GPS在高精度工程测量控制网中的应用研究

包月长

（贵阳市测绘院 贵州贵阳 550000）

GPS在高精度工程测量控制网中的应用研究

包月长

（贵阳市测绘院 贵州贵阳 550000）

新时期，将GPS测量技术应用于高精度监测控制网中，能够在很大程度上提高监测工作效率。GPS测量技术测量定位具有高精度、高效益、全天候，并且无需通视等优点，因此，被广泛应用于社会各个领域。本文以GPS技术在某电厂工程高精度变形监测控制网中的应用为研究实例，详细探究控制网观测方案的设计、数据处理、以及应用成果比较。

GPS技术；高精度工程测量控制网；应用

引言

GPS全球定位系统，是随着现代科学技术的迅速发展而出现的新一代精密卫星定位技术。近年来，GPS接收机质量和精度不断提高，大大拓展了它的应用范围和在工程测量中的应用。

1 GPS简介

1.1 GPS构成

GPS系统主要由三部分组成，分别为：空间部分、地面监控部分和用户设备部分。

（1）GPS系统的空间部分指的是GPS工作卫星星座，共有24颗卫星组成，包括21颗工作卫星和3颗在轨备用卫星，所有的卫星均匀分布在6个轨道上。轨道平面呈55°倾角，轨道平均高度20200km。

（2）GPS系统的地面监控部分由主控站、信息注入站和监测站等地面站组成。

（3）GPS系统的用户设备主要由微机处理机、GPS接收机硬件、数据处理软件以及终端设备组成。

1.2 GPS测量的技术特性

GPS技术属于最新的空间定位技术，其技术点主要体现在以下几点：

（1）区域范围小，网中基线边短，GPS接收机的卫星信号具有基本相同的误差特性，而公共误差可以相互抵消。因此，只需制定合理的观测方案设计，即可获得高精度观测结果。

（2）采用精密卫星星历。精密定位的基础是精密卫星星历，能够帮助被调制在L1载波上的包含GPS卫星轨道参数、卫星轨道信息等多种信号分量，获得最精准的观测值。

卫星轨道误差对基线边的影响一般在下式范围：

|△r|＜|△b|＜|△r|10|r||b|4|r|

式中：△r——卫星的轨道误差矢量；

r——卫星到观测站的位移矢量；

b——两观测站之间的基线矢量；

△b——观测基线边的误差矢量。

（3）测量精度高。GPS测量能取得极高的相对精度，其基线向量的相对精度可达到10-5～10-8，如果观测方法合理，则精度可达毫米级甚至亚毫米级。

（4）不需要通视条件，工作点选择灵活。与传统的测量方式相比，GPS测量无需考虑站点间的相互通视，增强了工作点选择的灵活性。

（5）自动化程度高，可实现全天候自动观测。GPS系统是一种单程系统，一般用户只需接收GPS卫星发射的信号，信号接收可以昼夜观测，而且GPS外业观测操作简单，具有低成本、高效率以及自动化程度高等优点。

2 工程实例

某电厂因工程施工需要建立高精度工程测量控制网，要求在现场布设12个控制点，控制网的平面点位精度要求在2mm以内。其主要目的和作用是：为厂区内各级控制网的建立、厂区形变监测提供基准，为厂区内建筑物施工定位、放样测量、设备安装测试及局部控制网加密提供依据。

控制网测量在施工初期通视性较好，随着施工的进行，控制点的通视性越来越差，全站仪的测量也更加困难。为了找到更加可行的测量方法，在本工程项目中利用全站仪进行三角测量的同时，利用GPS对部分控制点进行测量，对两种测量方法获得的成果进行比较，研究应用GPS建立高精度工程测量控制网的可行性，并为日后利用GPS进行测量提供实践依据。

2.1 控制网观测方案的设计

控制网的观测方案按照规范要求，依据现场具体情况和三角测量、GPS测量的特点与具体要求进行设计。

2.1.1 三角测量方案

三角测量利用TC2003全站仪进行测量，水平角采用全圆观测法观测6个测回，垂直角采用对向观测中丝法观测3个测回。边长采用正倒镜往返观测3测回测量斜边，最终结果取平均值。同时，在测量边长时测线的两端测量温度和气压，在内业中进行边长气象改正。控制网图如图1。

2.1.2 GPS测量方案

为了使GPS测量获得精度较高的数据，在12个控制点中选择8个测站进行测量，要求上空尽可能开阔，在15高度角以上没有成片的障碍物，周围约200m的范围内没有强电磁波干扰源，并且测站要远离对电磁波信号反射强烈的地点。

y表示被解释变量，即个人的社会地位。edu1表示高等教育变量，Xi表示性别、健康、社会态度等控制变量。β1表示高等教育的社会地位回报，λi表示相应控制变量的回归系数，具体回归结果如表2所示。

图1 控制网图

GPS测量采用四台Leica双频GPS接收机进行，测量时GPS接收机安置在观测墩强制归心基座上。设置卫星截止高度角大于15，有效卫星总数不少于6个，重复观测时段数不少于2个时段，历元采样时间间隔为15s，GDOP值小于6，观测时段长度大于90min。采用静态测量作业模式进行测量，当GDOP值大于6时，适当延长观测时间。GPS测量时确保一定的重复设站次数，并对异步环中相邻很近的两个点进行同步观测，以提高整个网的相对精度。控制网图如图2。

图2 控制网图

2.2 数据处理

本次三角网测量，共组成16个三角形，总边长13260.1410m，平均边长378.8610m，最小边长88.3790m，最大边长835.313m，三角形最大内角闭合差为 3.45″，最小为 0.01″。

三角测量数据经外业数据计算各项限差符合规范要求后，使用南方平差易2005平差软件以A01为起算点，以A01～A04为起算方向进行平差处理。平差前方向中误差0.54″，经平差后，最大点位误差[A14]=1.4mm，最小点位误差 [A12]=1.0mm，平均点位误差=1.2mm，最大点间误差=2.7mm，最大边长比例误差1/161685，平面网验后单位权中误差=0.70s。平差结果表明，三角测量方法在本次测量中取得较高的精度。

GPS测量数据处理先利用天宝GPS测量平差软件进行基线解算，解算出的基线比率和参考变量均符合要求，最后导出基线解算成果，利用CosaGPS平差软件，增加已知边长与方位角的多种方法进行平差计算，平差结果如下：

（1）利用两个已知坐标进行二维约束平差，最弱点A14的点位中误差为1.7mm，最弱边SA02-A10的边长比例误差为1/189000。

（2）利用两个已知坐标与两个已知边长进行二维约束平差，最弱点A14的点位中误差为1.5mm，最弱边SA10-A02的边长比例误差为1/177000。

（4）利用两个已知坐标、三个已知边长和一个已知的方位角进行二维约束平差，最弱点A14的点位中误差为1.2mm，最弱边SA10-A02的边长比例误差为1/174000。

表1 三角测量平差坐标与GPS二维约束平差的坐标比较

2.3 成果比较

为了检查GPS平差坐标精度的可靠性，对三角测量平差获得的坐标与GPS二维约束平差后获得的坐标进行比较。

通过表1多种GPS二维约束平差后获得的坐标，与三角测量平差获得的坐标的比较可以看出：GPS二维约束平差后的坐标与三角测量平差获得的坐标有差别，但随着GPS平差已知条件的增加，GPS二维约束平差后获得的坐标接近三角测量平差获得的坐标。因而在GPS的数据平差处理中，增加高精度的已知数据参与约束平差，可以获得较高的GPS测量坐标精度。

3 结语

GPS技术测量精度高，不易受到环境因素的影响，能够在很大程度上提高工作质量。GPS技术将彻底改变工程测量模式，可以直接进行实地实时放样、点位测量等。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。由此可见，将GPS技术应用于高精度工程测量控制网中具有十分重要的作用。

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[2]陈洪涛，贺楠.测绘新技术在工程测量中的应用初探[J].中国新技术新产品，2009（20）：175～177.

[3]戴隆华，马学良，闻洪峰.GPS在带状控制测量应用中一些相关问题的探讨[J].测绘与空间地理信息，2010（06）：63～64.

P228.4

A

1004-7344（2016）01-0153-02

2015-8-20

包月长（1972-），正安人，高级工程师，本科，主要从事测绘工作。