鐘炎勝
摘 要:針對佛山某給水管線GPS網(wǎng)復測工作,對數(shù)據(jù)處理過程進行了較為詳細地闡述,包括起算點兼容性的分析、GPS網(wǎng)平差計算、光電測距的改化計算、點位穩(wěn)定性分析等;并且在數(shù)據(jù)處理的基礎上做出了一些總結(jié),提出了一些建議。
關鍵詞:GPS控制網(wǎng) 數(shù)據(jù)分析 探討
中圖分類號:TU198 文獻標識碼:A 文章編號:1672-3791(2016)06(c)-0009-03
佛山某給水管線的設計由水廠接出兩根φ1 000給水管,全長 4.3 km??紤]到路線較短,GPS控制網(wǎng)不采用分級布設,經(jīng)實地踏勘,在該工程的起訖工作面布設兩點平面控制點,作為校核使用,中間工作面布設1點平面控制點。但由于南段區(qū)間的距離較大,中間大多數(shù)為2~3層房屋,并有高密的行樹穿插其間,直接通視選點相當困難,故在中間各加設選1點,由9點組成該工程的首級平面控制網(wǎng)(見圖1)。
該公司承擔某給水管線第三方測量工作。2014年12月該公司對工程的平面和高程控制網(wǎng)進行了首次測量,2015年3月按照周期規(guī)定又進行了控制網(wǎng)的第一次復測工作。復測采用9臺儀器同步觀測4個小時,共1個時段,采用間隔為20 s,基線解算及網(wǎng)平差采用BALNET軟件。由于該次復測中CX06點的GPS接收數(shù)據(jù)異常,無法參與計算。為了增強結(jié)果的可靠性,又對所有通視的點進行全站儀測邊測角的檢核。
1 已知點兼容性分析
GPS約束平差是通過固定聯(lián)測的城市已有已知點的坐標來實現(xiàn)的,那么這些已知點必須是兼容的,否則會損害GPS原有的精度。雖然這是復測工作,控制點應該在初測時已經(jīng)經(jīng)過分析,但是執(zhí)行作業(yè)的規(guī)范以及作業(yè)的嚴密性這一項工作不能省略,特別是為了控制網(wǎng)的成果與過江管工程一致,除了以城市二等控制點G2101、JY2、GJ15作為起算點外,還增加了過江管工程原有點CX01為起算點,那么CX01的穩(wěn)定性一定要進行分析[1]。
已知點兼容性分析采用尺度參數(shù)分析法。尺度參數(shù)是反映已有控制點與GPS網(wǎng)的比例關系,在約束平差時如選取的幾個已知控制點精度不高或相互不一致時,會使約束平差的精度大大降低,這就會必然反映在尺度參數(shù)上。分析時將已知點兩兩分組,分別進行約束平差計算尺度參數(shù)。如果尺度參數(shù)呈現(xiàn)一致性,則說明已知點符合較好,反之則表明已知點間存在粗差。
根據(jù)尺度分析法,把4個已知點G2101、JY2、GJ15、CX01兩兩組成6組進行約束平差。平差時一定要固定一點的準確三維坐標,否則無法正確反映尺度參數(shù),但是由于4個已知點只有1個具有準確高程,所以首先進行無約束平差求得大地高差,通過一點的準確高程進而求得其他點較準確的高程。平差求得的尺度參數(shù)K值見表1。
從表2中可以看出尺度參數(shù)最大為8.226 ppm,最小僅為 -0.054 ppm。根據(jù)經(jīng)驗,廣東城市二等點與GPS的尺度差異一般在百萬分之幾(即1~10 ppm之間),所以判斷4個控制點間符合度較好,所以和初測時相同,采用固定G2101、JY2、GJ15、CX01共4個點進行約束平差。
2 平差計算
GPS平面控制網(wǎng)采集的數(shù)據(jù),采用Balnet基線解算軟件和網(wǎng)平差軟件進行數(shù)據(jù)處理,首先進行基線解算,然后選擇合理基線進行網(wǎng)平差計算。網(wǎng)平差時,首先對整個GPS控制網(wǎng)在WGS84坐標系中進行無約束平差,然后固定起算點坐標進行約束平差,約束平差時采用54橢球,中央子午線選擇獨立網(wǎng)中央子午線,投影面高程為5 m。平差后最弱閉合環(huán)相對誤差為6.04 ppm;最弱點點位中誤差為0.41 cm;最弱邊相對中誤差為4.30 ppm??梢姶舜纹讲钣嬎憔容^好,完全符合技術設計的要求。
3 全站儀測角測邊檢核數(shù)據(jù)處理
眾所周知,光電測距所采集的邊長投影到高斯平面是有長度變形的。而長度變形受兩方面的影響:一方面是從地面邊長投影到橢球面的長度變形△S1,它與該邊長S的橢球面Hm高程有關:即△S1/S=Hm/R,R為地球半徑(一般取6 370 km),一般來講該項改正為負值。另一方面是從橢球面投影到高斯面的改正△S2,它與距中央子午線的距離ym有關(ym兩端點相對于中央子午線投影而成的縱坐標軸的橫坐標的平均值):△S2/S =ym2/(2R2),該項改正為正值。由于該工程所在的測區(qū)的橫坐標較大,一般在二十幾公里,所以高斯投影的改正必須考慮。對復測采集的邊長進行兩差改正見表2。
經(jīng)過兩差改正后的距離與GPS平差后的平面距離的比較見表3,實測的角度與GPS平差后反算的角度見表4。從表3,表4中可見邊長檢核最大差異為12.72 mm此邊為最長邊,最大相對精度為1/181 472;角度最大差值為4.1″;完全符合技術設計要求,可見此次GPS成果與全站儀成果符合性較好,也證明了此次成果的可靠性。
4 點位穩(wěn)定性分析
每次復測結(jié)束后,應根據(jù)復測結(jié)果進行平面控制點的穩(wěn)定性分析,分析判別方法如下。
(1)根據(jù)GB50308-2008《城市軌道交通工程測量規(guī)范》中的規(guī)定,原測GPS網(wǎng)和復測網(wǎng)的網(wǎng)中最弱點的點位中誤差均應達到:≤ mm。
(2)兩次網(wǎng)的點位坐標變動允許值估算:
因此,對于網(wǎng)中任一點,如果兩次點位坐標的較差大于3.4 cm,則可認為該點位有變動,應對坐標值進行修正。
從表5中可以看出,CX05點位的坐標變化值cm,超出了3.4 cm的限差,而其他點位較差都很小,加上前面的分析表明此次成果是可靠的,所以判斷CX05號點發(fā)生了位移。
5 結(jié)語
該文針對佛山某給水管線GPS網(wǎng)復測工作,對數(shù)據(jù)處理過程進行了較為詳細地闡述,對結(jié)果進行了較為嚴密地分析,現(xiàn)對此次控制網(wǎng)復測數(shù)據(jù)處理得出的總結(jié)及建議闡述如下。
(1)GPS控制網(wǎng)平差前必須要進行已知點兼容性分析,以保證成果的準確性。
(2)由于該工程所在區(qū)域離中央子午線較遠,光電測距后的邊長一定要進行兩差改正,否則將不能滿足檢測精度要求。比如該工程中邊CX04-CX05,如果不進行改正,其與GPS成果的邊長差距將為24.52 mm,這將達不到設計中要求的1/10 000的檢測精度。
(3)實際工程中對實測邊長進行兩差改正較為麻煩,建議在今后類似工程建立坐標系時可以適當降低投影面高程,使高程投影誤差與高斯投影誤差盡量抵消一點,這樣既不用改正實測邊長,也可以保證成果變化不大。
參考文獻
[1] 傅曉明,沈云中.GPS起算點坐標的兼容性分析[J].測繪通報,2002(9):10-14.
[2] 施一民.現(xiàn)代大地控制測量[M].北京:測繪出版社,2003.