某城區(qū)道路控制網(wǎng)的設(shè)計與實施

摘 要：文章討論了城區(qū)道路控制網(wǎng)的建立以及數(shù)據(jù)后處理的相關(guān)問題，采用south GPSProVer4.0軟件對GPS觀測數(shù)據(jù)進行預(yù)處理、基線處理和網(wǎng)平差。對D級GPS靜態(tài)控制網(wǎng)在城區(qū)道路控制網(wǎng)的應(yīng)用與實施進行了一些探討。

關(guān)鍵詞：城區(qū)道路；GPS控制網(wǎng)；數(shù)據(jù)處理

引言

近些年來，隨著GPS、GLONASS、北斗等定位系統(tǒng)不斷發(fā)展完善，各種誤差模型（如電離層、對流層）的精化，整周模糊度求解算法的改進，極大的提高了GNSS定位的精度與可靠性[1]；同時衛(wèi)星定位算法的不斷改進，促進了高精度GPS精密后處理軟件的不斷發(fā)展，進一步提高了衛(wèi)星測量定位的精度。這使空間定位技術(shù)得到充分的應(yīng)用，尤其是靜態(tài)GPS測量模式。在各級測量控制網(wǎng)的建立方面，GPS定位技術(shù)已基本上取代了傳統(tǒng)的測量手段[2-3]。

文章以某城區(qū)的一個道路改造控制網(wǎng)為例，詳細介紹城市交通工程控制網(wǎng)的建立、數(shù)據(jù)采集和事后數(shù)據(jù)處理，以及用D級GPS靜態(tài)控制網(wǎng)建立城市交通工程控制網(wǎng)的應(yīng)用研究。

2.2 GPS網(wǎng)平差

網(wǎng)平差主要是為了消除由觀測量和已知條件中存在的誤差引起的GPS網(wǎng)在幾何上的不一致，改善GPS網(wǎng)的質(zhì)量、并評定其精度，確定GPS網(wǎng)中點在指定參考系下的坐標(biāo)以及其它所需參數(shù)的估值。

一般來說通過單一類型的網(wǎng)平差不能同時實現(xiàn)上述三個目的，而需分階段采用不同的網(wǎng)平差來實現(xiàn)，常見的網(wǎng)平差方法有三維無約束平差、二維約束平差、聯(lián)合平差三種[7]。

三維無約束網(wǎng)平差：用上述解算檢核后的GPS基線向量作為觀測值，其對應(yīng)的方差-協(xié)方差逆陣作為權(quán)陣，進行平差計算；該過程主要是為了檢查網(wǎng)中的基線是否存在粗差以及是否存在明顯的系統(tǒng)性誤差，由于使用的觀測值全為GPS基線向量，除了引進一個位置基準信息的起算點之外，不引入其他外部起算數(shù)據(jù)，不會引起GPS網(wǎng)尺度和方位的變化，從而其平差結(jié)果體現(xiàn)了網(wǎng)的內(nèi)符合精度，反映了觀測值本身的好壞，更符合客觀實際[8]。

二維約束平差：與三維無約束網(wǎng)平差不同的是在平差的過程中引入了會使GPS網(wǎng)的尺度和方位發(fā)生變化的外部起算數(shù)據(jù)，主要用來實現(xiàn)GPS網(wǎng)成果由基線結(jié)算時所用的GPS衛(wèi)星星歷所采用的參照系到指定參照系的轉(zhuǎn)換。

聯(lián)合平差：平差時所采用的觀測值不僅包括GPS基線向量，而且包括一些常規(guī)觀測量，如邊長、角度、方向和高差等地面常規(guī)觀測量。

3 實例分析

以某城區(qū)一個道路改造D級GPS控制網(wǎng)為例，嚴格遵循從高級到低級布設(shè)控制網(wǎng)的原則，利用高等級控制點作為起算點進行施測。測區(qū)周邊有我院C級GPS點3個（C192、C194、C222），作為本工程控制起算依據(jù)。本工程共布設(shè)D級GPS點41個。

3.1 靜態(tài)GPS控制測量

本次GPS控制網(wǎng)網(wǎng)點共41個，全部按照城市D級GPS控制網(wǎng)的外業(yè)觀測要求進行施測。聯(lián)測WHKC基站和兩個C級GPS控制點，外業(yè)數(shù)據(jù)采集分別于2013年11月26日以及12月17日進行。觀測儀器全部為SouthS82-V系列雙頻接收機，共八臺，全部在鑒定有效期，在出測之前均進行了對中器、水準氣泡的檢校。本項目采用GPS混連式的方式進行同步觀測，每次保持至少二臺接收機與前一時段架設(shè)同一點位，另外多臺向前滾動作業(yè)。分兩期進行觀測，分別為一期控制網(wǎng)和二期控制網(wǎng)，具體網(wǎng)形分布如圖2所示，外業(yè)觀測指標(biāo)如表2所示。

3.2 數(shù)據(jù)處理及平差計算

對觀測數(shù)據(jù)，采用south GPSPro Ver4.0軟件和廣播星歷進行基線解算，分別得到有效基線（雙差固定解）84條和104條。本項目GPS三維向量分別構(gòu)成閉合環(huán)624個和926個，同步閉合環(huán)224個和336個，異步閉合環(huán)400個和590個，由GPS三維基線向量所構(gòu)成的坐標(biāo)分量相對閉合差和環(huán)線全長相對閉合差均小于規(guī)范規(guī)定要求。

在通過基線檢驗的基礎(chǔ)上，選取有效基線組成三維GPS向量網(wǎng)，進行WGS-84橢球基準下的三維無約束平差。三維無約束平差采用以WHKC為固定點，按D級網(wǎng)精度要求進行處理，兩期控制網(wǎng)共計188條基線。而在道路工程中，控制網(wǎng)的內(nèi)符合精度尤為重要，為進一步分析本項目GPS網(wǎng)的內(nèi)符合精度，將基線相對精度分布情況統(tǒng)計見表3。

以上三維無約束平差結(jié)果表明，本次GPS控制網(wǎng)具有較高的內(nèi)符合精度，達到并優(yōu)于規(guī)范的要求，為下一步的測量工作打下了堅實的基礎(chǔ)。

另外，考慮到一期控制網(wǎng)與二期控制網(wǎng)的銜接，重合了部分控制點，為了便于優(yōu)化選擇，根據(jù)固定點在控制網(wǎng)中的分布情況，保證軌道交通各線路的相互對接，經(jīng)點位兼容性分析，選擇合適的固定點作為最終約束平差結(jié)果。平差成果的主要技術(shù)指標(biāo)如表4所示。

由表4可知，各期控制網(wǎng)重合點的平面坐標(biāo)較差均滿足規(guī)范規(guī)定的不同線路重合點坐標(biāo)較差≤±25mm的限差要求，以上成果分析表明，各期衛(wèi)星定位控制點成果具有較好的一致性，成果可靠性高。

4 結(jié)束語

隨著空間定位系統(tǒng)以及全國各省市CORS系統(tǒng)的不斷發(fā)展與完善，其全天候、高效率、高精度的特點越來越突出，在各種工程的平面控制測量中得到了廣泛的應(yīng)用。而在交通工程中，控制網(wǎng)的內(nèi)符合精度尤為重要，需在常規(guī)GPS施測模式的基礎(chǔ)上增加觀測時段長度、增加重復(fù)設(shè)站次數(shù)等措施以保證其精度達到規(guī)范要求。所以，在經(jīng)典GPS靜態(tài)測量模式的基礎(chǔ)上，根據(jù)相關(guān)規(guī)范要求靈活增加相應(yīng)的保證措施后，用于城區(qū)道路的建設(shè)（或改造）中具有較高的應(yīng)用價值和經(jīng)濟效益。

參考文獻

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[8]Alireza AmiriSeemkooei. Analytical methods in optimization and design of geodetic networks[D].K.N. Toosi University of Technology，1998.

作者簡介：張曉章（1965-），男，高級工程師，武漢市測繪研究院新區(qū)分院院長。