GPS测量在蒙诺项目控制测量中的应用

摘要：本文简述了GPS测量在公路控制网中的应用，介绍了GPS控制测量的设计方案及数据处理方法，总结了在蒙诺项目工程中实际应用的经验。

关键词：GPS：控制测量：应用

全球定位系统（Global Positioning System 简称GPS）是美国20世纪70年代开始研制的用于军事部门的新一代卫星导航与定位系统，主要由空间卫星星座、地面监控站及用户设备三部分组成。由于GPS测量具有测量精度高、测站间无需通视、测量时间短、仪器操作简便、全天候作业、提供三维坐标等特点，后来在大地测量、工程测量等测绘领域得到了应用。蒙诺项目位于赤几大陆的东北部，全长87Km，线路附近没有高级控制点，依靠支导线布设导线点不能满足精度要求，因此项目采用了GPS测量对本条线路进行了导线点的布控。

1、控制网的技术设计

1.1 设计依据

《国家工程测量规范》（GB50026-2007）、《公路勘测规范》（JTJ061-99）、《全球定位系统（GPS）测量规范》（GB/T 18314-2009）、《公路全球定位系统（GPS）测量规范》（JTJ/T 066-98）、《公路路基施工技术规范》（JTG F10-2006）。

1.2 设计方案

GPS控制网作为本条线路的首级控制网，在整个线路中布设一个GPS控制网，GPS网的等级采用D级，网的形式采用三角形边连式，以大致5Km段落两端各设置两个GPS点形成网形，经过内业处理满足规范要求后确定GPS点的平面坐标。控制网点的测量采用GPS静态测量。加密控制网采用附合导线，平面控制网等级采用二级导线。

1.3选点与埋石

点位视场内不能有高度角大于15度的成片障碍物，点位附近不能有强烈干扰卫星信号的物体，点位距大功率无线电发射源（如电视台、微波站）等的距离不小于400m,距220KV以上电力线路的的距离不小于50m。GPS控制网的点名沿着公路前进方向顺序编号，并在编号前冠以“GPS”字样和等级。 GPS点的标石均设有中心标志，中心标志用直径16mm的钢筋制作，并用清晰、精细的十字线刻成直径小于1mm的中心点，在标石表面写清GPS点名。

2、GPS网的外业观测

2.1 GPS控制网观测基本技术指标

卫星高度角≥15°，数据采集间隔15s，静态定位观测时间≥45min,点位图形几何强度因子（GDOP）≤8,重复测量的最少基线数≥5%，施测时段数≥1，有效观测卫星总数≥4。

2.2静态测量外业操作

2.2.1放置脚架，对中整平，安置好仪器。对中精度为1mm。

2.2.2每时段观测应在测前、测后分别量取天线高，两次天线高之差不应大于3mm，并取平均值作为天线高。同时记录测量到的位置及使用的天线类型。

2.2.3打开接收机电源，接收机跟踪大于4颗以上卫星时，卫星指示灯慢闪；对R8 GNSS接收机，接收机没有数据记录按钮，数据记录指示灯和电源指示灯合一，需要用控制器启动接收机进行数据记录。用接收机进行数据记录，电源盒数据记录指示灯闪烁，说明开始记录数据。

2.2.4认真填写外业记录表。

2.2.5结束测量时，先关闭数据记录灯，再关闭接收机电源。

3、GPS控制网的内业处理

3.1基线解算与检核

外业观测完成后，利用Trimble Geomatics Office软件在计算机内新建项目，设置项目属性，导入静态观测数据，编辑点名称、天线高和天线类型，查看编辑时间线，处理GPS基线。处理类型采用Trimble Geomatics Office软件默认的处理类型，星历采用广播星历，解算类型是用于短基线的L1固定和其余大多数情况的无电离层影响的固定解。

基线解算后必须对其进行质量分析，基线解算的质量控制指标有：①单位权方差因子；②RMS;③RATIO;④同步环闭合差；⑤异步环闭合差；⑥重复基线较差。单位权方差因子、RMS、RATIO这几个质量指标只具有某种相对意义，它们数值的高低不能绝对的说明基线质量的高低，因此主要从同步环闭合差、异步环闭合差、重复基线较差进行基线质量的检核。具体要求如下：

A、GPS控制网相邻点间弦长精度应按下式计算确定：

σ=

式中σ――弦长标准差（mm）;

a――固定误差（mm）;

b――比例误差（ppm）;

d――邻点间的距离（Km）。

本工程D级GPS控制网的相邻点间弦长精度σ=

B、同步环闭合差

Wx≤(/5)* σ

Wy≤(/5)* σ

Wz≤(/5)* σ

W=≤（/5）* σ

式中W――同步环坐标分量闭合差（mm）;

σ――弦长标准差（mm）;

n――同步环中的边数;本工程中n=3。

C、异步环闭合差

Vx≤3* σ

Vy≤3* σ

Vz≤3* σ

V=≤3√3n* σ

式中W――异步环坐标分量闭合差（mm）;

σ――弦长标准差（mm）;

n――异步环中的边数;本工程中n=3。

D、复测基线的较差

ω≤2* σ

σ――弦长标准差（mm）。

在实际检查或数据处理时发现有部分观测数据不能满足要求，于是对成果进行了全面的分析，并对其中部分数据进行补测或重测，直至满足规范要求，而后进行GPS控制网的无约束平差。

3.2 GPS控制网的无约束平差

无约束平差是检查GPS基线向量网本身的内符合精度、基线向量间有无明显的系统误差，并剔除含有粗差的基线边。无约束平差的一般顺序为：基准选择、平差形式选择、观测值的选择、加权策略的设计、执行平差、报告分析等。本工程采用3台接收机同步观测，从计算出的3条GPS观测边中选取2条边参加GPS网平差计算，选取的原则是：①独立的观测边；②网形构成非同步闭合环，不应存在自由基线；③必须不含明显的系统误差；④异步环长度应尽量小。

平差结果输出了所选坐标系的三维或二维坐标、基线向量改正数、基线长、方位、点位精度、转换参数及其精度，并同时输出单位权中误差及其他要求输出的内容。

无约束平差基线向量改正数的绝对值，不超过相应等级基线长度中误差的3倍。

3.3 GPS点坐标的确定

GPS控制网的无约束平差符合规范要求后，采用无约束平差后各点的输出坐标的二维坐标作为GPS控制点的平面控制坐标，以GPS高级点为依据采用全站仪按照附合导线进行导线点的布设。

4、结束语

由于GPS控制网选点灵活，布网方便，不受通视、网形的限制，在原始森林茂密、通视不良、且该地区还没有高级控制点的条件下，采用GPS测量进行平面控制网的布设更显优越性，我项目成功布设共28个GPS点形成的GPS控制网，经过数据处理建立高级控制点，再通过全站仪进行导线点的复测和加密，使测量精度得到了保证，确保了工程质量。