■湯良軍

（江蘇省地質(zhì)礦產(chǎn)局第五地質(zhì)大隊(duì) 江蘇徐州 221004）

GPS測(cè)繪技術(shù)在工程測(cè)繪中的應(yīng)用

■湯良軍

（江蘇省地質(zhì)礦產(chǎn)局第五地質(zhì)大隊(duì) 江蘇徐州 221004）

本文主要結(jié)合高速鐵路工程測(cè)量實(shí)例就GPS控制網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用做了一些分析和探討。

GPS控制網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用

我國(guó)高速鐵路建設(shè)規(guī)模越來(lái)越大，其質(zhì)量要求也越來(lái)越高，對(duì)于測(cè)量的要求和精度也要求越來(lái)越高。一些工程采用常規(guī)測(cè)量方法無(wú)法達(dá)到要求，本文將結(jié)合高速鐵路工程測(cè)量實(shí)例就GPS控制網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用做一些分析和探討。

1 工程概況

溫福鐵路福建段第Ⅲ標(biāo)段施工任務(wù)，其中有多座特大型橋梁及隧道。其中寧德特大橋，全長(zhǎng)8456.28m，溫福端位于漳灣鎮(zhèn)蔣沃村，福州端在寧德市天坪崗村進(jìn)入筆架山隧道，橋梁跨越整個(gè)寧德海灣，其橋梁大部分位于寧德海灣中，海灣寬度有6km左右，選用GPS進(jìn)行測(cè)量控制。

2 GPS控制網(wǎng)的布設(shè)

2.1 基準(zhǔn)設(shè)計(jì)

GPS測(cè)量獲得的是GPS基線向量,它屬于WGS-84坐標(biāo)系的三維坐標(biāo)差,而實(shí)際需要的是國(guó)家坐標(biāo)系或地方獨(dú)立坐標(biāo)系的坐標(biāo)。因此需要結(jié)合當(dāng)?shù)匚恢煤陀嘘P(guān)規(guī)范規(guī)定,進(jìn)行GPS網(wǎng)的基準(zhǔn)設(shè)計(jì)。

2.2 控制網(wǎng)布設(shè)

控制網(wǎng)布設(shè)時(shí)，為了組成最強(qiáng)的圖形，由相連的三個(gè)大地四邊形組成，寧德海灣的兩岸各布設(shè)了4個(gè)點(diǎn)，要求同岸側(cè)的4個(gè)點(diǎn)相互之間必須通視，點(diǎn)位間間距不大于1000m，且為保證對(duì)衛(wèi)星的連續(xù)跟蹤觀測(cè)和衛(wèi)星信號(hào)的質(zhì)量，要求點(diǎn)位上空應(yīng)盡可能的開(kāi)闊，在10～15°高度角以上不能有成片的障礙物,在點(diǎn)位周?chē)s200m的范圍內(nèi)不能有強(qiáng)電磁波干擾源，如大功率無(wú)線電發(fā)射設(shè)施、高壓輸電線、高層建筑、成片水域等。

3 外業(yè)實(shí)施

外業(yè)觀測(cè)采用三臺(tái)Timble5700雙頻GPS接受機(jī),它的標(biāo)稱精度可達(dá)5mm±1ppm,滿足精度要求。在精度和網(wǎng)型確定好后，就要進(jìn)行外業(yè)觀測(cè)，制定作業(yè)計(jì)劃。為了保證網(wǎng)的整體性和內(nèi)符合度，先確定N1-N4-B1-B4為框架網(wǎng)點(diǎn)，后測(cè)定其余點(diǎn)相互及與框架點(diǎn)關(guān)系。具體做法為，先選取同步觀測(cè)環(huán)，由于只有三臺(tái)接收機(jī)，則三點(diǎn)為一同步環(huán)，共確定8個(gè)同步觀測(cè)環(huán)，分別為N2-N3-B2、N2-B2-B3、N1-N4-B1、N1-N4-B4、N2-N3-N4、N2-N3-N1、B1-B3-B4、B1-B2-B4,既免去費(fèi)時(shí)費(fèi)力的繞過(guò)海灣來(lái)回搬站，提高了作業(yè)的效率，又能具有足夠的多余的獨(dú)立基線，每點(diǎn)至少有五條基線相連，保證網(wǎng)的可靠性。為提高網(wǎng)的精度和檢核起算數(shù)據(jù)，用徠卡TCA2003全站儀精密測(cè)量了N1-B4、N4-B4兩邊的邊長(zhǎng)。

4 數(shù)據(jù)處理

4.1 基線處理

在進(jìn)行基線解算時(shí)，首先用軟件讀取原始的GPS觀測(cè)值數(shù)據(jù)。開(kāi)始解算前需要對(duì)觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行必要的檢查，檢查的項(xiàng)目包括：測(cè)站名、點(diǎn)號(hào)、測(cè)站坐標(biāo)、天線高等。軟件對(duì)觀測(cè)值進(jìn)行各種模型改正，如對(duì)流層改正、電離層改正等，軟件自動(dòng)解算基線?；€解算完畢后，基線結(jié)果并不能馬上用于后續(xù)的處理，還必須對(duì)基線的質(zhì)量進(jìn)行檢驗(yàn)，基線的質(zhì)量檢驗(yàn)需要通過(guò)比率、RMS、參考方差、同步環(huán)閉和差、異步環(huán)閉和差和重復(fù)基線較差來(lái)進(jìn)行。只有質(zhì)量合格的基線才能用于后續(xù)的處理，如果不合格，則需要借助觀測(cè)值殘差圖對(duì)GPS觀測(cè)值進(jìn)行剔除處理，剔除那些殘差較大和周跳嚴(yán)重的時(shí)間段的觀測(cè)值，觀測(cè)時(shí)間很短的衛(wèi)星觀測(cè)值也需剔除，數(shù)據(jù)的剔除率不得大于10%，若解算還不合格，則需補(bǔ)測(cè)直至基線合格。

4.2 平差計(jì)算

基線解算完畢后，即用平差軟件進(jìn)行平差計(jì)算。首先軟件上設(shè)置預(yù)先設(shè)計(jì)好的坐標(biāo)系統(tǒng)，先進(jìn)行三維無(wú)約束平差，GPS網(wǎng)的三維無(wú)約束平差是指平差在WGS-84三維空間直角坐標(biāo)系下進(jìn)行，平差時(shí)不引入使得GPS網(wǎng)產(chǎn)生由非觀測(cè)量所引起的變形的外部約束條件，即只固定一點(diǎn)。三維無(wú)約束平差能很好的評(píng)定GPS網(wǎng)的內(nèi)部符合精度，發(fā)現(xiàn)和剔除GPS觀測(cè)值中可能存在的粗差，反映了GPS網(wǎng)本身的質(zhì)量好壞，如果平差結(jié)果質(zhì)量不好，則說(shuō)明GPS網(wǎng)的布設(shè)或GPS觀測(cè)值的質(zhì)量有問(wèn)題。判定三維無(wú)約束平差好壞的指標(biāo)為基線分量的改正數(shù)（VΔX、VΔY、VΔZ），改正數(shù)的絕對(duì)值應(yīng)小于3σ（σ含義與上同）。

在三維無(wú)約束平差精度符合要求后，在平面坐標(biāo)系內(nèi)進(jìn)行二維約束平差。需輸入約束點(diǎn)的坐標(biāo)和其他距離或方位的約束值。約束點(diǎn)的選擇是關(guān)鍵，約束點(diǎn)的內(nèi)符合精度將直接網(wǎng)的平差精度，精度不高的約束點(diǎn)將把網(wǎng)整體進(jìn)行較大的縮放和旋轉(zhuǎn)。人為降低網(wǎng)的精度。平差時(shí)選擇N1、B4為約束點(diǎn)。選擇這兩點(diǎn)有兩個(gè)原因，一是它們是Ⅲ標(biāo)整體控制網(wǎng)的控制點(diǎn)，為了大橋網(wǎng)與Ⅲ標(biāo)網(wǎng)相統(tǒng)一。二是經(jīng)過(guò)TCA2003精密測(cè)量邊長(zhǎng)的校核，兩點(diǎn)相對(duì)精度較高，滿足B級(jí)網(wǎng)的要求。判定二維約束平差好壞的指標(biāo)有點(diǎn)位中誤差、相對(duì)中誤差、基線分量的改正數(shù)，其中基線分量改正數(shù)與三維無(wú)約束平差結(jié)果的同一基線的相應(yīng)改正數(shù)較差的絕對(duì)值（dVΔX、dVΔY、dVΔZ）應(yīng)小于2σ（σ含義與上同）。

4.3 平差總結(jié)

經(jīng)過(guò)平差處理后，網(wǎng)中最弱點(diǎn)位中誤差為8mm，平均點(diǎn)位中誤差為4mm，最弱邊相對(duì)中誤差1/257515，平均邊長(zhǎng)相對(duì)中誤差1/ 732981。精度比常規(guī)測(cè)量要高許多，且誤差穩(wěn)定分布均勻。達(dá)到B級(jí)網(wǎng)要求。

5 討論和體會(huì)

GPS定位測(cè)量所取得的高程屬于WGS-84大地高程，GPS網(wǎng)布設(shè)時(shí)，如果聯(lián)測(cè)一定數(shù)量的水準(zhǔn)高程點(diǎn)，則可將GPS大地高程轉(zhuǎn)換為水準(zhǔn)高程。所以，設(shè)計(jì)GPS網(wǎng)時(shí)，聯(lián)測(cè)一定數(shù)量的具有國(guó)家或地方坐標(biāo)系坐標(biāo)的控制點(diǎn)和具有水準(zhǔn)高程的控制點(diǎn)，以便將觀測(cè)的GPS點(diǎn)的WGS-84坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為國(guó)家或地方坐標(biāo)，將GPS大地高程轉(zhuǎn)換為水準(zhǔn)高程。GPS基準(zhǔn)設(shè)計(jì)中，首先要考慮的應(yīng)當(dāng)是聯(lián)測(cè)測(cè)區(qū)內(nèi)附近高等級(jí)的具有WGS-84坐標(biāo)的控制點(diǎn)，通過(guò)GPS觀測(cè)數(shù)據(jù)處理，GPS點(diǎn)能夠獲得高精度的WGS-84坐標(biāo)。然后，根據(jù)測(cè)圖或工程需要，聯(lián)測(cè)一定數(shù)量高等級(jí)的國(guó)家或地方坐標(biāo)系的控制點(diǎn)（一般3個(gè)以上），聯(lián)測(cè)一定數(shù)量的水準(zhǔn)高程點(diǎn)（一般5個(gè)以上）。設(shè)計(jì)時(shí)要求公共點(diǎn)點(diǎn)位分布均勻。

如果同時(shí)用三臺(tái)GPS接收機(jī)進(jìn)行相對(duì)定位，可以同時(shí)結(jié)算三條基線向量，三條基線向量構(gòu)成同步觀測(cè)環(huán)。如果同時(shí)用四臺(tái)GPS接收機(jī)進(jìn)行相對(duì)定位，可以同時(shí)結(jié)算六條基線向量。用N臺(tái)接收機(jī)進(jìn)行相對(duì)定位，可以同時(shí)結(jié)算出N(N-1)/2條基線向量，構(gòu)成多個(gè)同步三角形觀測(cè)環(huán)。前已述及，用N臺(tái)接收機(jī)進(jìn)行相對(duì)相對(duì)定位，每個(gè)時(shí)間段可以同時(shí)結(jié)算出N(N-1)/2條觀測(cè)基線，其中，有N-1條是獨(dú)立基線。因?yàn)槠渲腥我庖粭l基線可以用其余N-1條基線計(jì)算出來(lái)。

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P228[文獻(xiàn)碼]B

1000-405X（2015）-11-122-1