浅析GPS控制测量平面与高程精度在工程测量中的应用

张文轩

【摘要】高速公路平面与高程控制测量在路线设计、施工和运行阶段都起着非常重要的作用。GPS测量效率高，精度高，测站之间无需通视，操作方便，不受气候条件限制，可全天候作业，将其应用于高速公路工程测量中已成为一种趋势，对于减轻工作量、提高工作效率具有重要现实意义。现笔者就结合实践经验对GPS控制测量平面与高程精度在高速公路工程测量中的应用进行探讨，以期为同行提供有益借鉴。

【关键词】高速公路；GPS；控制测量；精度控制

随着国民经济的发展、人民生活水平的提升和基础设施建设力度的加大，高速公路建设数量迅猛增加，那么如何高效率、高质量地完成高速公路的修建的？工程测量是保证工程质量的前提，随着GPS定位技术的发展，其在高速公路测量工作中的应用日益广泛。在比较理想的GPS网形中基本上不存在精度问题，但是在高速公路工程测量中，一般仅存在2-3个已知点，或是已知点分布位置不佳，网形呈带状，相对高差大，测量起来较为困难，有的位置则不宜进行水准测量，这些都会影响GPS控制网的精度。GPS测量可直接用于平面测量中，精度问题不大，但在公路高程控制測量中，地面点高程采用的是正常高，因而需要重视GPS高程转换问题，以获得精确的GPS点的正常高。

一、GPS控制网的设计

GPS控制网的布设应根据公路等级、要求的精度、卫星状况、公路层级、沿线地形地物、接收机类型和数量、测区交通情况以及作业效率等因素进行综合设计，按照优化设计原则进行，并编制技术设计书。对于同一项目中特殊构造物的测量控制网应与该项目测量控制网以此完成设计、实测与平差。当GPS控制网作为公路首级控制网时，需采用其他测量方法进行加密，沿路线两侧每隔5-10km设置一对相互通视的GPS点。当测区面积较大而且存在较大地形差别时，将测区分块分别建立拟合模型，以有效保证高程拟合精度。联测点数目不少于3个，且要均匀分布，以加快全线的测量速度。各级GPS控制网的高程联测应不低于四等水准测量（共划分为AA、A、B、C、D、E级）的精度要求，见表1。

确定方案后，建立控制网。首先，选点，选在基础稳定且以易长期保存、附近无强烈干扰物、视野开阔、便于安全设备、便于操作、便于进行勘测放线和施工放样地点；其次，埋石，按照规范要求埋选石标，做好标记，现场绘制交通路线略图。第三，观测，按照规定的时间、GPS接收机操作手册、仪器标称精度要求等进行实测，在此过程中，防止人员或其他物体遮挡信号，同时避免触动天线，做好记录。最后，平差和评定精度，按照观测结果进行基线结算和平差计算，评价其精度，当精度达到所需等级要求，即完成整个控制网的设计。高速公路工程测量中一般包含互通区、服务区、桥梁、隧道等特殊构造物的测量控制网，其可靠性和精度要求较高，由于快速静态定位法对直接观测基线不构成闭合图形，因而实际测量中应加以注意，尽量避免使用此类方法建立控制网。

二、GPS测量技术应用于高速公路平面和高程测量中的误差分析

进行误差分析时，考虑电离层折射、对流层折射、多路径效应、载波相位观测的影响，适当增加观测量，减少偶然误差，并重视天线相位中心偏差对相对定位结果的影响，之后分析已有平面和高程成果，检验水准点的可靠性。完成继续解算后，通过RMS、RDOP、RATIO、重复基线和闭合差来检验基线的质量，处理不合格基线，令其解算合格。不同基线起算点坐标影响点位精度，我们可利用已知点的坐标组成起算坐标进行平差，为提高平差精度，设置适当的中央子午线，并加入适当数量的边长约束。

在公路高程控制测量中，为确保GPS高程转换精度，进而得到高精度的控制点高程，需采用合适的大地水准面拟合模型。我们基于神经网络建立了GPS高程转换模型（本文采用的神经网络结构件图1），分析转换误差，包括采集点布网结构、GPS水准点布设、GPS高程转换模型、测区范围和地形引起的误差，通过合适的观测方法和恰当的数据处理保证GPS高程测量的成果质量。已知水准点数量决定着转换精度，数量越多，转换精度就越高，在实际测量中，由于测区是线状的，我们每隔5-10km就布设一个几何水准点参与转换，所经地区地形如果比较复杂，适当增加水准重合点观测。

三、结语

总之，随着GPS控制测量技术的发展，其在高速公路工程建设中得到了广泛应用并发挥着及其重要的作用，不仅有利于降低作业难度，还有利于提高测量结果的精确度。一般来说，GPS平面测量中基本上不存在精度问题，实际测量中我们应高度重视GPS高程转换问题，此外，还要选取适当的观测时段和合适的截止高度角，合理处理基线结算和闭合差，约束平差，以得到精度更高、更可靠的GPS成果。未来，我们需进一步研究提高高程测量精度的方法。

参考文献：

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