邰 賀，鐘靖濤

（沈陽市勘察測(cè)繪研究院，遼寧 沈陽110004）

0 引 言

桃仙機(jī)場(chǎng)是沈陽市唯一的國(guó)家一級(jí)干線機(jī)場(chǎng)，承擔(dān)著每年近千萬次的客流輸送任務(wù)，目前停機(jī)坪和航站樓等運(yùn)營(yíng)設(shè)施早已飽和。目前機(jī)場(chǎng)已經(jīng)啟動(dòng)全新航站樓等相關(guān)建筑的施工。為了滿足精密施工的要求，需要建立高精度的首級(jí)平面控制網(wǎng)。

2011年10月至11月，沈陽市勘察測(cè)繪研究院承擔(dān)了桃仙機(jī)場(chǎng)改擴(kuò)建GPS控制網(wǎng)的布設(shè)和數(shù)據(jù)處理工作，全部工作歷時(shí)7個(gè)工作日完成。

1 控制網(wǎng)布設(shè)和觀測(cè)

1.1 已有控制資料

沈陽市于1998—1999年布設(shè)過二等GPS控制網(wǎng)，平面精度、邊長(zhǎng)相對(duì)中誤差平均值為1∶112萬，最弱邊中誤差1∶70萬，最大點(diǎn)位誤差為2.2 cm，平均值為1.2cm.最大方位角中誤差為0.55″，平均為0.29″，精度良好。經(jīng)過可靠性分析，選擇該網(wǎng)中的4個(gè)控制點(diǎn)位作為本次GPS控制網(wǎng)的起算數(shù)據(jù)，這些控制點(diǎn)均具有北京54坐標(biāo)。本次控制網(wǎng)的平面基準(zhǔn)選為北京54基準(zhǔn)。

1.2 設(shè)備準(zhǔn)備

本次工程采用6臺(tái)美國(guó)Ashtech公司生產(chǎn)的Z－Max型雙頻GPS接收機(jī)，其標(biāo)稱精度為

平面：5mm ＋0.5ppm·D；

垂直：10mm ＋0.5ppm·D

所有儀器經(jīng)遼寧省測(cè)繪儀器計(jì)量站檢定合格。

1.3 圖形設(shè)計(jì)

本次GPS平面控制網(wǎng)在城市二等GPS網(wǎng)框架下布設(shè)，該網(wǎng)覆蓋整個(gè)機(jī)場(chǎng)施工區(qū)域，采用邊連式。新選GPS控制點(diǎn)5個(gè)，點(diǎn)位選擇的原則如下：

1）所有點(diǎn)位應(yīng)有利于安全作業(yè)，便于安置接收設(shè)備和操作，被測(cè)衛(wèi)星的地平高度角應(yīng)大于15°.

2）所有點(diǎn)位應(yīng)遠(yuǎn)離大功率無線電發(fā)射源，遠(yuǎn)離高壓輸電線，距離不宜小于50m，附近不應(yīng)有強(qiáng)烈干擾接收衛(wèi)星信號(hào)的物體。

3）所有點(diǎn)位在市區(qū)內(nèi)主要選在變形區(qū)外已經(jīng)穩(wěn)定的高層建筑物樓頂上，距地鐵線路的距離在150m以上，但不要選在危房或近期內(nèi)需動(dòng)遷的樓房上。

4）考慮到精密導(dǎo)線點(diǎn)的布設(shè)全在樓頂，所選GPS點(diǎn)要盡量選在車站附近，以提高利用率。

5）保證沿線每個(gè)GPS點(diǎn)至少有二個(gè)通視方向（可與精密導(dǎo)線點(diǎn)通視，包括線路兩端預(yù)留方向）。

點(diǎn)位分布圖如圖1所示。

按照規(guī)范中的標(biāo)石埋設(shè)要求，將預(yù)制的墩標(biāo)（1.0×0.4×0.4m3滿足強(qiáng)制對(duì)中要求）整平，現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行混凝土澆制（水泥與砂子比例為1∶2.5），埋設(shè)對(duì)中標(biāo)志，做好防水。

圖1 全網(wǎng)點(diǎn)位分布圖

1.4 外業(yè)觀測(cè)

設(shè)計(jì)采用6臺(tái)接收機(jī)同步觀測(cè)，共設(shè)計(jì)4個(gè)時(shí)段。重復(fù)上站率達(dá)到2.0，整網(wǎng)可靠性指標(biāo)達(dá)到0.35.觀測(cè)時(shí)按如下要求進(jìn)行[1]：

1）天線安置必須嚴(yán)格對(duì)中、整平，對(duì)點(diǎn)中誤差小于1mm，并使定向標(biāo)志指向磁北。

2）歷元間隔15s，衛(wèi)星截止高度角15°，同步時(shí)段觀測(cè)時(shí)間為60min[2].

3）在天線板上互隔120°的三處量取天線高，互差小于3mm，取中數(shù)。

4）點(diǎn)位幾何圖形強(qiáng)度因子PDOP≤6.

詳細(xì)認(rèn)真記錄外業(yè)觀測(cè)手簿。

2 數(shù)據(jù)處理

2.1 數(shù)據(jù)預(yù)處理

預(yù)處理階段，主要是對(duì)觀測(cè)數(shù)據(jù)的質(zhì)量進(jìn)行分析，同時(shí)確定點(diǎn)位命名、改化天線高、數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換等。先在數(shù)據(jù)編輯軟件中，更改文件命名為本次技術(shù)要求的命名方式，再更改天線高為標(biāo)準(zhǔn)ARP垂高模式，并選中天線改正模型。最后，填寫好數(shù)據(jù)的元數(shù)據(jù)信息，并采用格式轉(zhuǎn)換模塊統(tǒng)一轉(zhuǎn)換為Rinex V2.1格式。

數(shù)據(jù)質(zhì)量分析采用teqc軟件，分析每個(gè)觀測(cè)點(diǎn)位的雙頻多路徑效應(yīng)以及數(shù)據(jù)可利用率等情況。經(jīng)檢驗(yàn)，所有點(diǎn)位平均 MP1，MP2均在0.5以下，數(shù)據(jù)可利用率均超過80%，結(jié)果樣例如圖2所示。

2.2 基線解算

采用隨機(jī)軟件 Ashtech Solution V2.7進(jìn)行基線處理，處理時(shí)采用廣播星歷進(jìn)行處理，天線改正模型采用NGS標(biāo)準(zhǔn)改正模型。要求基線全部在雙頻固定狀態(tài)下解算出來[3]。個(gè)別有問題基線，分析原因并采取相應(yīng)處理措施，直至達(dá)到要求。

全網(wǎng)共29條基線，全部雙頻固定狀態(tài)解算完畢。

圖2 teqc檢驗(yàn)觀測(cè)文件質(zhì)量樣例

2.3 質(zhì)量分析

質(zhì)量檢查主要包括三個(gè)方面：重復(fù)基線閉合差、同步環(huán)閉合差以及異步環(huán)閉合差。計(jì)算是依據(jù)《全球定位系統(tǒng)（GPS）測(cè)量規(guī)范 GB／T18314－2009》相應(yīng)公式。

全網(wǎng)共有重復(fù)基線5條，重復(fù)基線閉合差最大為0.009m，限差為0.033m，基線長(zhǎng)為5 557.66 m.

全網(wǎng)共選擇最簡(jiǎn)同步環(huán)10個(gè)，閉合差最大值為0.005m，限差為0.007m，環(huán)長(zhǎng)為16 642.21 m.

全網(wǎng)共選擇最簡(jiǎn)異步環(huán)10個(gè)，閉合差最大值為0.019m，限差為0.069m，環(huán)長(zhǎng)為7 577.593 m.

2.4 三維無約束平差

基線解算指標(biāo)順利通過后轉(zhuǎn)入三維無約束平差，主要目的是進(jìn)行粗差分析并消除不良影響、調(diào)整觀測(cè)量的協(xié)方差因子使其與實(shí)際精度相匹配、對(duì)整網(wǎng)的內(nèi)部精度進(jìn)行檢驗(yàn)和評(píng)估[4]。平差基準(zhǔn)為WGS－84，固定位于本網(wǎng)中心的測(cè)站GPS3為約束點(diǎn)。

通過三維無約束平差，基線向量改正數(shù)中，最大的為0.008m，限差為0.035m.最弱邊相對(duì)中誤差為1∶655 673，限差為1∶120 000.

2.5 二維約束平差

二維約束平差目的是將全網(wǎng)重新作整體平差，將所有獨(dú)立基線向量及其經(jīng)調(diào)整后的協(xié)方差陣作為觀測(cè)量進(jìn)行高斯平面上的解算[5]。平差時(shí)為消除星歷和網(wǎng)的傳遞誤差引起的整網(wǎng)在尺度和方向上的系統(tǒng)性偏差，應(yīng)對(duì)全面網(wǎng)加入一個(gè)尺度和三個(gè)轉(zhuǎn)換參數(shù)。

本網(wǎng)設(shè)計(jì)時(shí)充分考慮了已知點(diǎn)位之間的兼容性問題，根據(jù)整網(wǎng)網(wǎng)形以及觀測(cè)難度等，選擇3個(gè)控制點(diǎn)作為約束，選擇另外一個(gè)作為檢查點(diǎn)。進(jìn)過平差，最弱點(diǎn)點(diǎn)位中誤差為0.008m，限差為0.035 m；檢查點(diǎn)計(jì)算值與已知值互差X方向?yàn)?.007 m，Y 方向?yàn)?.017m，點(diǎn)位中誤差為0.018m，限差為0.025m.最弱點(diǎn)相對(duì)中誤差為1∶599 548，限差為1∶120 000.

3 結(jié) 論

沈陽市桃仙機(jī)場(chǎng)改擴(kuò)建GPS平面控制網(wǎng)平均邊長(zhǎng)3.9km，二維約束平差后其最大點(diǎn)位中誤差為0.8cm，最弱邊相對(duì)中誤差為1∶599 548，檢查點(diǎn)的計(jì)算值與已知值之間的互差也滿足限差要求，這也充分說明了本次GPS控制網(wǎng)的布設(shè)以及數(shù)據(jù)解算過程規(guī)范且高精度，也為日后機(jī)場(chǎng)建筑的精密施工控制奠定了良好的基礎(chǔ)。

[1]北京市測(cè)繪設(shè)計(jì)研究院.全球定位系統(tǒng)城市測(cè)量技術(shù)規(guī)程 CJJ73－97[S].1997.

[2]謝劭鋒，王新橋.工程控制網(wǎng)必要觀測(cè)時(shí)間探討[J].全球定位系統(tǒng)，2007，33（4）：30－32.

[3]劉大杰，施一民，過靜珺.全球定位系統(tǒng)的原理與數(shù)據(jù)處理[M].上海：同濟(jì)大學(xué)出版社，1996.

[4]全 球 定 位 系 統(tǒng) （GPS）測(cè) 量 規(guī) 范 GB／T18314－2009[S].標(biāo)準(zhǔn)出版社，2009.

[5]劉國(guó)深，詹錦祥.城市平面坐標(biāo)系與GPS二維約束的參數(shù)問題討論[J].全球定位系統(tǒng)，2007，33（3）：30－34.