凌化超,趙金生

(山東理工大學(xué)建筑工程學(xué)院,山東 淄博 255091)

隨著GPS定位技術(shù)的不斷完善和普及,GPS已基本取代常規(guī)控制網(wǎng)布網(wǎng)方式[1].GPS控制網(wǎng)的精度與控制網(wǎng)網(wǎng)型、布網(wǎng)方式、觀測精度、數(shù)據(jù)處理模型選擇及起算點(diǎn)的精度等因素有關(guān)[2-3].在實際應(yīng)用中,如果出現(xiàn)GPS控制網(wǎng)的網(wǎng)型不合理、邊長不滿足規(guī)范要求、控制點(diǎn)不兼容等情況,會使整個GPS控制網(wǎng)精度降低.本文以某礦權(quán)屬核查工程控制網(wǎng)的布設(shè)為例,提出了此種情況下基于附合導(dǎo)線的GPS控制網(wǎng)布網(wǎng)方式,并對這種布網(wǎng)方式達(dá)到的精度進(jìn)行探討.

1 GPS網(wǎng)的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)

1.1 GPS測量精度標(biāo)準(zhǔn)

GPS網(wǎng)的精度設(shè)計主要取決于網(wǎng)的用途.用于全球性地球動力學(xué)、地殼形變及國家基本大地測量的GPS網(wǎng)可參照《全球定位系統(tǒng)(GPS)測量規(guī)范》中AA、A、B級的精度分級[4],用于城市或工程的GPS控制網(wǎng)可根據(jù)相鄰點(diǎn)的平均距離和精度參照《全球定位系統(tǒng)城市測量技術(shù)規(guī)程》中的二、三、四等和一、二級,見表1[5].

表1 GPS測量精度分級

1.2 GPS點(diǎn)的密度標(biāo)準(zhǔn)[6]

不同的任務(wù)要求和用途,對GPS點(diǎn)的分布要求不同.《全球定位系統(tǒng)(GPS)測量規(guī)范》中對GPS網(wǎng)中兩相鄰點(diǎn)距離根據(jù)其需要作出了規(guī)定,相鄰點(diǎn)間的最小距離可為平均距離的1/3～1/2;最大距離可為平均距離的2～3倍.見表2.

表2 GPS網(wǎng)中相鄰點(diǎn)間的平均距離 km

1.3 GPS控制網(wǎng)的構(gòu)網(wǎng)方式

GPS網(wǎng)的布設(shè)是將各同步圖形合理地銜接成一個有機(jī)的整體,使之達(dá)到精度高,可靠性強(qiáng),且工作量和費(fèi)用少的要求.按網(wǎng)的構(gòu)成形式可分為星形網(wǎng)、點(diǎn)連式網(wǎng)、邊連式網(wǎng)、導(dǎo)線網(wǎng)形連接網(wǎng)等.

2 GPS控制網(wǎng)布設(shè)及算例分析

2.1 GPS控制網(wǎng)布設(shè)

在某地區(qū)礦業(yè)權(quán)核查中,由于該地區(qū)礦業(yè)權(quán)比較分散,如果在每個礦山上做一組高等級控制點(diǎn),就會造成在布設(shè)靜態(tài)控制網(wǎng)時一部分邊長非常短,只有100m左右,而另一部分邊長很長,達(dá)到了幾千米,布設(shè)的控制網(wǎng)明顯不滿足規(guī)范的要求.本文根據(jù)實際情況布設(shè)了快速觀測點(diǎn)連式控制網(wǎng),將高等級控制點(diǎn)布設(shè)在控制網(wǎng)前進(jìn)的路線上,在滿足控制點(diǎn)兼容的前提下分析了所布設(shè)控制網(wǎng)的精度.控制網(wǎng)圖如圖1所示.

圖1 布設(shè)的控制網(wǎng)圖

2.2 GPS控制網(wǎng)數(shù)據(jù)處理

由于用GPS測算并經(jīng)檢核后的合格基線相對精度較高,作為強(qiáng)制約束平差GPS測量控制網(wǎng)的地面起算點(diǎn)應(yīng)有較好的兼容性,否則會使得控制網(wǎng)產(chǎn)生扭曲和變形[7-8],本次礦區(qū)收集到的平面已知點(diǎn)共5點(diǎn).為了探討控制點(diǎn)的分布及兼容性對基于附合導(dǎo)線的GPS控制網(wǎng)精度的影響,分四種情況研究.

情形1 不考慮控制點(diǎn)的分布及兼容性,選取全部5個已知點(diǎn)作為控制點(diǎn)進(jìn)行網(wǎng)平差計算,對點(diǎn)位x、y方向偏差和點(diǎn)位平面、高程中誤差進(jìn)行了統(tǒng)計.由于三角網(wǎng)的邊長相差太大,造成整個控制網(wǎng)成一條附合導(dǎo)線,根據(jù)GPS控制網(wǎng)形狀,本文選用了導(dǎo)線附近的控制點(diǎn),這樣就構(gòu)成了基于附合導(dǎo)線的GPS控制網(wǎng).在這種情況下平面精度可以達(dá)到1.1cm,由于選用的控制點(diǎn)較多,高程中誤差為4.31mm,均滿足工程實際要求.由圖2可知,該種布網(wǎng)方式的誤差出現(xiàn)了累積.且在已知控制點(diǎn)兩側(cè)是均等的.

表3 選用控制點(diǎn)時點(diǎn)位X、Y方向偏差及平面、高程中誤差統(tǒng)計表 (mm)

情形2 對已知控制點(diǎn)進(jìn)行兼容性檢驗,剔除與其他點(diǎn)不兼容的CJIA點(diǎn),然后進(jìn)行網(wǎng)平差計算.對平差的中誤差進(jìn)行了匯總,如表4和圖3所示,平面中誤差為9.03mm,明顯比上面那種情況好,但是由于少了一個點(diǎn),點(diǎn)位高程中誤差精度降低.點(diǎn)位平面、高程中誤差的波動變小.

表4 考慮控制點(diǎn) x、y方向偏差及平面、高程中誤差統(tǒng)計表 mm

表5 選用4個控制點(diǎn)點(diǎn)位 x、y方向偏差及平面、高程中誤差統(tǒng)計表 mm

情形3 不考慮控制點(diǎn)的兼容性,僅考慮控制點(diǎn)的空間分布,剔除ONYJ點(diǎn)進(jìn)行網(wǎng)平差計算.根據(jù)控制網(wǎng)圖可知,此時選擇的四個控制點(diǎn)是能夠很好覆蓋本測區(qū)的控制點(diǎn),進(jìn)行網(wǎng)平差計算,對平差的中誤差匯總,如表5和圖4所示,平面中誤差為9.88 mm,高程精度較第二種情況提高了1mm.

情形4 同時考慮控制點(diǎn)的兼容性及控制點(diǎn)的空間分布,采用OCJZ點(diǎn)和OGJL點(diǎn)作為平面控制點(diǎn),采用全部控制點(diǎn)的高程進(jìn)行高程擬合,然后進(jìn)行網(wǎng)平差計算.從表6和圖5中可以看出,在考慮到控制點(diǎn)的空間分布及數(shù)據(jù)兼容性后,平面精度為5.49 mm,高程精度為2.89mm,GPS控制網(wǎng)的精度和其他幾種情形相比有明顯提高.

圖2 選用5個控制點(diǎn)點(diǎn)位x、y方向偏差及平面、高程中誤差分布圖

圖3 選用4個控制點(diǎn)點(diǎn)位x、y方向偏差及平面、高程中誤差分布圖

圖4 選用4個控制點(diǎn)點(diǎn)位x、y方向偏差及平面、高程中誤差分布圖

圖5 選用4個控制點(diǎn)點(diǎn)位x、y方向偏差及平面、高程中誤差分布圖

表6 選用2個控制點(diǎn)點(diǎn)位x、y方向偏差及平面、高程中誤差統(tǒng)計表 mm

3 結(jié)束語

1)在邊長條件不滿足工程規(guī)范要求時,基于附合導(dǎo)線的GPS控制網(wǎng)布網(wǎng)方式可有效減少誤差的傳遞與積累,并解決了常規(guī)GPS控制網(wǎng)布網(wǎng)方式精度不高的弊端,可滿足實際工程精度要求.

2)在進(jìn)行GPS網(wǎng)平差及高程擬合過程中,必須對已知控制點(diǎn)空間分布及數(shù)據(jù)兼容性進(jìn)行檢查.在檢查時,可以將平面數(shù)據(jù)和高程數(shù)據(jù)兼容性分開進(jìn)行,選擇合適的平面及高程已知數(shù)據(jù)作為約束條件,可以避免GPS控制網(wǎng)產(chǎn)生扭曲和變形,提高GPS控制網(wǎng)精度.

3)基于附合導(dǎo)線的GPS控制網(wǎng)布網(wǎng)方式靈活多變,可以節(jié)省大量人力、物力、財力,且精度較高,具有較好應(yīng)用前景.

[1]張勤,李家權(quán).GPS測量原理及應(yīng)用[M].北京,科學(xué)出版社,2005.

[2]黃聲享,郭英起,易慶林.GPS在測量工程中的應(yīng)用[M].北京:測繪出版社,2007.

[3]田建波.GPS控制網(wǎng)的布設(shè)研究[D].鄭州:中國人民解放軍信息工程大學(xué),2002.

[4]韋志文.GPS控制網(wǎng)的布設(shè)與數(shù)據(jù)質(zhì)量保證的探討[J].大地測量與地球動力學(xué),2007,27(6):52-55.

[5]全球定位系統(tǒng)(GPS)測量規(guī)范.GB/T 18314-2001[S].

[6]工程測量規(guī)范.GB50026-93[S].

[7]鐘建,張先宇,牛效里,等.GPS在礦區(qū)高程控制中的研究與應(yīng)用[J].煤炭技術(shù),2009,28(7):140-141.

[8]胡新玲,譚世波.GPS網(wǎng)中已知點(diǎn)兼容性檢驗的探討[J].測繪科學(xué),2009,34(4):103-104.