GPS在城市区域控制测量中的应用

王志武,郑永海

(1.河南省煤田地质局一队,河南 新郑 451100;2.河南中煤测绘公司,河南 郑州 450052)

0 引 言

为加快郑州市城市化进程,扩大城市规模,把郑州建设成为国家区域性中心城市,河南目前正在实施“中心城市群”带动战略,要在郑东新区已经基本成形的基础上加快推进“大郑东新区”建设[1]。城市要建设,测绘需先行,本文重点讨论大郑东新区某开发区区域控制测量,控制面积100 km2,控制点数23个,控制网等级三等。

常规控制测量如三角测量、导线测量,要求点间通视,费工费时,而且精度不均匀[2]。GPS测量无需点间通视且能够高精度地进行各种控制测量。区域GPS控制网的特点是控制区域有限(或一个市或一个地区),边长短(一般从几百米到20 km),观测时间短(静态定位的几十分钟至一、两个小时)。就其作用[3]而言分为:

(1)建立新的地面控制网;

(2)检核和改善已有地面网;

(3)对已有的地面网进行加密;

(4)拟合区域大地水准面。

1 GPS用于建立区域控制网

1.1 技术依据[4]

(1)CJJ8-99《城市测量规范》;

(2)GB/T18314-200l《全球定位系统GPS测量规范》;

(3)CJJ73-97《全球定位系统城市测量技术规程》。

1.2 平面和高程系统

平面系统:郑州地方坐标系。平差计算时同时提交2000国家大地坐标系,1980西安坐标系、1954北京坐标系和郑州地方坐标系成果,使用时采用地方坐标系成果[5]。

高程系统:1985国家高程基准。

1.3 GPS测量仪器设备

本测区GPS控制网的观测均使用经检验合格的四台套Trimble 5700 GPS双频接收机,其标称精度为静态平面5mm+0.5 ppm,高程5mm+1 ppm;动态平面10mm+1 ppm,高程20mm+2 ppm,经检测,其精度均优于标称指标。

内业处理采用TGO1.5GPS数据后处理软件和POWERAKJ4.0GPS网平差软件。

1.4 GPS网的建立及观测

控制网的布设:点间距2～3 km,按优化设计方案布网。

GPS网的选点与埋石:GPS点兼作水准标志,RTK基准站设具有强制对中装置的中心标志[6]。GPS网的作业中严格遵守了以下的基本技术要求:

严格规定开关机时间并逐项填写了测量手簿

最少有效观测卫星数＞4

卫星高度角＞15°

平均重复设站数＞1.6

时段长度＞60min

数据采样间隔15 s。

严格对中、整平,对中误差小于1mm。

通讯联系时,通讯设备应低于接收机天线,并尽可能与测站保持5 m以上的距离。

1.5 基线解算和基线检核

GPS接收机采集记录是GPS接收机天线至卫星伪距,载波相位和卫星、星历等数据。GPS数据处理要从原始的观测值出发直到最终的测量定位成果,基线数据处理过程分为数据传输、数据预处理、基线解算、基线检核等过程[7,8]。

本区域控制网有 52个同步环,环全长平均值为7939.512 m,58个异步环,环全长平均值为7581.089 m;复测基线13条,平均边长为2239.824 m。同步环采用基线的坐标分量相对闭合差和全长相对闭合差来检查基线质量,异步环和复测基线则采用分量及全长闭合差来检核基线质量。根据实测基线解算结果,对控制网同步环、异步环及复测基线的全长相对精度进行了统计,其详细情况见表1～表5。

表1 控制网同步环质量统计

表2 控制网异步环质量统计

表3 控制网异步环质量统计

表4 控制网复测基线质量统计

表5 控制网三维无约束平差精度统计

从表1～表5统计可以看出所有基线均获得高质量的解,而且内符合程度较好,不含明显粗差。

1.6 GPS网的平差计算

三维无约束平差,平差后GPS点位精度见表6。

表6平差结果表明:所选独立基线构成的GPS网具有较高的内部符合精度,观测值不含粗差,基线向量解所确定的协方差阵相互之间的比例关系合理。GPS三维无约束成果为控制区提供了可靠WGS-84坐标基准,从而为控制区RTK参数的求定奠定了坚实的基础。

二维约束平差,二维约束平差精度见表7。

表6 平差后GPS点位精度统计

表7 二维约束平差精度统计

从表7可看出:约束平差后各平面点点位中误差均在1cm以下,距离相对中误差远低于城市三等GPS网规定的1/80000,可见本次实测的控制区三等GPS网的精度很高。

1.7 利用GPS技术进行高等级控制网的测量应注意的问题

观测前应做好观测计划,尤其是高等级网的布设、路线选取、车辆调动等都直接影响观测效率。

网中必须有足够的同步环观测才能保证网的精度,为保证控制网的等级,应避免过短边的出现。

GPS网平差时,在网中已知高程点越多,高程拟合的精度越好,网形布设越均匀,精度越高。因此GPS控制网的网形对GPS控制点点位及高程精度有直接影响。

2 结 语

GPS测量技术在大郑东新区某区域控制测量中的应用,证明了以下结论:

采用GPS技术进行高等级控制网的测量具有高精度、全天候、高效率、多功能、操作简便等优点。

GPS新技术用于超大城区控制在资金和时间上有明显优势,用较短的作业时间达到了预期的目的,为保证按时完成其它测绘工程打下了坚实的基础。

用较少的投入取得了控制面积100 km2的测绘成果。根据以往经验,若用常规的测量手段,则经费和人力的投入将是本测绘手段的5～10倍。

用高精度仪器设备保证了后工序各项成果的数学精度,该项目已顺利通过验收,全部成果质量被评为优。

[1]刘绍堂.RTK在郑州东新区建设用地勘测定界测量中的应用[J].北京测绘,2005,22(3):55-56.

[2]刘绍堂,肖海红,赵站杨.GPS打桩定位系统在杭州湾跨海大桥施工中的应用[J].西南科技大学学报(自然科学版),2005,27(4):42-45.

[3]施凤翔.利用GPS技术建立控制测量新模式的探讨[J].测绘标准化,2005,21(1):40-42.

[4]刘绍堂,赵站杨.全站仪在杭州湾跨海大桥箱梁桩基定位中的应用[J].水利与建筑工程学报,2006,4(1):24-26.

[5]刘绍堂,李微晓,赵站杨,等.杭州湾跨海大桥箱梁施工控制加密技术[J].施工技术,2008,32(7):15-17.

[6]刘绍堂,赵让乾,许成功.某煤田地质勘探区大比例尺测图GPS测量技术[J].地质装备,2008,9(5):29-31.

[7]李旷建,李春红.GPS在建立和改造城市控制网中应用的若干问题[J].城市勘测,2005,(1):25-27.

[8]LIU Shaotang,Hu Lixin.Application of beidou navigation satellitesystem in logistics and transportation[C]//Proceedings of 2008 International Conference of Chinese Logistics and Transportation Professionals(ICCLTP 2008).Chengdu:Southeast Jiaotong University,2008:137-139.