深度探討基于GPS技術(shù)的公路平面控制測(cè)量方法

　　摘要：本文基于筆者多年從事工程測(cè)量的相關(guān)工作經(jīng)驗(yàn)，以基于GPS的公路平面控制測(cè)量技術(shù)為研究對(duì)象，探討了其在廣深高速公路控制測(cè)量中的應(yīng)用思路。全文來自于筆者長期的研究心得，相信對(duì)從事相關(guān)工作的同行有著重要的參考價(jià)值和借鑒意義。
　　關(guān)鍵詞：公路 控制測(cè)量 GPS 精度
　　中圖分類號(hào)：TB22文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1672-3791(2011)02(a)-0000-00
　　
　　
　　GPS絕對(duì)定位在定位精度方面是比較低的，因此，公路控制測(cè)量中主要采用GPS相對(duì)定位技術(shù)。首先，選定己知坐標(biāo)及精度滿足要求的地面控制點(diǎn)與GPS 控制點(diǎn)，應(yīng)用GPS靜態(tài)定位方法聯(lián)合觀測(cè)，建立測(cè)區(qū)首級(jí)平面控制網(wǎng)，然后，應(yīng)用GPS動(dòng)態(tài)定位技術(shù)對(duì)平面控制網(wǎng)進(jìn)行加密測(cè)量。下面結(jié)合具體工程項(xiàng)目說明如何應(yīng)用GPS定位技術(shù)布設(shè)四等級(jí)平面控制網(wǎng)、作業(yè)和平差的方法。
　　1 工程概況
　　廣深公路是連接廣州與深圳等城市的重要通道。該公路拓寬改建工程全長18．07公里，拓寬后的道路從原先的雙向4車道改建為雙向8車道。
　　2 GPS點(diǎn)的布設(shè)與實(shí)施
　　本工程基礎(chǔ)平面控制采用GPS測(cè)量，按照《公路勘測(cè)規(guī)范》（JTC C10-2007）中四等網(wǎng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施。以二等點(diǎn)“G2035、G2015”作為起算點(diǎn)進(jìn)行布網(wǎng)。
　　設(shè)計(jì)GPS網(wǎng)的精度為四等，結(jié)合本工程的具體情況，沿線路走向布設(shè)GPS點(diǎn)， GPS網(wǎng)采用邊連式，組成網(wǎng)中的基線有一定數(shù)量的多余觀測(cè)，以增強(qiáng)成果的可靠，取“G2035、G2015”兩點(diǎn)作為四等GPS控制網(wǎng)的起算點(diǎn)，以取得了可靠的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)。
　　根據(jù)線路情況，GPS首級(jí)網(wǎng)擬布設(shè)成帶狀大地四邊形鎖的形式，點(diǎn)對(duì)點(diǎn)之間相互通視。平均400～500米左右布設(shè)1對(duì)GPS點(diǎn)。全線共布設(shè)107點(diǎn)四等GPS控制點(diǎn)。
　　控制點(diǎn)均選擇在施工紅線之外且滿足通視要求和相對(duì)穩(wěn)定。點(diǎn)位選設(shè)時(shí)避免了各種電磁波對(duì)GPS衛(wèi)星信號(hào)的干擾、以及因施工的影響而產(chǎn)生點(diǎn)位的變動(dòng)?？刂泣c(diǎn)分布均勻，相鄰邊長之比小于1/2。
　?。?） GPS坐標(biāo)系統(tǒng)及起算依據(jù)
　　GPS測(cè)量采用坐標(biāo)系為深圳城市坐標(biāo)系（參考1954北京坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換）；1954年北京坐標(biāo)系為北京54橢球；
　?。?）四等GPS控制網(wǎng)的主要技術(shù)指標(biāo)：
　　1)每對(duì)相鄰點(diǎn)的平均距離（km）;2) 固定誤差≤5mm;3)比例誤差≤3 ppm;4)最弱相鄰點(diǎn)的相對(duì)中誤差為1/35000
　　3 GPS觀測(cè)
　　3.1 使用儀器
　　使用6臺(tái)Ashtech 型靜態(tài)單頻GPS接收機(jī)(標(biāo)稱精度為5mm+1ppm) 進(jìn)行GPS網(wǎng)野外數(shù)據(jù)采集。
　　3.2 作業(yè)時(shí)基本技術(shù)要求
　　衛(wèi)星截止高度角≥15°；同時(shí)觀測(cè)有效衛(wèi)星數(shù)≥4；平均重復(fù)設(shè)站數(shù)≥1.6；同時(shí)觀測(cè)有效衛(wèi)星數(shù)≥4；時(shí)段長度≥60min；數(shù)據(jù)采樣率(S)≤30s
　　3.3 觀測(cè)方式
　　每時(shí)段觀測(cè)均量取天線高兩次，其互差不超過3mm，取平均值作為最后天線高。
　　3.4 外業(yè)數(shù)據(jù)檢核
　　(1）同一時(shí)段觀測(cè)值的數(shù)據(jù)剔除率不易大于10％;
　　(2）重復(fù)基線的測(cè)量差值ds ;
　　(3）各級(jí)GPS網(wǎng)同步環(huán)閉合差需符合下式規(guī)定：
　　
　　
　　(4）各級(jí)GPS網(wǎng)異步環(huán)或符合路線坐標(biāo)閉合差需符合下式規(guī)定：
　　
　　
　　(5）無約束平差中，基線分量的改正數(shù)的絕對(duì)值需符合下式規(guī)定：
　　
　　式中：n－閉合環(huán)邊數(shù)，σ－儀器的標(biāo)稱精度。
　　4 GPS內(nèi)業(yè)解算
　　4.1 數(shù)據(jù)后處理
　　 GPS觀測(cè)數(shù)據(jù)內(nèi)業(yè)編輯輸入相關(guān)點(diǎn)位信息后，采用接收機(jī)配備的商用軟件Ashtech solutions 2.5進(jìn)行基線解算，保證每一條基線都求出整周模糊度。重復(fù)基線較差和非同步環(huán)閉合差的檢核仍按外業(yè)基線檢核時(shí)的要求進(jìn)行。
　　4.2 網(wǎng)平差
　　對(duì)整網(wǎng)進(jìn)行無約束平差并檢核GPS網(wǎng)的觀測(cè)質(zhì)量。以所有獨(dú)立基線組成閉合圖形，以三維基線向量及相應(yīng)方差協(xié)方差陣作為觀測(cè)信息，以網(wǎng)一點(diǎn)的WGS-84系三維坐標(biāo)作為起算依據(jù)，進(jìn)行全網(wǎng)無約束平差。對(duì)整網(wǎng)進(jìn)行二維約束平差。以深圳市平面控制網(wǎng)GPS點(diǎn) “G2015、2035”作為起算數(shù)據(jù)，對(duì)控制網(wǎng)進(jìn)行二維約束平差計(jì)算。
　　5 GPS精度評(píng)定
　　5.1 環(huán)閉合差統(tǒng)計(jì)
　　5.2 基線殘差統(tǒng)計(jì)
　　5.3 平面平差基線相對(duì)精度統(tǒng)計(jì)
　　5.4 gps點(diǎn)位中誤差統(tǒng)計(jì)
　　100%的點(diǎn)位精度在1.0cm以內(nèi)，其中46%精度小于0.5cm。以上充分說明觀測(cè)數(shù)據(jù)合格，基線解算質(zhì)量良好，GPS網(wǎng)的測(cè)量精度滿足四等要求。
　　6 結(jié)束語
　　隨著城市建設(shè)規(guī)模日益擴(kuò)大，今后遇到高速公路拓寬改建的項(xiàng)目會(huì)越來越多，在保證工程進(jìn)度及精度要求下，如何將GPS技術(shù)在大型工程施工控制中靈活運(yùn)用是一個(gè)只得探討的課題。通過本工程的實(shí)踐筆者得到如下一些體會(huì)。
　　1）GPS觀測(cè)受到各種外界因素的影響，有可能產(chǎn)生粗差和各種隨機(jī)誤差，為了對(duì)GPS觀測(cè)成果進(jìn)行質(zhì)量檢查，保證成果的可靠并恰當(dāng)?shù)卦u(píng)定精度，就要求由非同步獨(dú)立觀測(cè)邊構(gòu)成閉合環(huán)或符合線路。作業(yè)時(shí)不應(yīng)將非獨(dú)立邊作為獨(dú)立觀測(cè)邊處理，更不能將同步閉合環(huán)當(dāng)作非同步閉合環(huán)。2）對(duì)GPS網(wǎng)進(jìn)行圖型設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)使閉合環(huán)的邊數(shù)小于規(guī)范的規(guī)定，僅允許個(gè)別閉合環(huán)的邊數(shù)等于規(guī)范的邊數(shù)，為了使外業(yè)觀測(cè)有計(jì)劃的進(jìn)行，避免GPS獨(dú)立邊選擇的隨意性，便于及時(shí)檢查觀測(cè)結(jié)果。宜按設(shè)計(jì)網(wǎng)圖選定GPS獨(dú)立邊，必要時(shí)，在經(jīng)過技術(shù)負(fù)責(zé)人審議后，可根據(jù)具體情況作適當(dāng)調(diào)整。
　　
　　
　　參考文獻(xiàn)
　　[1] 中華人民共和國交通部，公路全球定位系統(tǒng)(GPS)測(cè)量規(guī)范，人民交通出版社 ， 北京，2000
　　[2] 姚連璧，孟曉林，GPS全站儀及其在道路勘測(cè)中的應(yīng)用前景，湖南科學(xué)技術(shù)出版社，哈爾濱，2007