基于GZCORS的一級控制網(wǎng)測量新模式

蔡慶立，盧榮

(廣州市城市規(guī)劃勘測設(shè)計研究院，廣東廣州 510060)

1 引言

目前工程測量中常用GPS法、導(dǎo)線法和三角形網(wǎng)法布設(shè)次級控制網(wǎng)［1］。在花莞高速公路測量項(xiàng)目中，由于首級控制點(diǎn)間距離較遠(yuǎn)(5 km左右)，通視條件差，使用導(dǎo)線法、三角形網(wǎng)法布網(wǎng)難度較大，費(fèi)時費(fèi)力，且精度難以滿足要求，故使用GPS法布設(shè)一級控制網(wǎng)。

目前，很多單位使用RTK進(jìn)行一級導(dǎo)線測量，并通過一定的質(zhì)量控制措施，進(jìn)行了首級控制測量的嘗試［2］。從點(diǎn)位精度看，RTK能滿足城市一級導(dǎo)線5 cm的點(diǎn)位精度要求［3］。但 RTK測量的點(diǎn)位是相對于其基準(zhǔn)站的，無法保證RTK各觀測點(diǎn)間的相對關(guān)系，會出現(xiàn)點(diǎn)位精度符合要求，但相鄰點(diǎn)距離誤差超限、常規(guī)測量不能閉合等情形，網(wǎng)絡(luò)RTK同樣存在該問題，如何使用GZCORS布設(shè)一級控制網(wǎng)值得探討。

2 基于GZCORS的一級控制網(wǎng)布設(shè)

2.1 工程概況

花莞高速公路線路走向?yàn)椤鞍自茋H機(jī)場－知識城－增城－增莞深高速”，已經(jīng)進(jìn)行了西段(約 36 km)首級控制測量工作，首級控制網(wǎng)使用GZCORS基準(zhǔn)站作為起算點(diǎn)沿道路走向布設(shè)，每隔 5 km左右布設(shè)一個控制點(diǎn)，全部采用強(qiáng)制對中觀測墩，位置分布如圖1所示。

為滿足花莞高速公路地形測量、施工放樣的需要，設(shè)計每隔約 800 m加密一個控制點(diǎn)，編號為I1、I2、……I38。GPS快速靜態(tài)模式特別適合數(shù)量中等，相距數(shù)百米的控制點(diǎn)加密或散點(diǎn)定位，其速度可較常規(guī)測量提高一倍以上，故使用該方法進(jìn)行次級控制網(wǎng)布設(shè)［4］。次級控制點(diǎn)點(diǎn)位選擇應(yīng)考慮與首級控制網(wǎng)的銜接、與相鄰控制點(diǎn)通視、適合GPS觀測、易于保存、便于施工測量中應(yīng)用等因素。若使用首級控制點(diǎn)作為次級控制網(wǎng)起算點(diǎn)，GPS網(wǎng)形較差，可靠性不強(qiáng)，因此采用“雙參考站一次上點(diǎn)法”［5］，利用GZCORS基準(zhǔn)站布網(wǎng)，將兩臺GPS接收機(jī)做參考站，剩余GPS接收機(jī)做流動站，雙參考站與GZCORS基準(zhǔn)站間同步觀測并進(jìn)行數(shù)據(jù)解算，流動站以參考站為起算點(diǎn)使用快速靜態(tài)模式測量。由于參考站與GZCORS基準(zhǔn)站同步觀測時間可達(dá)數(shù)小時，數(shù)據(jù)精度高，且參考站位置選擇靈活，可以縮短流動站與參考站的距離，在較短的時間內(nèi)可獲得高精度基線，提高了工作效率。

“雙參考站一次上點(diǎn)法”作業(yè)模式如圖1所示。

圖1 控制點(diǎn)分布及“雙參考站一次上點(diǎn)法”作業(yè)模式圖

2.2 GPS快速靜態(tài)測量

GPS快速靜態(tài)測量的原理是通過接收機(jī)接收4顆以上衛(wèi)星信號，解算衛(wèi)星到接收機(jī)的距離，通過衛(wèi)星在地心坐標(biāo)系的位置確定接收機(jī)在該坐標(biāo)系中的位置，從而解算出多個接收機(jī)的相對位置，達(dá)到相對定位的目的［6］。

在該項(xiàng)目中使用4臺天寶R8雙頻GPS接收機(jī)進(jìn)行測量。測量時首先選擇兩個合適的位置(A1、A2)架設(shè)參考站，與GZCORS基準(zhǔn)站同步觀測。考慮后繼測量需要，參考站應(yīng)選在點(diǎn)位穩(wěn)定，易于保存的地方。參考站離未知點(diǎn)距離控制在 10 km以內(nèi)為宜，在未知點(diǎn)上架設(shè)GPS接收機(jī)，兩臺流動站盡量架設(shè)在相鄰控制點(diǎn)上，獲得獨(dú)立基線。每時段觀測 20 min，結(jié)束后移動到另兩個未知點(diǎn)上進(jìn)行下一時段的觀測。

當(dāng)參考站距未知點(diǎn)超過 10 km時，根據(jù)線路走向及待測點(diǎn)位置分布重新選擇參考站位置，進(jìn)行下一組觀測。參考站移動后，先重測1～2個上組參考站上測過的控制點(diǎn)，方便進(jìn)行不同參考站間控制點(diǎn)的精度評定。該項(xiàng)目花費(fèi)兩天時間，進(jìn)行兩組觀測，共完成一級控制點(diǎn)測量38點(diǎn)，重合點(diǎn)兩點(diǎn)，快速靜態(tài)參考站4點(diǎn)。

2.3 平差計算

平差計算時分級進(jìn)行，首先以GZCORS基準(zhǔn)站為起算點(diǎn)對快速靜態(tài)參考站平差，然后以平差計算后的快速靜態(tài)參考站為起算點(diǎn)進(jìn)行一級控制網(wǎng)平差。

(1)快速靜態(tài)參考站平差計算

對快速靜態(tài)參考站觀測數(shù)據(jù)預(yù)處理后進(jìn)行基線向量結(jié)算，數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠，基線、同步環(huán)、異步環(huán)均滿足限差要求。為了與首級控制網(wǎng)統(tǒng)一，將快速靜態(tài)參考站數(shù)據(jù)加入首級控制網(wǎng)中，以GZCORS基準(zhǔn)站為起算點(diǎn)重新進(jìn)行平差，平差后快速靜態(tài)參考站最弱點(diǎn)A1的點(diǎn)位精度 X方向?yàn)椤?.37 cm，Y方向±0.53 cm，Z方向±0.70 cm，精度與首級控制點(diǎn)相當(dāng)，達(dá)到三等GPS控制點(diǎn)精度，可以作為一級控制網(wǎng)的起算點(diǎn)。

(2)一級控制網(wǎng)平差

外業(yè)測量結(jié)束后，對兩組觀測數(shù)據(jù)分別進(jìn)行預(yù)處理及三維無約束平差;分別使用平差后的參考站作為起算點(diǎn)進(jìn)行二維約束平差。平差后最弱點(diǎn)I38的點(diǎn)位精度X方向?yàn)椤?.87 cm，Y方向±1.36 cm。最弱邊為I37～I(xiàn)38，基線長為 783.291 m，基線比例殘差為2.55 ppm，滿足相關(guān)規(guī)范的限差要求。

3 精度檢核及統(tǒng)計

3.1 不同參考站控制點(diǎn)精度對比

變換參考站位置后，對上組已經(jīng)測量的控制點(diǎn)I19、I20進(jìn)行重復(fù)觀測。根據(jù)快速靜態(tài)測量原理［7］，離參考站越遠(yuǎn)點(diǎn)位精度越低，在兩組觀測中I19、I20兩點(diǎn)均位于最遠(yuǎn)處，可以反映整個控制網(wǎng)的精度。不同參考站測量I19、I20兩點(diǎn)點(diǎn)位較差如表1所示。

不同參考站重復(fù)點(diǎn)點(diǎn)位較差表 表1

由于快速靜態(tài)參考站與GZCORS基準(zhǔn)站聯(lián)測，同步觀測時間較長，且進(jìn)行了整體平差，參考站的精度較高，采用不同參考站布設(shè)的控制點(diǎn)精度沒有明顯差別。

3.2 快速靜態(tài)數(shù)據(jù)與全站儀數(shù)據(jù)對比

在一級控制網(wǎng)布設(shè)完成后及施工放樣測量中，多次使用徠卡TS30全站儀(測角精度0.5″，測距精度 1 mm+1 ppm)對一級控制網(wǎng)進(jìn)行檢核，重點(diǎn)檢核了首級控制點(diǎn)與一級控制點(diǎn)、非同步觀測控制點(diǎn)間的距離，并以全站儀距離為真值，計算相對精度，結(jié)果如表2所示。

全站儀檢測對比表 表2

以全站儀邊長為真值，計算邊長中誤差:

4 結(jié)論

在花莞高速公路次級控制網(wǎng)測量項(xiàng)目中，采用快速靜態(tài)測量模式，利用“雙參考站一次上點(diǎn)法”布設(shè)一級控制網(wǎng)，解決了傳統(tǒng)測量方法通視條件差、測量過程復(fù)雜等問題，降低了勞動強(qiáng)度，提高了工作效率。經(jīng)過檢核，該方法布設(shè)的一級控制點(diǎn)與首級控制點(diǎn)精度吻合，可以滿足相關(guān)規(guī)范及花莞高速公路設(shè)計施工要求。

［1］GB 50026－2007．工程測量規(guī)范［S］．

［2］袁崢，崔逍，萬宏德．網(wǎng)絡(luò)RTK在寧波機(jī)場快速路工程首級控制網(wǎng)測量中的應(yīng)用［J］．測繪通報，2011(10):32～34．

［3］賈彬，劉彥祥．雙基站雙采樣RTK測量在布設(shè)一級導(dǎo)線中的應(yīng)用［J］．海洋測繪，2008，28(5):53～55．

［4］閆崇勛，閆振華，崔家立．GPS快速靜態(tài)定位與全站儀導(dǎo)線幾何水準(zhǔn)對比試驗(yàn)精度分析［J］．城市勘測，2010(1):56～58．

［5］ 吳惠豐，劉文建，鄧思勝．基于GDCORS的GPS作業(yè)模式研究［J］．地理空間信息，2008，6(4):39～42．

［6］謝建春，陳同峰，宋朝輝等．GPS快速靜態(tài)定位技術(shù)在地籍調(diào)查中的應(yīng)用［J］．地礦測繪，2010，26(4):22～24．

［7］徐紹銓，張華海，楊志強(qiáng)等．GPS測量原理及應(yīng)用［M］．武漢:武漢大學(xué)出版社，2003．