包月長
(貴陽市測繪院 貴州貴陽 550000)
GPS在高精度工程測量控制網(wǎng)中的應(yīng)用研究
包月長
(貴陽市測繪院 貴州貴陽 550000)
新時期,將GPS測量技術(shù)應(yīng)用于高精度監(jiān)測控制網(wǎng)中,能夠在很大程度上提高監(jiān)測工作效率。GPS測量技術(shù)測量定位具有高精度、高效益、全天候,并且無需通視等優(yōu)點,因此,被廣泛應(yīng)用于社會各個領(lǐng)域。本文以GPS技術(shù)在某電廠工程高精度變形監(jiān)測控制網(wǎng)中的應(yīng)用為研究實例,詳細探究控制網(wǎng)觀測方案的設(shè)計、數(shù)據(jù)處理、以及應(yīng)用成果比較。
GPS技術(shù);高精度工程測量控制網(wǎng);應(yīng)用
GPS全球定位系統(tǒng),是隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展而出現(xiàn)的新一代精密衛(wèi)星定位技術(shù)。近年來,GPS接收機質(zhì)量和精度不斷提高,大大拓展了它的應(yīng)用范圍和在工程測量中的應(yīng)用。
1.1 GPS構(gòu)成
GPS系統(tǒng)主要由三部分組成,分別為:空間部分、地面監(jiān)控部分和用戶設(shè)備部分。
(1)GPS系統(tǒng)的空間部分指的是GPS工作衛(wèi)星星座,共有24顆衛(wèi)星組成,包括21顆工作衛(wèi)星和3顆在軌備用衛(wèi)星,所有的衛(wèi)星均勻分布在6個軌道上。軌道平面呈55°傾角,軌道平均高度20200km。
(2)GPS系統(tǒng)的地面監(jiān)控部分由主控站、信息注入站和監(jiān)測站等地面站組成。
(3)GPS系統(tǒng)的用戶設(shè)備主要由微機處理機、GPS接收機硬件、數(shù)據(jù)處理軟件以及終端設(shè)備組成。
1.2 GPS測量的技術(shù)特性
GPS技術(shù)屬于最新的空間定位技術(shù),其技術(shù)點主要體現(xiàn)在以下幾點:
(1)區(qū)域范圍小,網(wǎng)中基線邊短,GPS接收機的衛(wèi)星信號具有基本相同的誤差特性,而公共誤差可以相互抵消。因此,只需制定合理的觀測方案設(shè)計,即可獲得高精度觀測結(jié)果。
(2)采用精密衛(wèi)星星歷。精密定位的基礎(chǔ)是精密衛(wèi)星星歷,能夠幫助被調(diào)制在L1載波上的包含GPS衛(wèi)星軌道參數(shù)、衛(wèi)星軌道信息等多種信號分量,獲得最精準(zhǔn)的觀測值。
衛(wèi)星軌道誤差對基線邊的影響一般在下式范圍:
|△r|<|△b|<|△r|10|r||b|4|r|
式中:△r——衛(wèi)星的軌道誤差矢量;
r——衛(wèi)星到觀測站的位移矢量;
b——兩觀測站之間的基線矢量;
△b——觀測基線邊的誤差矢量。
(3)測量精度高。GPS測量能取得極高的相對精度,其基線向量的相對精度可達到10-5~10-8,如果觀測方法合理,則精度可達毫米級甚至亞毫米級。
(4)不需要通視條件,工作點選擇靈活。與傳統(tǒng)的測量方式相比,GPS測量無需考慮站點間的相互通視,增強了工作點選擇的靈活性。
(5)自動化程度高,可實現(xiàn)全天候自動觀測。GPS系統(tǒng)是一種單程系統(tǒng),一般用戶只需接收GPS衛(wèi)星發(fā)射的信號,信號接收可以晝夜觀測,而且GPS外業(yè)觀測操作簡單,具有低成本、高效率以及自動化程度高等優(yōu)點。
某電廠因工程施工需要建立高精度工程測量控制網(wǎng),要求在現(xiàn)場布設(shè)12個控制點,控制網(wǎng)的平面點位精度要求在2mm以內(nèi)。其主要目的和作用是:為廠區(qū)內(nèi)各級控制網(wǎng)的建立、廠區(qū)形變監(jiān)測提供基準(zhǔn),為廠區(qū)內(nèi)建筑物施工定位、放樣測量、設(shè)備安裝測試及局部控制網(wǎng)加密提供依據(jù)。
控制網(wǎng)測量在施工初期通視性較好,隨著施工的進行,控制點的通視性越來越差,全站儀的測量也更加困難。為了找到更加可行的測量方法,在本工程項目中利用全站儀進行三角測量的同時,利用GPS對部分控制點進行測量,對兩種測量方法獲得的成果進行比較,研究應(yīng)用GPS建立高精度工程測量控制網(wǎng)的可行性,并為日后利用GPS進行測量提供實踐依據(jù)。
2.1 控制網(wǎng)觀測方案的設(shè)計
控制網(wǎng)的觀測方案按照規(guī)范要求,依據(jù)現(xiàn)場具體情況和三角測量、GPS測量的特點與具體要求進行設(shè)計。
2.1.1 三角測量方案
三角測量利用TC2003全站儀進行測量,水平角采用全圓觀測法觀測6個測回,垂直角采用對向觀測中絲法觀測3個測回。邊長采用正倒鏡往返觀測3測回測量斜邊,最終結(jié)果取平均值。同時,在測量邊長時測線的兩端測量溫度和氣壓,在內(nèi)業(yè)中進行邊長氣象改正。控制網(wǎng)圖如圖1。
2.1.2 GPS測量方案
為了使GPS測量獲得精度較高的數(shù)據(jù),在12個控制點中選擇8個測站進行測量,要求上空盡可能開闊,在15高度角以上沒有成片的障礙物,周圍約200m的范圍內(nèi)沒有強電磁波干擾源,并且測站要遠離對電磁波信號反射強烈的地點。
y表示被解釋變量,即個人的社會地位。edu1表示高等教育變量,Xi表示性別、健康、社會態(tài)度等控制變量。β1表示高等教育的社會地位回報,λi表示相應(yīng)控制變量的回歸系數(shù),具體回歸結(jié)果如表2所示。
圖1 控制網(wǎng)圖
GPS測量采用四臺Leica雙頻GPS接收機進行,測量時GPS接收機安置在觀測墩強制歸心基座上。設(shè)置衛(wèi)星截止高度角大于15,有效衛(wèi)星總數(shù)不少于6個,重復(fù)觀測時段數(shù)不少于2個時段,歷元采樣時間間隔為15s,GDOP值小于6,觀測時段長度大于90min。采用靜態(tài)測量作業(yè)模式進行測量,當(dāng)GDOP值大于6時,適當(dāng)延長觀測時間。GPS測量時確保一定的重復(fù)設(shè)站次數(shù),并對異步環(huán)中相鄰很近的兩個點進行同步觀測,以提高整個網(wǎng)的相對精度??刂凭W(wǎng)圖如圖2。
圖2 控制網(wǎng)圖
2.2 數(shù)據(jù)處理
本次三角網(wǎng)測量,共組成16個三角形,總邊長13260.1410m,平均邊長378.8610m,最小邊長88.3790m,最大邊長835.313m,三角形最大內(nèi)角閉合差為 3.45″,最小為 0.01″。
三角測量數(shù)據(jù)經(jīng)外業(yè)數(shù)據(jù)計算各項限差符合規(guī)范要求后,使用南方平差易2005平差軟件以A01為起算點,以A01~A04為起算方向進行平差處理。平差前方向中誤差0.54″,經(jīng)平差后,最大點位誤差[A14]=1.4mm,最小點位誤差 [A12]=1.0mm,平均點位誤差=1.2mm,最大點間誤差=2.7mm,最大邊長比例誤差1/161685,平面網(wǎng)驗后單位權(quán)中誤差=0.70s。平差結(jié)果表明,三角測量方法在本次測量中取得較高的精度。
GPS測量數(shù)據(jù)處理先利用天寶GPS測量平差軟件進行基線解算,解算出的基線比率和參考變量均符合要求,最后導(dǎo)出基線解算成果,利用CosaGPS平差軟件,增加已知邊長與方位角的多種方法進行平差計算,平差結(jié)果如下:
(1)利用兩個已知坐標(biāo)進行二維約束平差,最弱點A14的點位中誤差為1.7mm,最弱邊SA02-A10的邊長比例誤差為1/189000。
(2)利用兩個已知坐標(biāo)與兩個已知邊長進行二維約束平差,最弱點A14的點位中誤差為1.5mm,最弱邊SA10-A02的邊長比例誤差為1/177000。
(4)利用兩個已知坐標(biāo)、三個已知邊長和一個已知的方位角進行二維約束平差,最弱點A14的點位中誤差為1.2mm,最弱邊SA10-A02的邊長比例誤差為1/174000。
表1 三角測量平差坐標(biāo)與GPS二維約束平差的坐標(biāo)比較
2.3 成果比較
為了檢查GPS平差坐標(biāo)精度的可靠性,對三角測量平差獲得的坐標(biāo)與GPS二維約束平差后獲得的坐標(biāo)進行比較。
通過表1多種GPS二維約束平差后獲得的坐標(biāo),與三角測量平差獲得的坐標(biāo)的比較可以看出:GPS二維約束平差后的坐標(biāo)與三角測量平差獲得的坐標(biāo)有差別,但隨著GPS平差已知條件的增加,GPS二維約束平差后獲得的坐標(biāo)接近三角測量平差獲得的坐標(biāo)。因而在GPS的數(shù)據(jù)平差處理中,增加高精度的已知數(shù)據(jù)參與約束平差,可以獲得較高的GPS測量坐標(biāo)精度。
GPS技術(shù)測量精度高,不易受到環(huán)境因素的影響,能夠在很大程度上提高工作質(zhì)量。GPS技術(shù)將徹底改變工程測量模式,可以直接進行實地實時放樣、點位測量等。GPS測量可以極大地降低勞動作業(yè)強度,減少野外砍伐工作量,提高作業(yè)效率。由此可見,將GPS技術(shù)應(yīng)用于高精度工程測量控制網(wǎng)中具有十分重要的作用。
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1004-7344(2016)01-0153-02
2015-8-20
包月長(1972-),正安人,高級工程師,本科,主要從事測繪工作。