GPS技术在控制测量中的应用

徐建平 殷强

摘 要：传统控制网的建立方法易受各种外在因素的影响，数据处理繁琐，工作量大，限制了控制网的应用范围。GPS技术建立控制网以其精度高、效率高、多功能、全天候、费用省、操作简便等优良特性而被广泛应用。时至今日，可以说GPS定位技术已完全取代了用常规测角、测距手段建立控制网而成为建立各等级控制网的主要手段。本文结合实际案例阐述了GPS控制网的建立。

关键词：GPS；控制网；布设方法；数据处理；精度

1 绪论

建立GPS控制网是为测绘工作提供高等级和高精度测绘基准。赣州市创业路位于蓉江新区、赣州市经济技术开发区城郊，为西北―东南带状走向，创业路全长13.134公里，地势高差较大，属于丘陵地貌，植被茂盛，通视条件较差，测区内横跨章江。城郊道路较窄、车流量偏多，给测绘工作带来了很大的不便。根据这一特点，为满足创业路工程建设施工及工程竣工精度要求，决定平面控制采用静态观测模式布设E级GPS控制网，高程按四等水准要求进行联测。

2 GPS控制网的设计

2.1 图上设计

充分收集创业路周边已有GPS起算资料、地形图和影像资料，根据测区的地形特点、路网分布状况、所布控制网的精度要求以及已知控制点的分布情况，在图上标示出新设计的GPS点并在图上标示出水准联测路线。

2.2 技术依据

（1） 《全球定位（GPS）系统测量规范》（GB/T 18314—2009）

（2） 《城市测量规范》（CJJ/T8—2011）

（3） 《工程测量规范》（GB 50026—2007）

（4） 《国家三、四等水准测量规范》（GB/T 128982009）

2.3 精度要求

GPS控制网的精度取决于网的用途。根据工程要求和具体用途，以充分满足工程精度和可靠性指标为前提，并考虑其费用指标来决定GPS控制网的精度等级。通常精度指标如下所示：δ=a2+（bd）2式中：δ为网中基线测量中误差（mm），a为与接收机的有关的固定误差（mm），b为比例误差（ppm），d为相邻点间的距离（KM）。创业路GPS控制网主要用于工程建设施工及工程竣工测量，本项目采用E级GPS网可以满足其精度要求。创业路GPS控制网外业观测使用的是中海达和科利达静态GPS接收机，GPS接收机标称精度为±5mm+1ppm，观测时采用边连接方式，因此该控制网GPS基线测量中误差为：σ=±52+d2。

3 选点与埋设

控制点点位周围应便于安置接收设备和操作，视野开阔，地面基础稳定，易于标石的长期保存，视场内障碍物的高度角不宜超过15度；点位附近不应有强烈反射卫星信号的物体并避开大面积水域；点位距离大功率无线电发射源至少200米，远离高压输电线和微波无线电传送通道至少50米。

在水泥路面上的点，埋设时用切割机切割成20cm×20cm的正方形边框，中心用冲击钻钻孔，埋入不锈钢标志，并用云石胶固紧；在土质地面的点，则采用现场浇注混凝土标石或埋设混凝土标石，埋设标石前应在坑底填以砂石并夯实和整平。埋设的控制点，不锈钢标志面不允许高出地面太多或低于标石面，以利于水准联测时标尺的自由转动，做好点之记。

4 外业数据采集

根据拥有的GPS接收机数量，测区内点位分布情况及交通情况和GPS网形设计，提前规划好外业观测方案。目前我院拥有4台中海达静态GPS接收机和2台科力达静态GPS接收机，共计6台静态GPS接收机。根据《全球定位（GPS）系统测量规范》中E级GPS网的观测要求，GPS观测时卫星截止高度角≥15°，同时观测有效卫星数和有效观测卫星总数均≥4 颗，观测时段数≥1.6，观测时段长度≥40min，数据采样间隔为5～15s。安置GPS接收机时测站应严格对中整平，对中误差不大于1mm。天线高的量取应读取至1mm，每测站观测前后各量取天线高一次，两次量高互差应小于3mm，取平均值作为最终天线高，否则重量。在观测时尽量不在仪器旁使用对讲机。GPS接收机开始记录数据后，观测人员应仔细填写好测量手簿中的记录项。创业路E级GPS网观测时采用边连接方式，时段长度均大于45min，PDOP值均小于6，每点重复设站次数均大于1.6次。

5 GPS网数据处理

每天GPS外业观测结束后，及时下载数据，使用商业软件把观测数据标准化，以外业观测的天线高为准，计算天线相位中心位置，并归算至标石标志中心位置，形成观测数据标准格式文件，每天及时对当天观测基线解算，发现问题即时处理，并做好备份工作。当测区所有外业观测结束后，采用南方测绘Gnss数据处理软件进行数据处理，把观测数据导入到软件中进行基线处理，检核重复基线长度较差、验算各同步环、各异步环以及各独立环的坐标分量闭合差和全长闭合差。当存在超限时，采用软件调整历元间隔和卫星高度角等方法进行调试或人工方法剔除粗差，若结果依然不满足规范要求，则要对相应基线进行重测。选取合格基线进行GPS网的三维自由（无约束）网平差和二维网约束平差。进行GPS网约束平差前应对已知点的可靠性及精度进行检核，且分布合理。

创业路E级GPS三维自由（无约束）网平差基线分量精度：V△x=V△y=V△z≤3σ=95.72mm。网中V△x最大为15.9006mm，V△y最大为29.1816mm，V△z最大为38.4008mm。E级GPS二维网约束平差以D级GPS点为平面起算点，共计10个已知点，均匀分布于测区内。经平差计算，单位权中误差为±3.2616cm，最弱点点位中误差为±2.9334mm，最弱边边长相对中误差为1/130575，各项精度均符合规范要求。

6 结语

GPS控制网选点比较灵活，不要求点与点之间通视，GPS技术在工程控制测量中不仅能够有效提高工作效率和工作质量，也能够有效降低测量工作的劳动强度，点位精度也比传统导线做法提高很多。GPS控制网经过三维无约束平差和二维约束平差，控制点精度完全满足规范要求，约束平差时应注意慎重选择起算数据防止GPS网变形，还要保证数据的兼容性。GPS技术为工程测量开辟了一条崭新而有效的技术途径。

参考文献：：

[1]《全球定位（GPS）系統测量规范》（GB/T 18314—2009）.

[2]佘智渊.GPS技术在兰州首级控制网测量中的应用[J].肃科技，2018（2）：2224.

[3]吴圣.厦门市1：500数字测图工程GPS控制测量的方法与实践[J].北京测绘，2016（5）：5760.

[4]徐绍锉，等.GPS测量原理及应用[M].武汉测绘科技大学出版社，1998.