陳艷平，鐘高飛，劉云忠

(昆明市測(cè)繪研究院，云南 昆明 650051)

1 引言

GPS技術(shù)在測(cè)繪領(lǐng)域已得到廣泛應(yīng)用，是目前進(jìn)行控制測(cè)量的主要手段;GPS測(cè)繪技術(shù)也已滲透到各個(gè)行業(yè)，應(yīng)用范圍從等級(jí)控制到數(shù)據(jù)采集均有。不使用GPS接收機(jī)，上世紀(jì)90年代畢業(yè)的大部分學(xué)生，可能不知道如何在實(shí)際生產(chǎn)中測(cè)設(shè)等級(jí)控制點(diǎn)(理論上不會(huì)有問(wèn)題)，因此GPS技術(shù)給測(cè)繪行業(yè)帶來(lái)了極大的變革，使得控制網(wǎng)的布設(shè)變得很容易，特別是在高等級(jí)的控制網(wǎng)布設(shè)方面，大大提高了生產(chǎn)效率和測(cè)量精度。

然而，在GPS測(cè)量技術(shù)的應(yīng)用也存在著很多問(wèn)題:首先是各類執(zhí)行的標(biāo)準(zhǔn)(國(guó)標(biāo)和行標(biāo))對(duì)GPS測(cè)量的要求不一致，第二是等級(jí)的分類不一致，第三是對(duì)設(shè)備的要求不同，第四是最關(guān)鍵的，專業(yè)人員對(duì)標(biāo)準(zhǔn)的理解不能統(tǒng)一，從而導(dǎo)致在進(jìn)行GPS測(cè)量過(guò)程中存在著很多不一致的問(wèn)題。

本文主要從基礎(chǔ)測(cè)繪《全球定位系統(tǒng)(GPS)測(cè)量規(guī)范GB/T18314》(簡(jiǎn)稱國(guó)標(biāo)GPS)、城市測(cè)量《衛(wèi)星定位城市測(cè)量技術(shù)規(guī)程CJJ73》(簡(jiǎn)稱城市GPS)、城市軌道交通測(cè)量《城市軌道交通工程測(cè)量規(guī)范GB50308》(簡(jiǎn)稱軌道 GPS)及工程施工測(cè)量《工程測(cè)量規(guī)范GB50026》(簡(jiǎn)稱工程GPS)等4個(gè)規(guī)范(規(guī)程)，對(duì)GPS測(cè)量的技術(shù)要求的共性和差異進(jìn)行分析，以便于在實(shí)際工程應(yīng)用能夠正確選用相應(yīng)的精度指標(biāo)。

2 規(guī)范的適用范圍

《全球定位系統(tǒng)(GPS)測(cè)量規(guī)范》是針對(duì)國(guó)家基礎(chǔ)測(cè)繪而制定的規(guī)范，是推薦執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn);《衛(wèi)星定位城市測(cè)量技術(shù)規(guī)程》是專為城市建設(shè)測(cè)量制定的GPS標(biāo)準(zhǔn)，主要用于城市規(guī)劃、市政工程建設(shè)等方面;由于城市汽車交通已無(wú)法滿足城市發(fā)展的需要，城市軌道的建設(shè)越來(lái)越多，針對(duì)這一新事物，專門(mén)制定了《城市軌道交通工程測(cè)量規(guī)范》，規(guī)范中對(duì)GPS測(cè)量也進(jìn)行了規(guī)定，但篇幅很少;《工程測(cè)量規(guī)范》主要用于單一的中、大型建設(shè)工程項(xiàng)目，約有4頁(yè)的篇幅，具有一定的局限性，但卻是使用面最廣的規(guī)范。軌道GPS及工程GPS在編寫(xiě)規(guī)劃時(shí)，也參考了城市GPS(CJJ73－97)，然而，2010年實(shí)施的城市GPS，在內(nèi)符合指標(biāo)上與國(guó)標(biāo)GPS進(jìn)行了統(tǒng)一。

2.1 GPS等級(jí)劃分

國(guó)標(biāo)GPS、城市GPS、工程GPS的測(cè)量等級(jí)雖然都劃分5個(gè)等級(jí)，但國(guó)標(biāo)GPS與城市GPS和工程GPS不能一一對(duì)應(yīng)，城市GPS和工程GPS相互一致，只是限差有些區(qū)別，而軌道GPS對(duì)等級(jí)未進(jìn)行劃分。在實(shí)際生產(chǎn)中，國(guó)標(biāo)GPS與常規(guī)測(cè)量(三角或?qū)Ь€)等級(jí)關(guān)系為:二等采用B級(jí)要求觀測(cè)、三等采用C級(jí)要求觀測(cè)、四等采用D或E級(jí)要求觀測(cè)。

2.2 國(guó)標(biāo)GPS

(1)劃分為 A、B、C、D、E 等5個(gè)等級(jí)。

(2)對(duì)應(yīng)的平均邊長(zhǎng)分別為 100 km、70 km、30 km、10 km、3 km。

2.3 城市GPS

(1)劃分為二等、三等、四等、一級(jí)、二級(jí)等5個(gè)等級(jí)。

(2)對(duì)應(yīng)的平均邊長(zhǎng)分別為9 km、5 km、2 km、1 km、＜1 km。

2.4 軌道GPS

(1)只有一個(gè)等級(jí)。

(2)對(duì)應(yīng)的平均邊長(zhǎng)為2 km。

2.5 工程GPS

(1)劃分為二等、三等、四等、一級(jí)、二級(jí)等5個(gè)等級(jí)。

(2)對(duì)應(yīng)的平均邊長(zhǎng)分別為9 km、4.5 km、2 km、1 km、0.5 km。

3 基線長(zhǎng)度中誤差

基線長(zhǎng)度中誤差σ是衡量基線觀測(cè)精度的標(biāo)準(zhǔn)差，其值與設(shè)備標(biāo)稱精度和基線長(zhǎng)度的關(guān)系為:

式中:a為儀器標(biāo)稱精度中的固定誤差(mm)。

b為儀器標(biāo)稱精度中的比例誤差系數(shù)(mm/km)。d為基線長(zhǎng)度(km)。

2.1 a與b值的要求

a、b值的大小是表示GPS接收機(jī)的精度指標(biāo)，值越小表明設(shè)備精度越高，反之就越低。

在國(guó)標(biāo)GPS中，a、b值與采用設(shè)備的實(shí)際標(biāo)稱值為準(zhǔn);在軌道 GPS中，只有一個(gè)等級(jí)，規(guī)定了a≤10 mm、b≤2×10－6，而在城市 GPS 和工程 GPS 中，分別對(duì)a、b的最大取值和采用設(shè)備精度進(jìn)行了規(guī)定，與選用的設(shè)備可以不關(guān)聯(lián)。具體如表1所示。

不同規(guī)范對(duì)a、b值的要求 表1

3.2 σ值的計(jì)算

知道了a、b值及平均基線長(zhǎng)度，也就可以計(jì)算σ的值，在實(shí)際生產(chǎn)中，國(guó)標(biāo)GPS、軌道GPS和工程GPS中規(guī)定平均基線長(zhǎng)度采用實(shí)際的平均基線長(zhǎng)度，而在城市GPS中一般采用規(guī)范要求的平均基線長(zhǎng)度，可以不采用實(shí)際的平均基線長(zhǎng)度。

城市GPS中σ值如表2所示。

CJJ73－97規(guī)程中σ的取值 表2

4 內(nèi)符合指標(biāo)

4.1 同步觀測(cè)環(huán)

同步觀測(cè)環(huán)是3臺(tái)及以上接收機(jī)同步觀測(cè)所獲得的基線向量構(gòu)成的閉合環(huán)，在4種GPS規(guī)范中均按下式進(jìn)行衡量。

坐標(biāo)分量閉合差:

環(huán)線全長(zhǎng)閉合差:

n為同步環(huán)中基線邊的個(gè)數(shù)(下同)。

4.2 獨(dú)立觀測(cè)環(huán)

獨(dú)立觀測(cè)環(huán)是由獨(dú)立觀測(cè)所獲得的基線向量構(gòu)成的閉合環(huán)，也稱為異步環(huán)，在4種GPS規(guī)范中均按下式進(jìn)行衡量。

坐標(biāo)分量閉合差:

4.3 重復(fù)基線

重復(fù)基線的長(zhǎng)度較差的限差，在4種GPS規(guī)范中均按下式計(jì)算。

5 精度評(píng)定

5.1 觀測(cè)精度

工程GPS控制網(wǎng)測(cè)量中誤差為:

式中:m為控制網(wǎng)的測(cè)量中誤差(mm);

N為控制網(wǎng)中異步環(huán)的個(gè)數(shù);

n為異步環(huán)的邊數(shù);

W為異步環(huán)環(huán)線全長(zhǎng)閉合差。

5.2 無(wú)約束平差

(1)無(wú)約束平差時(shí)，基線向量改正數(shù)的要求在4種GPS規(guī)范中完全一致，即要求基線向量改正數(shù)絕對(duì)值滿足下式:

(2)在工程GPS中對(duì)最弱邊相對(duì)中誤差進(jìn)行了規(guī)定，其他GPS規(guī)范中未作要求，具體如表3所示。

GB50026－2007對(duì)最弱邊相對(duì)中誤差的規(guī)定 表3

5.3 約束平差

(1)基線向量的改正數(shù)與經(jīng)過(guò)粗差剔除后的無(wú)約束平差結(jié)果的同名基線相應(yīng)改正數(shù)的較差符合下式要求:

(2)平差后最弱邊相對(duì)中誤差的要求如表4所示。

兩種規(guī)范平差后最弱邊相對(duì)中誤差的要求 表4

(3)城市GPS中，當(dāng)邊長(zhǎng)小于200 m時(shí)，邊長(zhǎng)中誤差小于±2 cm。

(4)軌道GPS如表5所示。

GB50308－2008對(duì)中誤差的要求 表5

6 再談基線標(biāo)準(zhǔn)差σ的值選用

(1)在建設(shè)工程運(yùn)用中，同等級(jí)GPS網(wǎng)中，基線長(zhǎng)度從幾百米到幾千米不等，對(duì)基線標(biāo)準(zhǔn)差σ的取值存在不同的看法，規(guī)范要求按實(shí)際使用儀器與實(shí)際平均基線長(zhǎng)來(lái)計(jì)算σ的值，在衡量觀測(cè)精度時(shí)，長(zhǎng)基線一般不會(huì)有問(wèn)題，但是短基線，特別是小于300 m的基線，很難通過(guò)，特別是用高精度儀器測(cè)量短邊基線時(shí)，更難滿足要求，因此建議參照城市GPS的技術(shù)要求，采用相對(duì)固定的σ值。

(2)為什么會(huì)出現(xiàn)這樣的情況?筆者認(rèn)為，測(cè)量二級(jí)導(dǎo)線時(shí)，導(dǎo)線的全長(zhǎng)相對(duì)閉合差要求不超過(guò)1/10000，使用的設(shè)備一般采用2″級(jí)(II級(jí)測(cè)距)全站儀，有時(shí)會(huì)使用更高一級(jí)的設(shè)備，如1″級(jí)(I級(jí)測(cè)距)全站儀，此時(shí)導(dǎo)線的全長(zhǎng)相對(duì)閉合差要求仍然是不超過(guò)1/10000，不因儀器的改變而更改變。

7 結(jié)語(yǔ)

(1)在工程建設(shè)方面經(jīng)常遇到甲方要求按國(guó)標(biāo)GPS的要求進(jìn)行控制網(wǎng)的測(cè)設(shè)，因此在運(yùn)用國(guó)標(biāo)GPS規(guī)范時(shí)，需充分了解國(guó)標(biāo) GPS中采用 A、B、C、D、E劃分等級(jí)，與常規(guī)測(cè)量的等級(jí)不一致，在實(shí)際使用時(shí)應(yīng)結(jié)合工程建設(shè)方面的規(guī)范，以精度指標(biāo)要求高的為依據(jù)。

(2)建設(shè)工程應(yīng)用中，精度指標(biāo)的衡量多采用最弱點(diǎn)點(diǎn)位中誤差及最弱邊相對(duì)中誤差，最好是采用相鄰點(diǎn)的點(diǎn)位中誤差來(lái)衡量，然而只有軌道GPS中規(guī)定了相關(guān)指標(biāo)，其他三種GPS規(guī)范只規(guī)定部分指標(biāo)，因此需要參考其他相關(guān)規(guī)范。

［1］GB/T18314－2009.全球定位系統(tǒng)(GPS)測(cè)量規(guī)范［S］.

［2］GB 50308－2008.城市軌道交通工程測(cè)量規(guī)范［S］.

［3］CJJ/T 73－2010.全球定位系統(tǒng)城市測(cè)量技術(shù)規(guī)程［S］.

［4］GB50026－2007.工程測(cè)量規(guī)范［S］.