淺談利用GPS技術建立橋梁施工平面控制網

摘 要:結合實際工程經驗，探討了橋梁施工中利用GPS技術建立橋梁平面控制網以及測量過程中遇到的問題及相應的處理措施。

關鍵詞:橋梁工程施工測量平面控制網

中圖分類號:P228文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2011)05(c)-0097-01

GPS定位系統由GPS衛星組成的空間部分、若干個地面監控站組成的地面監控系統和以接收機為主體的用戶定位設備三部分組成。GPS全球定位系統是一種利用接收GPS衛星信號實現授時、導航和測地的高新技術，它具有全天候作業、觀測操作簡便、布點自由、觀測與數據處理自動化程度高，同時提供三維坐標、定位精度高等特點，對經典測量工作而言，是一場重大的變革。

1 差分GPS定位

差分GPS定位也叫GPS相對定位，是目前GPS定位精度最高的一種定位方法。相對定位是用兩臺接收機分別安置在基線的兩端，并同步觀測相同的GPS衛星，以確定基線向量。這種方法可以推廣到多臺接收機安置在若干條基線的端點，通過同步觀測GPS衛星，從而可以確定多條基線向量。按照接收機在定位過程中所處的狀態不同，可分為靜態和動態相對定位。在靜態相對定位中，一般均采用載波相位觀測值為基本觀測量，載波相位可以是原始的非差相位觀測值，也可以是在測站、衛星或歷元之間組合的差分觀測值。

2 基線的質量評價

基線解算完成后，必須對基線的質量進行檢查。其檢查的內容有:對于小于20km的短基線的模糊度是否解出、單位權中誤差(RMS)、整周模糊度檢驗值(RATIO)、相對定位精度因子(RDOP)等，如果是對于GPS網的平差來說，還需要檢查同步環閉合差、異步環閉合差和重復基線較差。只有合格的基線才能使用，不合格的基線應對其結果進行殘差分析，然后重新解算;對于重新解算仍然不合格的基線需重新進行測量。

(1)相位差分的殘差曲線圖:在觀測時段內，好質量的各條相位差分的殘差曲線應為一平穩的近似直線，其曲線波動幅度不會太大。如果殘差曲線波動幅度較大，說明某顆或幾顆衛星的觀測數據質量欠佳，或者是所選的參考星有問題。

(2)基線長度的中誤差:基線解算后，要求基線長度中誤差在標稱精度計算的精度值內，小于10km的基線中誤差應為0.01～0.02m，如果超過此限度，基線解算結果的可信度將會較差。

(3)雙差固定解和雙差浮動解:對于短基線，由于雙差模糊度具有良好的整數特性，就將整周模糊度確定為整數，在進一步平差時不作為未知數求解，這種解算方法解算出的基線結果稱為雙差固定解。對于長基線來說，由于電離層折射誤差、衛星軌道誤差等難以有效地消除，整周模糊度求解精度往往很低，這時將整周模糊度近似取整，會降低相對定位的精度;若采用整周模糊度的實數解，則解算出的基線結果稱為雙差浮動解。當雙差固定解與雙差浮動解的向量坐標差達到分米級時，則處理結果可能有問題。

(4)同步環和異步環閉合差:同步環閉合差就是由同步觀測基線所構成的閉合環的閉合差。同步環閉合差在理論上應該為零，由于各種誤差的存在，實際上同步環閉合差不等于零。

3 某橋梁平面控制網測量

(1)技術要求:橋平面控制網的測量采用GPS布網方式，采用雙頻大地型GPS接收機進行GPS測量。GPS觀測采用靜態測量方式。

(2)觀測方案:測量的范圍的主要施工控制點共計37點分別為:D標的7個控制點Dl、D2、D6、D7、D9、D12、Q51;E標的6個控制點El、E2、E3、ZYQ66～68;H標新建的20個控制點Hl～H20; osi、ZYQN1～N3;原16個首級控制網點軸1、ZYQ03、ZYQ04、ZYQ06、ZYQ11、ZYQ31、ZYQ51～60.由于GPS控制網是在原常規邊角控制網的基礎上改造來的，原網網形較復雜，點位條件參差不齊，部分網點的GPS觀測條件較差。經現場查勘，在與測量中心研究之后，確定復測GPS平面控制網分二級布網。在測量全部待測網點中挑選出對施工較為重要的、點位條件相對較適合GPS觀測的點作為首級GPS控制網點，共計25個點;其余28個點作為二級網點分兩個測區觀測。

(3)GPS觀測:靜態GPS測量采用4臺Trimble 5700雙頻接收機施測。觀測指揮人員在作業前應做衛星可見性預報，并根據預報結合作業方案和測區情況編制作業調度計劃表，同時依照作業的實際進展情況做出實時調整。觀測人員應嚴格按照作業調度計劃表進行觀測作業。觀測前，觀測人員必須嚴格對中整平天線，其定向標志應指向正北，定向誤差應不大于±5°。

(4)GPS數據處理:每天觀測結束后，GPS技術負責人員應對當天的觀測數據進行下載保存，并做好數據備份工作。GPS技術負責人員應對當天的觀測數據進行初步的處理，以對當天的觀測數據質量作出評估。數據處理所采用的軟件必須經過權威部門的認證并經過實踐檢驗。外業觀測結束后，應對全網數據進行全面處理，以保證外業數據的完整性和可靠性。

4 測量過程中遇到的問題及處理

(1)關于高斯投影的問題:原有施工控制網成果是由常規邊角網測得，在1954年北京坐標系數據處理時直接將空間斜距投影到9.257m正常高程面上，即為高斯投影。本次GPS網平差由于Power ADJ 3．0軟件原因，必須進行高斯投影。考慮到施工控制網中央子午線已選定為測區平均經度，且測區范圍較小，東西寬約2km，經對原網進行高斯投影改正，其差值小于0．3mm。有理由認為，兩種投影方式引起的差異對工程應用可忽略不計。

(2)關于GPS基線與光電測距邊聯合平差的問題:Power ADJ 3．0軟件是針對純GPS網基線設計的，這一固有的缺陷，使得GPS基線與光電測距邊不相容。盡管可以將光電測距邊納入進行計算，但在二維聯合平差時發現，測距邊并沒有起到改化GPS基線的作用，反而被GPS網所改化，且點位精度有所下降。考慮到在短距離測量方面光電測距邊的精度是高于GPS基線精度的，而GPS基線與光電測距邊之間確實存在尺度比例因子，顧及到資料的連續性和統一性，決定將部分精度較高的光電測距邊作為固定邊約束條件進行二維聯合約束平差。

(3)關于坐標轉化問題:上述網平差成果僅僅是1954年北京坐標系的成果。在橋軸坐標系成果平差時發現，Power ADJ在此項功能上存在缺陷，無法得以實現。為了得到橋軸線坐標系坐標，采用了上期的觀測資料計算出兩種坐標系的轉換關系，再將次1954年北京坐標系的成果轉換為橋軸坐標系。

5 結語

GPS網平差的精度反映的是±3mm，但實測邊比較的成果表明，本次GPS網的外部符合精度約為±(5～6)mm。可見GPS網在短邊測量時，其邊長和方位精度都較差。為了滿足南汊橋上部結構施工的需要，對于南塔、北塔周圍的控制點構成局部邊角網加以補強。經局部邊角網測量后，點位中誤差均滿足±2mm的精度要求。

參考文獻

[1]秦宏偉.GPS技術應用于平面控制網構建及精度評定方法研究[J].科技資訊，2010(31):17-18.