GPS工程測(cè)量控制網(wǎng)的數(shù)據(jù)處理方法探討

柳雄++向榮

摘要：本文主要對(duì)GPS工程測(cè)量控制網(wǎng)的數(shù)據(jù)處理方法進(jìn)行分析，總結(jié)了GPS工程測(cè)量控制網(wǎng)的影響因素，并詳細(xì)闡述了工程測(cè)量中數(shù)據(jù)處理的方法，例如施工人員可以參考長(zhǎng)度變形的相互抵償性質(zhì)，合理設(shè)置中央子午線，并選取最佳位置限制長(zhǎng)度變形。希望這些內(nèi)容能為相關(guān)人員提供參考。

關(guān)鍵詞：GPS工程 測(cè)量控制網(wǎng) 數(shù)據(jù)處理

中圖分類號(hào)：P208 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2014）08-0200-01

GPS定位技術(shù)在各類控制網(wǎng)中有廣泛的應(yīng)用，GPS工程測(cè)量因?yàn)樽陨硖攸c(diǎn)和復(fù)雜的觀測(cè)條件，會(huì)受到很多因素影響，例如對(duì)流層折射、衛(wèi)星和軌道誤差、多路徑效應(yīng)。GPS工程測(cè)量在控制網(wǎng)的數(shù)據(jù)處理中，部分誤差為系統(tǒng)誤差，可能是因?yàn)樾盘?hào)接收儀器、測(cè)量區(qū)電磁波干擾。這些誤差是隨機(jī)的，所以相關(guān)人員應(yīng)采取有效的方法，消除這些誤差，這是數(shù)據(jù)預(yù)處理時(shí)應(yīng)該考慮的關(guān)鍵問題。

1 GPS工程測(cè)量控制網(wǎng)的影響因素

GPS定位技術(shù)在工程控制網(wǎng)測(cè)量中的應(yīng)用十分廣泛，并充分顯示出這種技術(shù)的精準(zhǔn)和高效益，與傳統(tǒng)技術(shù)相比，這種新型技術(shù)具有無與倫比的優(yōu)越性[1]。但是這部分情況下，GPS工程測(cè)量得到的是空間直角坐標(biāo)或是大地坐標(biāo)，在實(shí)際工程施工中，施工人員需要的是當(dāng)?shù)馗咚蛊矫孀鴺?biāo)，所以應(yīng)選取合理的轉(zhuǎn)換方式。在這個(gè)轉(zhuǎn)換過程中，要考慮到GPS工程測(cè)量的準(zhǔn)確性，確保高斯投影變形能夠有效控制，由此才能更好的建立高精準(zhǔn)的控制網(wǎng)。

GPS技術(shù)在工程控制網(wǎng)的測(cè)量中，會(huì)受到很多因素影響，主要由起算點(diǎn)的偏差，周跳修復(fù)不全面、電離層折射、對(duì)流層折射以及觀測(cè)時(shí)間等。所以施工人員在實(shí)際工程中，應(yīng)盡量避免這些方面的影響，建立有效的數(shù)學(xué)模型，測(cè)算出影響因素，提高工程測(cè)量的精準(zhǔn)度。

2 GPS工程測(cè)量的數(shù)據(jù)處理方法

在工程測(cè)量中，GPS定位技術(shù)一般得出的是空間三角直角坐標(biāo)，需要經(jīng)過一定轉(zhuǎn)換或是高斯投影，才能運(yùn)用。工程施工需要的是橢圓球面上的高斯平面直角坐標(biāo)[2]。施工人員將GPS測(cè)量出的數(shù)據(jù)經(jīng)過高斯投影，會(huì)產(chǎn)生兩種變形，一是高程歸算變形，一種是高斯變形。例如將GPS測(cè)量和觀測(cè)的長(zhǎng)度數(shù)據(jù)歸算到參考的橢球面上，這種變形被稱為高程歸算變形，具體公式可以用表示為：

在公式中Hm為GPS測(cè)量的平均大地高；RA為長(zhǎng)度所在方向參考橢球面的曲率半徑；D為實(shí)際測(cè)量的水平距離。

通過公式測(cè)量，運(yùn)用國家統(tǒng)一的坐標(biāo)系統(tǒng)，這種系統(tǒng)產(chǎn)生的長(zhǎng)度綜合變形以及測(cè)量區(qū)出現(xiàn)的投影的位置和平均高程有關(guān)，施工人員可以運(yùn)用合理的公式，對(duì)已知測(cè)量區(qū)域的長(zhǎng)度和相對(duì)變形大小進(jìn)行測(cè)量，這個(gè)過程能夠有很多數(shù)據(jù)處理方式，但是數(shù)據(jù)處理效果不一致，施工人員要根據(jù)實(shí)際情況采取合理的方法，下面對(duì)這幾種數(shù)據(jù)處理方法進(jìn)行分析。

（1）施工人員可以參考長(zhǎng)度變形的相互抵償性質(zhì)，如果選擇合理的橢球半徑，那么長(zhǎng)度在橢球的長(zhǎng)度投影的縮小量，就是這個(gè)面在高斯平面上增加的長(zhǎng)度，所以高斯平面上的距離和實(shí)際施工距離要保持相同，半徑合理的橢球可以成為抵償高程面[3]。若△S/S為零，可以算出抵償高程面與測(cè)量區(qū)域平均高程面的距離，具體公式如下：

選定抵償高程面后，可以算出新的橢球參數(shù)，然后將控制網(wǎng)起算點(diǎn)通過一定規(guī)律轉(zhuǎn)換到新的環(huán)境中，通過新坐標(biāo)進(jìn)行計(jì)算，然后算出各待定點(diǎn)的坐標(biāo)，并能夠在一定范圍內(nèi)消除長(zhǎng)度變形。

這種方法不僅能夠有效控制投影變形，還能控制原有測(cè)量數(shù)據(jù)和控制網(wǎng)的數(shù)據(jù)差值，根據(jù)國家坐標(biāo)，這種方法十分可靠[4]。但是施工人員也應(yīng)考慮到長(zhǎng)度投影的變形問題，在方向上選用橢球面上的方向，明顯沒有改變方向。所以從側(cè)面來講，這種數(shù)據(jù)處理方式不夠嚴(yán)謹(jǐn)，可以再測(cè)量區(qū)域不大的環(huán)境中使用。這種方法處理投影變形，測(cè)量區(qū)域會(huì)受到限制，因?yàn)樾枰匦掠?jì)算橢球參數(shù)，這個(gè)過程十分復(fù)雜。

（2）不同的經(jīng)度會(huì)到導(dǎo)致投影帶不一致，主要是因?yàn)橹醒胱游缇€造成的。所以施工人員應(yīng)選取合理的中央子午線，使長(zhǎng)度投影在投影帶形成的變形正好能夠?qū)⑼队暗綑E球面上的變形抵償?shù)?，這個(gè)過程中，要保證高斯平面上的長(zhǎng)度和實(shí)際長(zhǎng)度相同，避免出現(xiàn)變形現(xiàn)象。施工人員將這種抵償長(zhǎng)度變形的投影帶叫做抵償投影帶[5]。若△S/S為零，就能計(jì)算出中央子午線離開新投影帶的中央距離。

這種方法在本質(zhì)上，就是選取最佳位置限制長(zhǎng)度變形，所以應(yīng)選取中央子午線的最佳位置。確保國家的統(tǒng)一的橢球投影面沒有變化，施工人員不用重新計(jì)算橢球參數(shù)，防止了復(fù)雜的計(jì)算。通過一定計(jì)算后，同一個(gè)位置的高斯平面坐標(biāo)會(huì)出現(xiàn)變化，與相關(guān)圖紙比較，會(huì)有尺度脫節(jié)的現(xiàn)象，進(jìn)行施工有很多不合理的方面，還造成整個(gè)測(cè)量區(qū)域的投影變形小于統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，限制了測(cè)量區(qū)域的面積。

（3）若施工人員將中央子午線安置在測(cè)量區(qū)中間，那么其長(zhǎng)度要?dú)w入平均高程面上，這種方法能夠使中央投影的變形為零，所以施工人員要確保最大距離地區(qū)的投影變形小于1/40000。在東西跨度很大的大型測(cè)量區(qū)域，施工人員可以將中央子午線設(shè)置在測(cè)量區(qū)中間，并選取一個(gè)合理的抵償高程面，并保證整個(gè)測(cè)量的投影變形小于1/40000。這種方式與其他其他兩種方法相比，能夠通過投影帶變化，控制長(zhǎng)度變形。但是這種方法比較適用于能夠建立控制網(wǎng)坐標(biāo)與國家坐標(biāo)點(diǎn)的聯(lián)系。

3 結(jié)語

通過上文對(duì)GPS工程測(cè)量控制網(wǎng)的數(shù)據(jù)處理方法分析，可以得知在很多情況下，GPS技術(shù)在工程測(cè)量的首選，但是因?yàn)楦鱾€(gè)測(cè)量區(qū)域的已知數(shù)據(jù)比較復(fù)雜，所以施工人員應(yīng)合理處理GPS觀測(cè)和坐標(biāo)系之間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，這也是應(yīng)用GPS技術(shù)的關(guān)鍵。

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