靜態(tài)GPS在控制測量中的應(yīng)用及其質(zhì)量控制分析

孫貴鑫

摘 要：隨著科技的不斷發(fā)展以及測量行業(yè)的快速進步，GPS全球定位系統(tǒng)被廣泛的應(yīng)用在控制測量中。靜態(tài)GPS測量技術(shù)能夠取代常規(guī)的控制測量方法，成為控制測量作業(yè)中的主要手段，不僅能夠提高作業(yè)效率，還能夠進一步提高定位精度。

關(guān)鍵詞：靜態(tài)定位；GPS；控制測量；精度；可靠性；質(zhì)量

1 靜態(tài)GPS工作原理

靜態(tài)GPS就是將靜態(tài)機的GPS接收天線長時間靜止不動的架設(shè)在待測點位上，按一定的采樣間隔采集由衛(wèi)星發(fā)射過來的觀測文件和星歷文件。之后，用靜態(tài)后處理軟件對觀測文件和星歷文件進行基線解算、網(wǎng)平差等后續(xù)工作。靜態(tài)GPS控制測量中主要是用來對各種用途的控制點進行測定。靜態(tài)GPS相較于常規(guī)控制測量，具有定位精度高、測站之間無需通視、全天候作業(yè)、效率高、觀測時間短、節(jié)省大量人力、物力以及操作簡單等特點。

2 靜態(tài)GPS在控制測量中的應(yīng)用

2.1 工程概述

將某公路原雙車道路面擴寬3.5m成為3車道路面，加修1.5m寬人行道，并修建沿線的道路及排水設(shè)施，該道路總長3.2km。道路改造由225mm回填地基層、225mm道路基層、90mm上基層、60mm磨耗層、漿砌石排水溝組成。設(shè)計、施工拓寬Colville Deverell大橋及人行天橋一座。

2.2 測量控制網(wǎng)方案規(guī)劃

經(jīng)過實地踏勘后，工程師在Colville Deverell大橋兩端布設(shè)控制點2個，擴建段道路以間隔400m左右布設(shè)控制點6個，每個控制點均能滿足靜態(tài)GPS及全站儀測量要求?？紤]該公路車流大較大，建設(shè)前期道路兩側(cè)有高大樹林覆蓋，不利于全站儀測量，決定采用靜態(tài)GPS布設(shè)首級測量控制網(wǎng)，各控制點之間以三角形相互連結(jié)構(gòu)成閉合圖形。GPS網(wǎng)測量精度不低于該公路項目所要求標準。高程采用全站儀進行三角高程測量（往返測）。

2.3 基線方案的設(shè)計根據(jù)基線的長度和精度要求對觀測時段、時段長度以及其他觀測參數(shù)進行確定

在靜態(tài)GPS網(wǎng)中已知平面控制點的數(shù)量不應(yīng)該低于4個，高程控制點的個數(shù)不應(yīng)該低于3個。

2.4 控制測量實施過程

（1）測量工程師入場后，首先和RDA工程師進行測量資料和基準點的交接，收集測量區(qū)域內(nèi)測量基礎(chǔ)資料、測區(qū)環(huán)境、參考橢球、投影參數(shù)等。然后根據(jù)RDA工程師提供的測量基準點采取靜態(tài)GPS進行復(fù)測（儀器標稱精度為δ=5mm+1ppm）?；€按相對誤差小于1/100000進行解算，基準點之間相對誤差要求不低于公路所要求測量精度，并將復(fù)測結(jié)果報送RAD工程師。（2）測量基準點復(fù)核完畢后，立即在施工區(qū)域內(nèi)布設(shè)測量控制點?？刂泣c埋設(shè)根據(jù)測量精度及施工需求布設(shè)，同時方便靜態(tài)GPS及全站儀觀測，控制點位埋設(shè)在施工區(qū)域外緣，以不影響現(xiàn)道路通行及施工測量人員安全為原則。點位澆灌鋼筋混凝土，控制點編號以×××標識。（3）靜態(tài)GPS作業(yè)實施前，先校核儀器固件準確性?；鈱W(xué)對中器偏移值不應(yīng)大于1.5mm、管水準氣泡水平偏移不應(yīng)大于20s。GPS外業(yè)觀測前查看衛(wèi)星廣播星歷，選擇測區(qū)范圍內(nèi)GPS衛(wèi)星大于5顆、PDOP（衛(wèi)星空間位置因子）值小于6等時段進行外業(yè)數(shù)據(jù)采集。每站觀測時間為90min，衛(wèi)星接受機高度截止角設(shè)為10°、數(shù)據(jù)采樣率設(shè)5s，同步接收衛(wèi)星的個數(shù)不少于5顆。每時段觀測前后分別量取天線高，誤差小于2mm，取兩次平均值作為最終結(jié)果。網(wǎng)形布置采用三角形以點連式和邊連式組合閉合圖形。（4）高程基準采用全站儀測量，以TTP42點為起點，采用三角高程往返測量豎直角及斜邊長。總測回數(shù)為3測回，角度取值為0.1″，高程取值為0.1mm。測量BM2～BM8各點之間高差，并計算各點全站儀測量高程值。然后根據(jù)GPS控制網(wǎng)網(wǎng)圖結(jié)構(gòu)選取BM2、BM6、BM8點作為GPS網(wǎng)高程曲面擬合基準。（5）GPS數(shù)據(jù)處理時采用專用GPS數(shù)據(jù)處理軟件解算。首先在WGS 84坐標下進行三維無約束平差，基線解算精度按基線方差比Ratio>3、基線最弱邊相對誤差≥1/45000、同步環(huán)相對閉合差ppm<10進行解算。WGS 84三維無約束平差合格后與CLARKECL1880橢球系（中央子午線為57°30′）進行坐標轉(zhuǎn)換，最后根據(jù)RDA工程師提供的基準點采用蘭勃特投影進行二維約束平差及高程擬合。平差結(jié)果平面坐標最弱點為BM06，最弱邊為BM1～BM2、基線相對誤差為1∶60793。高程擬合最弱點為TTP12。平差精度高于公路項目精度要求。（6）GPS解算合格后，測量成果必須采用全站儀進行校核。全站儀測量結(jié)果與GPS成果對比誤差須小于規(guī)范要求誤差范圍。

2.5 技術(shù)總結(jié)

網(wǎng)形分析：最弱信息：最弱點BM06，中誤差為0.0025m；最弱邊BM1～BM2：基線相對中誤差為1∶60793。高程擬合最弱點為TTP12、中誤差為0.0054m。本控制網(wǎng)GPS及全站儀測量數(shù)據(jù)準確、可靠，從測量成果精度評定結(jié)果看，可以滿足公路項目及Colville Deverell大橋施工測量精度要求。

3 靜態(tài)GPS控制測量質(zhì)量控制

（1）增加獨立基線數(shù)。在對靜態(tài)GPS網(wǎng)進行設(shè)計的過程中，可以對觀測時段數(shù)進行合理的增加，隨著觀測時段數(shù)的增加，相應(yīng)的獨立基線數(shù)就會得到增加，而獨立基線增加之后能夠有效的將GPS網(wǎng)的可靠性增加。（2）保證一定的重復(fù)設(shè)站次數(shù)。確保一定的重復(fù)設(shè)站次數(shù)，不僅能夠通過在同一測站上的多次觀測，能夠及時的將設(shè)站、對中、整平以及量測天線高等認為錯誤進行及時的發(fā)現(xiàn)，還能夠增加觀測期數(shù)。（3）保證每個測站至少與三條以上的獨立基線相連，這樣可以使得測站具有較高的可靠性，在布設(shè)GPS網(wǎng)時，各個點的可靠性與點位無直接關(guān)系，而與該點上所連接的基線數(shù)有關(guān)，點上所連接的基線數(shù)越多點的可靠性則越高。（4）在布網(wǎng)時要使網(wǎng)中所有最小異步環(huán)的邊數(shù)不大于6條在布設(shè)GPS，網(wǎng)時，檢查GPS觀測值基線向量質(zhì)量的最佳方法是異步環(huán)閉合差。而隨著組成異步環(huán)的基線向量數(shù)的增加，其檢驗質(zhì)量的能力將逐漸下降，因此，要控制最小異步環(huán)的邊數(shù)。所謂最小異步閉合環(huán)，即構(gòu)成閉合環(huán)的基線邊是異步的，且邊數(shù)又是最少的。（5）提高GPS網(wǎng)精度?？梢酝ㄟ^下列方法提高GPS網(wǎng)的精度：為保證GPS網(wǎng)中各相鄰點具有較高的相對精度，對網(wǎng)中距離較近的點一定要進行同步觀測，以獲得它們間的直接觀測基線；為提高整個GPS網(wǎng)的精度，可以在全面網(wǎng)之上布設(shè)框架網(wǎng)，以框架網(wǎng)作為整個GPS網(wǎng)的骨架；在布網(wǎng)時要使網(wǎng)中所有最小異步環(huán)的邊數(shù)不大于6條；若要采用高程擬合的方法測定網(wǎng)中各點的正常高/正高，則需在布網(wǎng)時選定一定數(shù)量的水準點。水準點的數(shù)量應(yīng)盡可能的多，且應(yīng)在網(wǎng)中均勻分布，還要保證有部分點分布在網(wǎng)中的四周，將整個網(wǎng)包含在其中；為提高GPS網(wǎng)的尺度精度，可采用增設(shè)長時間、多時段的基線向量。

4 結(jié)語

綜上所述，靜態(tài)GPS測量具有測量精度高、效率高等方面的特點，可以說靜態(tài)GPS測量技術(shù)已經(jīng)完全能夠取代傳統(tǒng)的三角測量和導(dǎo)線測量方法。通過上文對靜態(tài)GPS測量技術(shù)原理以及優(yōu)勢的分析，今后靜態(tài)GPS測量技術(shù)將會更加廣泛地應(yīng)用在控制測量作業(yè)中，不僅能夠減輕勞動強度，還能夠提高測量的進度和精度。

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