靜態(tài)GPS在控制測(cè)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(cè)量行業(yè)的快速進(jìn)步，GPS全球定位系統(tǒng)被廣泛的應(yīng)用在控制測(cè)量中。靜態(tài)GPS測(cè)量技術(shù)能夠取代常規(guī)的控制測(cè)量方法，成為控制測(cè)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(jìn)一步提高定位精度。

關(guān)鍵詞：靜態(tài)定位；GPS；控制測(cè)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(jī)的GPS接收天線長(zhǎng)時(shí)間靜止不動(dòng)的架設(shè)在待測(cè)點(diǎn)位上，按一定的采樣間隔采集由衛(wèi)星發(fā)射過來的觀測(cè)文件和星歷文件。之后，用靜態(tài)后處理軟件對(duì)觀測(cè)文件和星歷文件進(jìn)行基線解算、網(wǎng)平差等后續(xù)工作。靜態(tài)GPS控制測(cè)量中主要是用來對(duì)各種用途的控制點(diǎn)進(jìn)行測(cè)定。靜態(tài)GPS相較于常規(guī)控制測(cè)量，具有定位精度高、測(cè)站之間無需通視、全天候作業(yè)、效率高、觀測(cè)時(shí)間短、節(jié)省大量人力、物力以及操作簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。

2 靜態(tài)GPS在控制測(cè)量中的應(yīng)用

2.1 工程概述

將某公路原雙車道路面擴(kuò)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(zhǎng)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(jì)、施工拓寬Colville Deverell大橋及人行天橋一座。

2.2 測(cè)量控制網(wǎng)方案規(guī)劃

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

2.3 基線方案的設(shè)計(jì)根據(jù)基線的長(zhǎng)度和精度要求對(duì)觀測(cè)時(shí)段、時(shí)段長(zhǎng)度以及其他觀測(cè)參數(shù)進(jìn)行確定

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

2.4 控制測(cè)量實(shí)施過程

（1）測(cè)量工程師入場(chǎng)后，首先和RDA工程師進(jìn)行測(cè)量資料和基準(zhǔn)點(diǎn)的交接，收集測(cè)量區(qū)域內(nèi)測(cè)量基礎(chǔ)資料、測(cè)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(cè)量基準(zhǔn)點(diǎn)采取靜態(tài)GPS進(jìn)行復(fù)測(cè)（儀器標(biāo)稱精度為δ=5mm+1ppm）。基線按相對(duì)誤差小于1/100000進(jìn)行解算，基準(zhǔn)點(diǎn)之間相對(duì)誤差要求不低于公路所要求測(cè)量精度，并將復(fù)測(cè)結(jié)果報(bào)送RAD工程師。（2）測(cè)量基準(zhǔn)點(diǎn)復(fù)核完畢后，立即在施工區(qū)域內(nèi)布設(shè)測(cè)量控制點(diǎn)。控制點(diǎn)埋設(shè)根據(jù)測(cè)量精度及施工需求布設(shè)，同時(shí)方便靜態(tài)GPS及全站儀觀測(cè)，控制點(diǎn)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(cè)量人員安全為原則。點(diǎn)位澆灌鋼筋混凝土，控制點(diǎn)編號(hào)以×××標(biāo)識(shí)。（3）靜態(tài)GPS作業(yè)實(shí)施前，先校核儀器固件準(zhǔn)確性。基座光學(xué)對(duì)中器偏移值不應(yīng)大于1.5mm、管水準(zhǔn)氣泡水平偏移不應(yīng)大于20s。GPS外業(yè)觀測(cè)前查看衛(wèi)星廣播星歷，選擇測(cè)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(shí)段進(jìn)行外業(yè)數(shù)據(jù)采集。每站觀測(cè)時(shí)間為90min，衛(wèi)星接受機(jī)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(gè)數(shù)不少于5顆。每時(shí)段觀測(cè)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(diǎn)連式和邊連式組合閉合圖形。（4）高程基準(zhǔn)采用全站儀測(cè)量，以TTP42點(diǎn)為起點(diǎn)，采用三角高程往返測(cè)量豎直角及斜邊長(zhǎng)。總測(cè)回?cái)?shù)為3測(cè)回，角度取值為0.1″，高程取值為0.1mm。測(cè)量BM2～BM8各點(diǎn)之間高差，并計(jì)算各點(diǎn)全站儀測(cè)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(diǎn)作為GPS網(wǎng)高程曲面擬合基準(zhǔn)。（5）GPS數(shù)據(jù)處理時(shí)采用專用GPS數(shù)據(jù)處理軟件解算。首先在WGS 84坐標(biāo)下進(jìn)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(duì)誤差≥1/45000、同步環(huán)相對(duì)閉合差ppm<10進(jìn)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(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，最后根據(jù)RDA工程師提供的基準(zhǔn)點(diǎn)采用蘭勃特投影進(jìn)行二維約束平差及高程擬合。平差結(jié)果平面坐標(biāo)最弱點(diǎn)為BM06，最弱邊為BM1～BM2、基線相對(duì)誤差為1∶60793。高程擬合最弱點(diǎn)為TTP12。平差精度高于公路項(xiàng)目精度要求。（6）GPS解算合格后，測(cè)量成果必須采用全站儀進(jìn)行校核。全站儀測(cè)量結(jié)果與GPS成果對(duì)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(diǎn)BM06，中誤差為0.0025m；最弱邊BM1～BM2：基線相對(duì)中誤差為1∶60793。高程擬合最弱點(diǎn)為TTP12、中誤差為0.0054m。本控制網(wǎng)GPS及全站儀測(cè)量數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、可靠，從測(cè)量成果精度評(píng)定結(jié)果看，可以滿足公路項(xiàng)目及Colville Deverell大橋施工測(cè)量精度要求。

3 靜態(tài)GPS控制測(cè)量質(zhì)量控制

（1）增加獨(dú)立基線數(shù)。在對(duì)靜態(tài)GPS網(wǎng)進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程中，可以對(duì)觀測(cè)時(shí)段數(shù)進(jìn)行合理的增加，隨著觀測(cè)時(shí)段數(shù)的增加，相應(yīng)的獨(dú)立基線數(shù)就會(huì)得到增加，而獨(dú)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(cè)站上的多次觀測(cè)，能夠及時(shí)的將設(shè)站、對(duì)中、整平以及量測(cè)天線高等認(rèn)為錯(cuò)誤進(jìn)行及時(shí)的發(fā)現(xiàn)，還能夠增加觀測(cè)期數(shù)。（3）保證每個(gè)測(cè)站至少與三條以上的獨(dú)立基線相連，這樣可以使得測(cè)站具有較高的可靠性，在布設(shè)GPS網(wǎng)時(shí)，各個(gè)點(diǎn)的可靠性與點(diǎn)位無直接關(guān)系，而與該點(diǎn)上所連接的基線數(shù)有關(guān)，點(diǎn)上所連接的基線數(shù)越多點(diǎn)的可靠性則越高。（4）在布網(wǎng)時(shí)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(shí)，檢查GPS觀測(cè)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(yàn)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。可以通過下列方法提高GPS網(wǎng)的精度：為保證GPS網(wǎng)中各相鄰點(diǎn)具有較高的相對(duì)精度，對(duì)網(wǎng)中距離較近的點(diǎn)一定要進(jìn)行同步觀測(cè)，以獲得它們間的直接觀測(cè)基線；為提高整個(gè)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(gè)GPS網(wǎng)的骨架；在布網(wǎng)時(shí)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(cè)定網(wǎng)中各點(diǎn)的正常高/正高，則需在布網(wǎng)時(shí)選定一定數(shù)量的水準(zhǔn)點(diǎn)。水準(zhǔn)點(diǎn)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(diǎn)分布在網(wǎng)中的四周，將整個(gè)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(zhǎng)時(shí)間、多時(shí)段的基線向量。

4 結(jié)語

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

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