徐建平 殷強(qiáng)

摘 要：傳統(tǒng)控制網(wǎng)的建立方法易受各種外在因素的影響，數(shù)據(jù)處理繁瑣，工作量大，限制了控制網(wǎng)的應(yīng)用范圍。GPS技術(shù)建立控制網(wǎng)以其精度高、效率高、多功能、全天候、費(fèi)用省、操作簡(jiǎn)便等優(yōu)良特性而被廣泛應(yīng)用。時(shí)至今日，可以說(shuō)GPS定位技術(shù)已完全取代了用常規(guī)測(cè)角、測(cè)距手段建立控制網(wǎng)而成為建立各等級(jí)控制網(wǎng)的主要手段。本文結(jié)合實(shí)際案例闡述了GPS控制網(wǎng)的建立。

關(guān)鍵詞：GPS；控制網(wǎng)；布設(shè)方法；數(shù)據(jù)處理；精度

1 緒論

建立GPS控制網(wǎng)是為測(cè)繪工作提供高等級(jí)和高精度測(cè)繪基準(zhǔn)。贛州市創(chuàng)業(yè)路位于蓉江新區(qū)、贛州市經(jīng)濟(jì)技術(shù)開(kāi)發(fā)區(qū)城郊，為西北―東南帶狀走向，創(chuàng)業(yè)路全長(zhǎng)13.134公里，地勢(shì)高差較大，屬于丘陵地貌，植被茂盛，通視條件較差，測(cè)區(qū)內(nèi)橫跨章江。城郊道路較窄、車(chē)流量偏多，給測(cè)繪工作帶來(lái)了很大的不便。根據(jù)這一特點(diǎn)，為滿足創(chuàng)業(yè)路工程建設(shè)施工及工程竣工精度要求，決定平面控制采用靜態(tài)觀測(cè)模式布設(shè)E級(jí)GPS控制網(wǎng)，高程按四等水準(zhǔn)要求進(jìn)行聯(lián)測(cè)。

2 GPS控制網(wǎng)的設(shè)計(jì)

2.1 圖上設(shè)計(jì)

充分收集創(chuàng)業(yè)路周邊已有GPS起算資料、地形圖和影像資料，根據(jù)測(cè)區(qū)的地形特點(diǎn)、路網(wǎng)分布狀況、所布控制網(wǎng)的精度要求以及已知控制點(diǎn)的分布情況，在圖上標(biāo)示出新設(shè)計(jì)的GPS點(diǎn)并在圖上標(biāo)示出水準(zhǔn)聯(lián)測(cè)路線。

2.2 技術(shù)依據(jù)

（1） 《全球定位（GPS）系統(tǒng)測(cè)量規(guī)范》（GB/T 18314—2009）

（2） 《城市測(cè)量規(guī)范》（CJJ/T8—2011）

（3） 《工程測(cè)量規(guī)范》（GB 50026—2007）

（4） 《國(guó)家三、四等水準(zhǔn)測(cè)量規(guī)范》（GB/T 128982009）

2.3 精度要求

GPS控制網(wǎng)的精度取決于網(wǎng)的用途。根據(jù)工程要求和具體用途，以充分滿足工程精度和可靠性指標(biāo)為前提，并考慮其費(fèi)用指標(biāo)來(lái)決定GPS控制網(wǎng)的精度等級(jí)。通常精度指標(biāo)如下所示：δ=a2+（bd）2式中：δ為網(wǎng)中基線測(cè)量中誤差（mm），a為與接收機(jī)的有關(guān)的固定誤差（mm），b為比例誤差（ppm），d為相鄰點(diǎn)間的距離（KM）。創(chuàng)業(yè)路GPS控制網(wǎng)主要用于工程建設(shè)施工及工程竣工測(cè)量，本項(xiàng)目采用E級(jí)GPS網(wǎng)可以滿足其精度要求。創(chuàng)業(yè)路GPS控制網(wǎng)外業(yè)觀測(cè)使用的是中海達(dá)和科利達(dá)靜態(tài)GPS接收機(jī)，GPS接收機(jī)標(biāo)稱精度為±5mm+1ppm，觀測(cè)時(shí)采用邊連接方式，因此該控制網(wǎng)GPS基線測(cè)量中誤差為：σ=±52+d2。

3 選點(diǎn)與埋設(shè)

控制點(diǎn)點(diǎn)位周?chē)鷳?yīng)便于安置接收設(shè)備和操作，視野開(kāi)闊，地面基礎(chǔ)穩(wěn)定，易于標(biāo)石的長(zhǎng)期保存，視場(chǎng)內(nèi)障礙物的高度角不宜超過(guò)15度；點(diǎn)位附近不應(yīng)有強(qiáng)烈反射衛(wèi)星信號(hào)的物體并避開(kāi)大面積水域；點(diǎn)位距離大功率無(wú)線電發(fā)射源至少200米，遠(yuǎn)離高壓輸電線和微波無(wú)線電傳送通道至少50米。

在水泥路面上的點(diǎn)，埋設(shè)時(shí)用切割機(jī)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(biāo)志，并用云石膠固緊；在土質(zhì)地面的點(diǎn)，則采用現(xiàn)場(chǎng)澆注混凝土標(biāo)石或埋設(shè)混凝土標(biāo)石，埋設(shè)標(biāo)石前應(yīng)在坑底填以砂石并夯實(shí)和整平。埋設(shè)的控制點(diǎn)，不銹鋼標(biāo)志面不允許高出地面太多或低于標(biāo)石面，以利于水準(zhǔn)聯(lián)測(cè)時(shí)標(biāo)尺的自由轉(zhuǎn)動(dòng)，做好點(diǎn)之記。

4 外業(yè)數(shù)據(jù)采集

根據(jù)擁有的GPS接收機(jī)數(shù)量，測(cè)區(qū)內(nèi)點(diǎn)位分布情況及交通情況和GPS網(wǎng)形設(shè)計(jì)，提前規(guī)劃好外業(yè)觀測(cè)方案。目前我院擁有4臺(tái)中海達(dá)靜態(tài)GPS接收機(jī)和2臺(tái)科力達(dá)靜態(tài)GPS接收機(jī)，共計(jì)6臺(tái)靜態(tài)GPS接收機(jī)。根據(jù)《全球定位（GPS）系統(tǒng)測(cè)量規(guī)范》中E級(jí)GPS網(wǎng)的觀測(cè)要求，GPS觀測(cè)時(shí)衛(wèi)星截止高度角≥15°，同時(shí)觀測(cè)有效衛(wèi)星數(shù)和有效觀測(cè)衛(wèi)星總數(shù)均≥4 顆，觀測(cè)時(shí)段數(shù)≥1.6，觀測(cè)時(shí)段長(zhǎng)度≥40min，數(shù)據(jù)采樣間隔為5～15s。安置GPS接收機(jī)時(shí)測(cè)站應(yīng)嚴(yán)格對(duì)中整平，對(duì)中誤差不大于1mm。天線高的量取應(yīng)讀取至1mm，每測(cè)站觀測(cè)前后各量取天線高一次，兩次量高互差應(yīng)小于3mm，取平均值作為最終天線高，否則重量。在觀測(cè)時(shí)盡量不在儀器旁使用對(duì)講機(jī)。GPS接收機(jī)開(kāi)始記錄數(shù)據(jù)后，觀測(cè)人員應(yīng)仔細(xì)填寫(xiě)好測(cè)量手簿中的記錄項(xiàng)。創(chuàng)業(yè)路E級(jí)GPS網(wǎng)觀測(cè)時(shí)采用邊連接方式，時(shí)段長(zhǎng)度均大于45min，PDOP值均小于6，每點(diǎn)重復(fù)設(shè)站次數(shù)均大于1.6次。

5 GPS網(wǎng)數(shù)據(jù)處理

每天GPS外業(yè)觀測(cè)結(jié)束后，及時(shí)下載數(shù)據(jù)，使用商業(yè)軟件把觀測(cè)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化，以外業(yè)觀測(cè)的天線高為準(zhǔn)，計(jì)算天線相位中心位置，并歸算至標(biāo)石標(biāo)志中心位置，形成觀測(cè)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)格式文件，每天及時(shí)對(duì)當(dāng)天觀測(cè)基線解算，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題即時(shí)處理，并做好備份工作。當(dāng)測(cè)區(qū)所有外業(yè)觀測(cè)結(jié)束后，采用南方測(cè)繪Gnss數(shù)據(jù)處理軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，把觀測(cè)數(shù)據(jù)導(dǎo)入到軟件中進(jìn)行基線處理，檢核重復(fù)基線長(zhǎng)度較差、驗(yàn)算各同步環(huán)、各異步環(huán)以及各獨(dú)立環(huán)的坐標(biāo)分量閉合差和全長(zhǎng)閉合差。當(dāng)存在超限時(shí)，采用軟件調(diào)整歷元間隔和衛(wèi)星高度角等方法進(jìn)行調(diào)試或人工方法剔除粗差，若結(jié)果依然不滿足規(guī)范要求，則要對(duì)相應(yīng)基線進(jìn)行重測(cè)。選取合格基線進(jìn)行GPS網(wǎng)的三維自由（無(wú)約束）網(wǎng)平差和二維網(wǎng)約束平差。進(jìn)行GPS網(wǎng)約束平差前應(yīng)對(duì)已知點(diǎn)的可靠性及精度進(jìn)行檢核，且分布合理。

創(chuàng)業(yè)路E級(jí)GPS三維自由（無(wú)約束）網(wǎng)平差基線分量精度：V△x=V△y=V△z≤3σ=95.72mm。網(wǎng)中V△x最大為15.9006mm，V△y最大為29.1816mm，V△z最大為38.4008mm。E級(jí)GPS二維網(wǎng)約束平差以D級(jí)GPS點(diǎn)為平面起算點(diǎn)，共計(jì)10個(gè)已知點(diǎn)，均勻分布于測(cè)區(qū)內(nèi)。經(jīng)平差計(jì)算，單位權(quán)中誤差為±3.2616cm，最弱點(diǎn)點(diǎn)位中誤差為±2.9334mm，最弱邊邊長(zhǎng)相對(duì)中誤差為1/130575，各項(xiàng)精度均符合規(guī)范要求。

6 結(jié)語(yǔ)

GPS控制網(wǎng)選點(diǎn)比較靈活，不要求點(diǎn)與點(diǎn)之間通視，GPS技術(shù)在工程控制測(cè)量中不僅能夠有效提高工作效率和工作質(zhì)量，也能夠有效降低測(cè)量工作的勞動(dòng)強(qiáng)度，點(diǎn)位精度也比傳統(tǒng)導(dǎo)線做法提高很多。GPS控制網(wǎng)經(jīng)過(guò)三維無(wú)約束平差和二維約束平差，控制點(diǎn)精度完全滿足規(guī)范要求，約束平差時(shí)應(yīng)注意慎重選擇起算數(shù)據(jù)防止GPS網(wǎng)變形，還要保證數(shù)據(jù)的兼容性。GPS技術(shù)為工程測(cè)量開(kāi)辟了一條嶄新而有效的技術(shù)途徑。

參考文獻(xiàn)：：

[1]《全球定位（GPS）系統(tǒng)測(cè)量規(guī)范》（GB/T 18314—2009）.

[2]佘智淵.GPS技術(shù)在蘭州首級(jí)控制網(wǎng)測(cè)量中的應(yīng)用[J].肅科技，2018（2）：2224.

[3]吳圣.廈門(mén)市1：500數(shù)字測(cè)圖工程GPS控制測(cè)量的方法與實(shí)踐[J].北京測(cè)繪，2016（5）：5760.

[4]徐紹銼，等.GPS測(cè)量原理及應(yīng)用[M].武漢測(cè)繪科技大學(xué)出版社，1998.