浅析GPS在建立公路平面控制网中的应用

时间:2022-08-23 05:37:03

浅析GPS在建立公路平面控制网中的应用

摘 要:从高效性的理念出发,探讨GPS在建立公路平面控制网中的应用,并从选点、观测、平差、验收等阶段介绍GPS测量优势在建立控制网中的应用。

关键词:公路平面控制网 GPS RTK 高效性

中图分类号:U412 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2012)05(c)-0031-01

随着我国经济的发展,公路建设逐渐增多,精密高效的测量仪器也不断涌现。传统测量仪器抗天气、地形干扰能力不足、测量精度受人为因素影响大、单位时间内工作效率不高,这些都增加了建立公路平面控制网的难度,经常出现控制网整体技术指标满足规范,但局部区域内精度不高,影响该区域内对桥隧等重要构造物的控制,存在安全隐患,影响工程进度。因此,在公路平面控制网建立之初就应注重选择高精度、高效率的测量仪器和测量方法,消除可能影响重要构造物的安全隐患,高效地建立高精度、可靠的公路平面控制网,保证公路工程建设质量和工期要求。本文从高效性的理念出发,介绍GPS在建立公路平面控制网中的应用。

1 建立基于高效性的建网理念

随着城市间经济联系不断加深,城市群间公路建设也不断增多,建立公路平面控制网会遇到控制网范围较大、建网工期较长等困难,一些建网的理念、方法,需要及时更新。测量仪器也需要更新,全球定位系统(GPS)具有精度高、抗干扰能力强、操作简单等特点,较传统测量仪器更可靠、稳定、高效;其对应的建网方法也需要更新,如根据建网级别,选择合适的布网方式;此外,在建网之初就应考虑气象、地貌、交通、卫星、路线等因素,对控制点观测的影响。避免诸如控制点周围成片存在高度角大于15°的障碍物、距离大功率无线电发射源过近等情况,影响卫星信号的接收,降低控制网的精度。同时,在建网之初,也应考虑控制点点位是否利于公路勘测放线与施工放样,以达到提高建立控制网和工程建设效率。

2 以各规范作为GPS控制网设计的基础

由于近年全球定位测量技术的飞速发展,现行《公路全球定位系统(GPS)测量规范》(JTJ/T 066—98)对RTK等测量方法、技术要求,没有技术指标的约束,所以在控制网设计过程中应参照《全球定位系统(GPS)测量规范》(GB/T18134—2009)、《全球定位系统实时动态测量(RTK)技术规程》(CH/T2009—2010)等相关要求,规范操作,保证控制网精度。《公路全球定位系统(GPS)测量规范》将控制网划分为四个等级,建网前应依据公路等级及技术设计书要求,选取控制网的级别。遵照不同等级控制网对每对相邻点平均距离d的要求选点,最小距离不应小于平均距离的1/2,最大距离不宜大于平均距离的两倍,固定误差a、比例误差b规范也都列出容许值,通过相邻点间弦长标准差计算公式,评定GPS控制网的可靠性,从而不断优化控制网。目前世界上有美国GPS、俄罗斯GLONASS、欧洲GALILEO、我国的CNSS四大导航系统,各大系统各有优势。我国的北斗、欧洲的伽利略和俄罗斯的格洛纳斯都处于完善期。现阶段普及率高、性能稳定的导航系统仍为美国的GPS,经过载波相位差分技术及后期处理,测量精度可以达到厘米级,满足规范对工程建设的要求。无论采用何种导航系统,大地坐标系转换到所选平面坐标系时,测区内投影长度变形值不大于2.5cm/km时,应采用高斯正投影3°带平面直角坐标系;若大于2.5cm/km,应采用补偿坐标系统,椭球中心、轴向和扁率应满足规范,与国家参考椭球相同。若公路工程路线过长,应该将其分为多个投影带,并在交界带附近设置一对相互通视的GPS点,以达到提高建网精度,增加建网效率的作用。

(1)选点。

控制网能否高效地建立,控制点位置的选定是关键。选点前应收集测区内气象、地质、交通、通信等资料,结合路线走向、构造物等因素,进行踏勘,并实地核对、调整、确定点位。点位要有利于采用其他测量方法扩展和联测;点位周围不应有强烈干扰卫星信号的物体,距微波站、高压线塔不应低于400m,距低压电力线路不应低于50m等;同时,点位周围视野应开阔,不应有高度角大于15°的成片障碍物,防止影响接收机对卫星信号的接收;点位也应有利于公路勘测放线与施工放样,距路中线不小于50m,且不大于500m。埋石应参照规范具体要求操作,以免被人为损坏,不利于工程顺利的开展。

(2)观测。

观测前应编制严谨、详细的观测计划。编制卫星可见性预报,预测卫星号、高度角、方位角、点位强度因子等,确定最佳观测时间,以排除非人为因素对观测数据的影响,提高建网效率和精度。若采用静态或快速静态测量,观测时间应满足不同等级控制网对观测时间的要求。观测结束后应及时对观测数据进行处理和质量分析,检查其是否符合规范。M台接收机同步观测同一时段可以算出M(M-1)/2条GPS基线向量边,并计算出同步环坐标分量闭合差。利用公式WX≤n5·σ;Wy≤n5·σ;Wz≤(n5)·σ;W=WX2+WY2+WZ2≤(3n5)·σ(式中:W为同步环坐标分量闭合差(mm);σ为弦长标准差(mm);n为同步环中的边数)来检验闭合差是否满足规范。同样,非同步观测基线组成的异步环的坐标分量闭合差用下式VX≤3n·σ;Vy≤3n·σ;Vz≤3n·σ;V≤33n·σ;(式中:V为异步环坐标分量闭合差(mm);σ为弦长标准差(mm);n为异步环环中的边数)来检验坐标分量是否满足规范要求,若不满足,应补测,必要时重测全部数据。

(3)平差。

平差前,先选定一个点的大地坐标作为起算依据,进行无约束平差,检查有无明显系统误差,并剔除粗差基线边。为了提高建网精度,所选取的观测边宜为独立观测边;网形构成非同步闭合环,不应存在自由基线;组成的闭合环基线数和异步环长度应尽量小。GPS控制网可选用二维约束平差、三维约束平差。平差时,以约束点的坐标、距离或方位角作为强制约束的固定值,计算出平差结果。

(4)验收。

GPS测量成果验收的重点为GPS控制网网型设计;控制网布设是否满足路线和构造物勘察设计和施工要求;起算数据和坐标系统的选择;数据处理、平差过程。最后提交测量结果,完成测设任务。

3 结语

由于全球定位测量技术在我国公路行业应用较晚,在建立公路平面控制网过程中,仍然存在单项指标满足规范要求,但局部控制网精度不及传统测量仪器的情况,即出现“合法不合理”,随着近年实时动态测量技术(RTK)的出现,控制网的精度大大提高,使控制网的精度不但“合法”而且“合理”。

参考文献

[1] JTJ/T066-98,公路全球定位系统(GPS)测量规范[S].

[2] GB/T18314-2009,全球定位系统(GPS)测量规范[S].

[3] JTGC10-2007,公路勘测规范[S].

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