浅析GPS控制测量在机场工程项目中的应用

关昕

摘要：随着测绘技术的快速发展，诸多先进的测绘手段融入到各行业领域中。特别是近些年GPS设备的广泛应用，集成了自动化、高精度定位、节时低成本的优势特点，在工程测量项目中发挥着重要的作用，而GPS控制测量能够获取精准的三维坐标，无需测站点间通视，实现自动化监测，在机场工程测量中发挥着不可替代的作用。

关键词：GPS控制测量；机场；应用

GPS全球定位系统是卫星导航与定位系统，具有全天侯、高精度、自动化、高效益等优势，现已在测绘、资源勘察、地球动力学等多领域都得到广泛应用和实践。随着GPS技术水平的不断提升，原有测绘手段已无法满足民航机场日益增长项目数量和产品质量要求，而GPS在工程测量中的应用对其传统测绘方式的有效改善，成为卫星通信技术在测绘领域的应用典范，推动了民航机场测绘工程的快速发展。

1 GPS系统概述

全球定位系统简称GPS，是美国研制的用于军事部门的卫星导航与定位系统，于1994年全面建成。GPS用户可以在全球范围内实现全天候、连续、实时的三维导航定位和测量工作。随着社会的发展，GPS技术现已被广泛应用于大地测量、精密工程测量、地壳运动、建筑物形变监测及工程测绘中。GPS的整个系统由空间、地面控制和用户部分组成。

1.1空间部分

GPS的空间部分是由24颗GPS工作卫星组成，其中21颗用于导航卫星，3颗为备用卫星，其分布在6个倾角为55°的轨道上绕地球运行。卫星的平均高度为20200km，运行周期为11小时58分。在地球的任何位置，平均可同时观测到6颗卫星，最多可达到9颗。

1.2地面控制部分

GPS的地面控制部分主要由一个主控站、五个监控站和三个注入站构成。其中主控站的作用是根据各监控站对GPS的观测数据计算卫星星历、卫星钟差和大气层修正参数等，并将这些数据通过注入站注入到卫星中。同时还能够有效地控制卫星，提供时间基准，向卫星发布指令，调度备用卫星等；监控站的作用是接收卫星信号，监测卫星工作状态；注入站的作用是将主控站推算和编制的卫星星历、钟差、导航电文及其他控制指令等数据，注入到相应卫星的存储系统中，并监测注入信息的正确性。

1.3用户设备

GPS的用户设备由GPS接收机、数据处理软件及相应的用户终端设备，如智能手机、导航设备等，其作用是接受GPS卫星发射的信号，经距离运算进行导航定位。

2 GPS定位原理

GPS定位是根据测量中的距离交会定点原理实现的。工程控制网测量属于高精度测量，通常情况下，测绘人员会选取GPS静态定位模式，属于相对定位，具体观测模式是通过多台接收机在不同测站上进行静止、同步观测，时间从几分钟到几小时，甚至长年不间断，观测结束后，将观测值下载到计算机进行数据后处理，最终求出高精度的网点坐标及高程。

3工程实况

某机场跑道及停机坪为水泥混凝土结构，跑道长2800m，宽45m。由于年久失修，目前跑道可用部分仅2500m，应机场运营管理机构要求，修复后的跑道长3200m，跑道两端均设置Ⅰ类精密进近灯光系统，灯长各900m，飞行区等级达到4D标准。

3.1 GPS控制网布设方案

本工程前期勘测需要对跑道两侧各20m和两端1km中线延长线范围进行地形测量，整个跑道测区约为长5km，宽90m的矩形区域。通过对测区调查和资料收集，机场运营管理机构无法提供机场区域内有效平面、高程控制点，因此需要在机场跑道及进近灯光带共计5000m长度的范围内，沿跑道及其中线延长线两侧进行GPS点网布设，满足项目设计、施工要求。结合场区实际情况，依据《工程测量规范》GB50026-2007中“卫星定位测量二等控制网”技术要求，该首级控制网精度优于《机场沥青混凝土道面施工规范》MH50011-1999中规定的 “平面控制网满足二级导线”精度要求。GPS网控制点具体分布为：控制点均设于跑道两侧距跑道中线约48m的位置。航站楼一侧（内侧）控制点间距为500m，布设点数10个，作为平面校核点。在航站楼对侧（外侧）控制点间距为200m，布设点数25个，作为现场施工基准点。新建埋石控制点共计35个，同时其点位间距根据跑道两侧设施设备及地物分布情况做适当调整。

3.2控制网的外业观测

控制网的点位测量采用4台ToPcon HiPer+型GPS双频接收机按E级网进行静态观测，每个时段时长间按照1小时来进行，高于规范30分的要求，这样首级控制网能够达到一级网的精度要求。GPS控制网独立观测边构成的网形按三角形考虑，网形连接采取边连式，这种几何图形结构强，具有较多的检核条件，平差后网中相邻点间基线向量的精度比较均匀，保证了控制网的可靠性及待测点位的高精度。

静态观测应注意以下事项：

1）为保证对卫星的连续跟踪观测和卫星信号的质量，在接收机5～15高度角以上不能有成片的障碍物。

2）天线应严格整平，对中误差≤2mm，每时段开机和关机前各量一次天线高，两次天线高互差不大于3mm，取平均值作为最后的天线高。

3）观测要作好GPS观测手薄记录，记录下主机和天线编号、测站点号、仪器高、开关机时间、观测时段号、观测日期、观测日当天的天气情况等信息。

4）观测中不应在接收机附近50m范围内使用对讲机，不得在附近10m范围内使用手机，以免干扰接收机接收卫星信号。

3.3地形图测量

地形测量依据《全球定位系统（GPS）测量规范》（GBT18314—2009），位于跑道两侧20m及端向1km的区域内地形采用GPS-RTK測量技术，又称为载波相位差分法，其基本原理是：在一个已知点上设置基准站，它实时地将载波相位观测值、伪距观测值、基准站坐标等用无线电台传送给流动站，流动站将载波相位观测值进行差分处理，得到流动站和基准站的基线向量（△X，△Y，△Z），基线向量加上基准站坐标即为流动站的WGS84坐标值，经过坐标转换得到流动站在地方坐标系下的平面和高程值，载波相位差分可使平面精度和高程精度达到厘米级，定位速度迅速，能满足机场地形测量需要，可以极大提高了工作效率。

4结束语

使用GPS技术建立的测量控制网，能够满足机场工程建设精度要求。同时，采用与国际IGS跟踪站联测，选用IGS站高精度控制起算点，可以进一步提高机场GPS控制网点位精度，实现全民航系统性工程测绘的高精度要求。

参考文献：

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[2]严锐鹏.某高填方机场滑移边坡变形监测及稳定性分析研究[D].兰州理工大学，2016，03（12）：27-28.

（作者单位：民航东北空管局测绘设计公司）