GPS全球定位系统在城镇基础测绘中的应用

李志虎

1 概述

GPS全球定位系统(Global Positioning System)在城市基础测绘中的应用,最近两年在中小城市得到了迅速推广,这主要依赖于GPS系统可以向全球任何用户全天候地连续提供高精度的三维坐标、三维速度和时间信息等技术参数。我们先了解一下GPS系统的组成,工作原理以及在测量领域的应用特点。

1)GPS系统的组成 。GPS全球定位系统由空间卫星群和地面监控系统两大部分组成,除此之外,测量用户当然还应有卫星接收设备(见图1)。

2)GPS的工作原理。GPS系统是一种采用距离交会法的卫星导航定位系统。如图1所示,在需要的位置P点架设GPS接收机,在某一时刻ti同时接收了 3颗(A,B,C)以上的 GPS卫星所发出的导航电文,通过一系列数据处理和计算可求得该时刻GPS接收机至GPS卫星的距离SAP,SBP,SCP,同样通过接收卫星星历可获得该时刻这些卫星在空间的位置(三维坐标)。从而用距离交会的方法求得P点的三维坐标(Xp,Yp,Zp)。在GPS测量中通常采用两类坐标系统,一类是在空间固定的坐标系统,另一类是与地球体相固联的坐标系统,称地固坐标系统,我们在公路工程控制测量中常用地固坐标系统(如:WGS-84世界大地坐标系和1980年西安大地坐标系)。

2 GPS测量的技术特点

1)测站之间无需通视。2)定位精度高。3)观测时间短。4)提供三维坐标。5)操作简便。6)全天候作业。

3 GPS系统在实际测量工作中的应用

山西省阳城县町店镇镇区基础测绘项目应用GPS测量是于2004年开始的,2005年在町店镇镇区基础测绘项目的城镇基础控制测量中推广使用了静态功能这一技术。

3.1 町店镇镇区基础资料

町店镇位于阳城县县城北8 km处。测区沿芦苇河、八芹公路呈槽形,长约5.3 km,宽约0.8 km,面积约4.8 km2。测区包括八里湾、富家坪、町店、南庄、北庄、冯王庄、义城七个村庄。测区地理坐标东经 112°25′01″～ 112°27′42″,北纬 35°32′07″～ 35°34′11″;测区槽形底部高程约 550 m～600 m,槽形两边最大高程约650 m。

3.2 已有资料分析及利用

在阳城县城区,城建局已建立阳城县独立坐标系,控制点分布在城区及周边地区。近年来,阳城县规划建设部门一直利用阳城县独立坐标系,为本地规划建设及管理服务,本次测绘仍沿用阳城县独立坐标系。本次测绘从阳城城建部门收集到原阳城县独立坐标系四等点西河、三等点基南坐标资料,坐标数据如下:西河:纵坐标3 932 717.596,横坐标496 356.604,高程662.622。基南:纵坐标3 926 550.609,横坐标500 432.153,高程575.68。经检测,坐标点保存完好,精度可靠,可作为首级控制的坐标起算点。

3.3 控制性测量

3.3.1 建立布网方案

本次测绘平面系统采用阳城县独立坐标系。在测区周边布设四等GPS网为测区首级控制,再加密布设一级、二级导线作为测区基本控制。拟布设GPS点6个,一级导线点 20个。四等GPS网坐标起算点为西河、基南。观测作业方式采用混联式。本次测绘高程系统依施测四等GPS网内一点高程坐标为高程起算点,利用三角高程测量测设四等GPS点及一级导线点高程作为测区高程基本控制点。

3.3.2 平面控制测量

测区首级平面控制测量采用四等GPS控制测量。应根据《全球定位系统GPS测量规范》中对GPS网的技术要求实施。

测区加密平面控制测量采用一级光电测距导线控制测量,根据《城市测量规范》要求实施。

四等GPS点应布设在芦苇河两岸坡上,要求边长为1 km左右,按两两通视、便于加密的原则进行。

GPS控制点在坚实地面上打入25 cm×φ 16 mm钢钉并在顶部锯一“+”字表示点位;在软质地面上埋设20 cm×20 cm×40 cm标石并在顶端镶嵌带有“+”字的钢钉表示点位。

GPS观测按照《全球定位系统GPS测量规范》中对四等GPS点的有关技术规定执行。

GPS观测使用3台天宝(Trimble)4800GPS测地型接收机进行静态数据采集。记录采用统一协调世界时〔UTC〕。观测时,各作业组要严格遵守调度命令,同步观测同一组卫星。同步观测卫星数应不少于4颗,若观测过程发现卫星分布状态较差或数量减少要随时报告,以便延长观测时间或取消本次观测。PDOP值应小于4。观测前后各量取天线高1次,取位至毫米。

一级、二级光电测距导线控制测量应满足表1要求。

表1 一级、二级光电测距导线控制测量标准

平面控制点点位选取后及时绘制点之记,靶点选取应不少于两个,靶距量至0.01 m。

3.3.3 高程控制

高程控制测量采用光电测距三角高程测量。本测区对四等GPS点及一级导线点进行四等光电测距高程导线测量。三角高程测量,在平面控制网的基础上布设成附合路线、闭合环线或三角高程网。高程导线各边的高差测定应采用对向观测。仪器高、照准高两次量取取中记录,量至0.001 m。

高程导线边长的测定,应采用不低于Ⅱ级精度的测距仪单向观测两测回,垂直角观测采用中丝法。

4 质量控制

1)采用先进的技术方法和科学的技术路线控制质量。本次地形图测绘采用电子平板测绘系统,内外业一体化进行,即集野外数据采集、平差计算、计算机绘制地形图同时现场完成,一次性提交地形图成果。2)工序质量控制。根据ISO9002质量管理体系,严格进行工序质量控制。即下一工序检查上一工序,一旦发现问题,必须立即纠正。不消除问题,不得转入进行下一道程序。层层设卡,层层控制,把问题消除在萌芽状态。3)三检一验质量控制。根据三检一验质量控制制度,在作业过程中,严格执行作业人员自检,作业组长复检,项目技术负责统检和质量验收制度。

5 提交资料

经检查验收后应提交下列资料:1)GPS平差计算书、GPS点成果表、GPS点点之记。2)一级、二级导线平差计算书,一级、二级导线点成果表,一级、二级导线点点之记。3)控制点分布图。

6 结语

1)GPS作业有着极高的精度。它的作业不受环境和距离限制,非常适合于地形条件困难地区、局部重点工程地区等。2)GPS测量可以大大提高工作及成果质量。3)GPS测量可以极大地降低劳动作业强度,减少野外砍伐工作量,提高作业效率。一般GPS测量作业效率为常规测量方法的3倍以上。4)GPS高精度高程测量同高精度的平面测量一样,是GPS测量应用的重要领域。特别是在当前高等级公路逐渐向山岭重丘区发展的形势下,往往由于这些地区地形条件的限制,实施常规的几何水准测量有困难,GPS高程测量无疑是一种有效的手段。

[1]成桂静.GPS在工程测量中的应用[J].山西建筑,2009,35(1):355-356.