度的標準差，其值與設(shè)備標稱精度和基線長度的關(guān)系為:

式中:a為儀器標稱精度中的固定誤差(mm)。

b為儀器標稱精度中的比例誤差系數(shù)(mm/km)。d為基線長度(km)。

2.1 a與b值的要求

a、b值的大小是表示GPS接收機的精度指標，值越小表明設(shè)備精度越高，反之就越低。

在國標GPS中，a、b值與采用設(shè)備的實際標稱值為準;在軌道 GPS中，只有一個等級，規(guī)定了a≤10 mm、b≤2×10－6，而在城市 GPS 和工程 GPS 中，分別對a、b的最大取值和采用設(shè)備精度進行了規(guī)定，與選用的設(shè)備可以不關(guān)聯(lián)。具體如表1所示。

不同規(guī)范對a、b值的要求 表1

3.2 σ值的計算

知道了a、b值及平均基線長度，也就可以計算σ的值，在實際生產(chǎn)中，國標GPS、軌道GPS和工程GPS中規(guī)定平均基線長度采用實際的平均基線長度，而在城市GPS中一般采用規(guī)范要求的平均基線長度，可以不采用實際的平均基線長度。

城市GPS中σ值如表2所示。

CJJ73－97規(guī)程中σ的取值 表2

4 內(nèi)符合指標

4.1 同步觀測環(huán)

同步觀測環(huán)是3臺及以上接收機同步觀測所獲得的基線向量構(gòu)成的閉合環(huán)，在4種GPS規(guī)范中均按下式進行衡量。

坐標分量閉合差:

環(huán)線全長閉合差:

n為同步環(huán)中基線邊的個數(shù)(下同)。

4.2 獨立觀測環(huán)

獨立觀測環(huán)是由獨立觀測所獲得的基線向量構(gòu)成的閉合環(huán)，也稱為異步環(huán)，在4種GPS規(guī)范中均按下式進行衡量。

坐標分量閉合差:

4.3 重復基線

重復基線的長度較差的限差，在4種GPS規(guī)范中均按下式計算。

5 精度評定

5.1 觀測精度

工程GPS控制網(wǎng)測量中誤差為:

式中:m為控制網(wǎng)的測量中誤差(mm);

N為控制網(wǎng)中異步環(huán)的個數(shù);

n為異步環(huán)的邊數(shù);

W為異步環(huán)環(huán)線全長閉合差。

5.2 無約束平差

(1)無約束平差時，基線向量改正數(shù)的要求在4種GPS規(guī)范中完全一致，即要求基線向量改正數(shù)絕對值滿足下式:

(2)在工程GPS中對最弱邊相對中誤差進行了規(guī)定，其他GPS規(guī)范中未作要求，具體如表3所示。

GB50026－2007對最弱邊相對中誤差的規(guī)定 表3

5.3 約束平差

(1)基線向量的改正數(shù)與經(jīng)過粗差剔除后的無約束平差結(jié)果的同名基線相應改正數(shù)的較差符合下式要求:

(2)平差后最弱邊相對中誤差的要求如表4所示。

兩種規(guī)范平差后最弱邊相對中誤差的要求 表4

(3)城市GPS中，當邊長小于200 m時，邊長中誤差小于±2 cm。

(4)軌道GPS如表5所示。

GB50308－2008對中誤差的要求 表5

6 再談基線標準差σ的值選用

(1)在建設(shè)工程運用中，同等級GPS網(wǎng)中，基線長度從幾百米到幾千米不等，對基線標準差σ的取值存在不同的看法，規(guī)范要求按實際使用儀器與實際平均基線長來計算σ的值，在衡量觀測精度時，長基線一般不會有問題，但是短基線，特別是小于300 m的基線，很難通過，特別是用高精度儀器測量短邊基線時，更難滿足要求，因此建議參照城市GPS的技術(shù)要求，采用相對固定的σ值。

(2)為什么會出現(xiàn)這樣的情況?筆者認為，測量二級導線時，導線的全長相對閉合差要求不超過1/10000，使用的設(shè)備一般采用2″級(II級測距)全站儀，有時會使用更高一級的設(shè)備，如1″級(I級測距)全站儀，此時導線的全長相對閉合差要求仍然是不超過1/10000，不因儀器的改變而更改變。

7 結(jié)語

(1)在工程建設(shè)方面經(jīng)常遇到甲方要求按國標GPS的要求進行控制網(wǎng)的測設(shè)，因此在運用國標GPS規(guī)范時，需充分了解國標 GPS中采用 A、B、C、D、E劃分等級，與常規(guī)測量的等級不一致，在實際使用時應結(jié)合工程建設(shè)方面的規(guī)范，以精度指標要求高的為依據(jù)。

(2)建設(shè)工程應用中，精度指標的衡量多采用最弱點點位中誤差及最弱邊相對中誤差，最好是采用相鄰點的點位中誤差來衡量，然而只有軌道GPS中規(guī)定了相關(guān)指標，其他三種GPS規(guī)范只規(guī)定部分指標，因此需要參考其他相關(guān)規(guī)范。

［1］GB/T18314－2009.全球定位系統(tǒng)(GPS)測量規(guī)范［S］.

［2］GB 50308－2008.城市軌道交通工程測量規(guī)范［S］.

［3］CJJ/T 73－2010.全球定位系統(tǒng)城市測量技術(shù)規(guī)程［S］.

［4］GB50026－2007.工程測量規(guī)范［S］.