GPS控制網在高速公路測繪與應用分析

舒曉龍

摘要：全球定位系統GPS已經從神秘的軍事技術轉變為貼近人們日常生活的民用技術，主要用于船舶、汽車、飛機、車輛等，但人們還有誤區認為高精度的GPS僅僅提供軍事領域，事實上高精確的GPS系統，已得到了廣泛的應用在此基礎上快速的靜態定位為短基線測量作業，創出了一條新路，大大提高了GPS測量的勞動生產力。本文以實例對GPS控制網在高速公路測繪進行了分析，僅供大家參考。

關鍵詞：GPS系統；測繪；測量

一、工程概況

本工程坐落于湖州市長興縣，項目起于杭長高速公路泗安至安城段與申蘇浙皖高速公路交叉點（樁號K94+992），終于長興白峴鄉與江蘇宜興茗嶺鎮交界處的葡萄嶺（樁號K125+402），路線全長30.41Km。全線設中特大橋2670m/2座，大橋3187.5m/11座，長隧道3042.5m/1.5座，中短隧道1016m/2座，樞紐1處，一般互通3處，服務區1處（與槐坎互通合建），主線收費站1處，連接線6200m/1條以及必要的交通安全、服務等設施。

二、平面控制測量

按設計要求，全線統一布設了一級GPS控制網，新測26點。

一級GPS網野外數據采集用美國TRIMBLE公司5臺GNSS R8-3和3臺4600LS接收機以靜態模式進行觀測，全線形成帶狀網，全網采用邊聯式構網。

（1）GPS控制點的布設和選埋

一級GPS點點位均選擇在測區附近，主要在道路、橋梁等地帶，基本能保證GPS信號無障礙接收，受地形限制，個別點位視場內高度角有大于15?的障礙物。

新測一級GPS點點位利用實地查找到的已有控制點，部分為本項目設計階段的一級點位，也有小部分為當地布設的測量控制點。

線路總長約36.61Km，共布設一級GPS點26點，平均邊長約1.40Km左右一點，符合規范要求。由于點位間距較遠，故各點間互不通視。

GPS控制點均采用了永久性測量標志，由于利用實地已有控制點，故標志有銅標志、不銹鋼標志等。測區內利用的老點新舊點號對照見下表3。

（2）GPS控制點的編號及點之記制作按下列要求進行：

一級GPS點編號采用了“GIXX” 的樣式，即“GI01，GI02……GI26”，均流水編號，在測區范圍沒有重復或者空號。

在埋石工作完成后按統一格式對點之記進行繪制和整理。點之記采用相對固定地物對點位位置進行說明，點位至相對固定地物用皮尺量至厘米。

（3）GPS控制點外業觀測

接收機標稱精度均滿足《衛星定位城市測量技術規范》的要求。其中儀器標稱精度最低10mm+5*10-6*D。觀測過程中PDOP值不大于6，衛星高度角大于15°，有效衛星數大于4。觀測時段長度均大于45分鐘，數據采樣間隔率為15秒，從而保證了較好的星座圖形強度和數據采集量。天線高每時段前后各量取一次，互差小于3mm，取平均值記入觀測手簿。

（4）觀測數據的存儲備份

觀測數據當天全部下載至微機。計算機硬盤中保存一套，其它存儲介質中保存另一套。

（5）外業數據的檢核

基線使用數據處理軟件TBC2.60處理，采用單基線模式解算，處理后本網獨立基線網平均基線邊長為3.196km，其中最長基線9955.156m（GI13～三尖山），最短基線809.853m（II長于08～GI02），計算本網 = =18.85100mm（其中a=10mm、b=5ppm，D取平差基線網的平均邊長，單位為Km）。全網共觀測10個時段，本網選擇基線構成同步觀測環11個，異步觀測環70個進行檢核進行檢核，9條復測基線進行比較，同時采用同濟大學GPS_NET檢查56個獨立基線閉合環，其精度均滿足《衛星定位城市測量技術規范》的要求。

復測基線中長度較差均符合《衛星定位城市測量技術規范》ds≤ （其中d取實際平均邊長）的要求，復測基線較差最大值ds=0.013m（GI12～GI14），允許限差為0.047m，小于限差要求。

（6）GPS控制網的平差

無約束平差：在基線向量解算結果各項指標符合要求后，采用天寶公司軟件TBC2.60進行平差，所取基線為獨立基線。首先進行GPS基線網的無約束平差（最小約束平差），以GI12為固定點，無約束平差將更有效全面地考核GPS網的內部符合精度，并衡量已知點成果精度是否含粗差。測區GPS網無約束平差在WGS-84坐標系下進行，經x2（對整個觀測量群）統計檢驗通過，各觀測值t（對各觀測元素）統計檢驗均通過，平差后單位權方差為1.00，觀測值不含粗差。

約束平差：在無約束平差對觀測值及已知數據全面檢核通過后，進行GPS基線向量網的三維約束平差，以求得最終成果。本網采用1954年北京坐標系和1980西安坐標系，中央子午線均為120°00′，GPS網約束平差以3個C級點、2個D級點為平面約束點，以12個水準點為高程約束點。無約束平差對控制網內部精度進行檢核，精度良好；約束上述起算點后本網比例因子0.99997839，成果可靠作為本網的平面起算數據。約束平差x2統計檢驗通過，90條基線觀測值t檢驗獲通過，平差后單位權方為1.00，由于軟件不能輸出基線向量改正數，故采用部分約束平差的方法進行已知點推算（固定4個點）。平差后最弱邊相對精度為1/51753（Ⅱ長于08～GI02），基線長809.828m，邊長改正數為0.016m，本網最弱點位中誤差為0.029m（GI23），均符合精度限差要求。

三、高程控制測量

因土地勘測定界對高程精度不作要求，且根據對浙江省交通規劃設計研究院提供的已有高程控制測量成果的分析，本項目高程采用GPS擬合高程。

本次擬合高程起算利用了C級GPS點帶有水準成果的2個控制點，同時還選取了新測點與老點點位重合、又有四等以上水準成果的控制點，作為高程擬合起算點。

四、圖根控制測量

在全線統一布設的一級控制網基礎上進行圖根控制測量。圖根控制采用RTK測設。

圖根點均選在通視良好、容易設站并盡量避免附近有大功率無線電發射源或高壓輸電線等影響接收衛星信號的地方。圖根點標志在水泥、瀝青路面主要以水泥釘、鉚釘、油漆等材質作為標志，其他地段則采用臨時標志，如木樁等。

圖根點密度以滿足測圖要求為前提，線路總長36.61Km，扣除隧道，實測總長約33.4Km，共布設RTK圖根點542點，平均密度為約0.07Km左右，其密度能夠滿足地形測量的需求。主要分布在測區沿線，個別點位在實測地形圖范圍外邊。采用“英文字母” +“阿拉伯數字”表示，例如“T001、B01”，由于外業測繪過程中出現超差等因素，編號出現個別空號等情況。

RTK測量中執行《全球定位系統實時動態測量（RTK）技術規范》的各項要求。利用省CORS系統進行實地測設工作，整個測區分成三段：泗安鎮、槐坎鄉和白峴鄉。施測圖根點前，均進行已知點采集、求取轉換參數等工作。

上述轉換參數均符合規范中的平面坐標轉換殘差不應大于圖上0.07mm、高程擬合殘差不應大于1/12基本等高距的要求。轉換參數求定后開始采集圖根點，流動站觀測時采用了對中桿進行對中、整平，每個圖根點觀測歷元數均大于20個，并使儀器倒置后或者初始化后再次測定一次。兩次觀測值內業按平面觀測值較差不大于圖上0.1mm、高程較差不大于1/10基本等高距的要求比較，沒有超出限差要求的取其中數作為最終成果，有超出的現場重新測定符合要求才使用。本測區圖根只提供成果表。

五、質量檢查情況

一級GPS網網型牢固、點位選擇合理、密度滿足設計書要求；GPS原始記錄完整；起算點成果數據抄錄正確；點之記繪制基本符合設計書要求、簡潔、易讀；外業觀測數據真實、可靠。

基線向量解算正確、精度符合規范及設計書要求；基線處理合理、精度良好；GPS無約束平差中基線分量改正數滿足規范及設計書要求；GPS約束平差結果各項限差滿足規范及設計書要求。

全線新設的GPS 一級點位有21個點利用了本項目已有控制點位，通過新老坐標比較后，各個點位差值在0.12m以內，總體看，偏南偏東。