關(guān)昕

摘要：隨著測繪技術(shù)的快速發(fā)展，諸多先進(jìn)的測繪手段融入到各行業(yè)領(lǐng)域中。特別是近些年GPS設(shè)備的廣泛應(yīng)用，集成了自動化、高精度定位、節(jié)時低成本的優(yōu)勢特點(diǎn)，在工程測量項目中發(fā)揮著重要的作用，而GPS控制測量能夠獲取精準(zhǔn)的三維坐標(biāo)，無需測站點(diǎn)間通視，實(shí)現(xiàn)自動化監(jiān)測，在機(jī)場工程測量中發(fā)揮著不可替代的作用。

關(guān)鍵詞：GPS控制測量；機(jī)場；應(yīng)用

GPS全球定位系統(tǒng)是衛(wèi)星導(dǎo)航與定位系統(tǒng)，具有全天侯、高精度、自動化、高效益等優(yōu)勢，現(xiàn)已在測繪、資源勘察、地球動力學(xué)等多領(lǐng)域都得到廣泛應(yīng)用和實(shí)踐。隨著GPS技術(shù)水平的不斷提升，原有測繪手段已無法滿足民航機(jī)場日益增長項目數(shù)量和產(chǎn)品質(zhì)量要求，而GPS在工程測量中的應(yīng)用對其傳統(tǒng)測繪方式的有效改善，成為衛(wèi)星通信技術(shù)在測繪領(lǐng)域的應(yīng)用典范，推動了民航機(jī)場測繪工程的快速發(fā)展。

1 GPS系統(tǒng)概述

全球定位系統(tǒng)簡稱GPS，是美國研制的用于軍事部門的衛(wèi)星導(dǎo)航與定位系統(tǒng)，于1994年全面建成。GPS用戶可以在全球范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)全天候、連續(xù)、實(shí)時的三維導(dǎo)航定位和測量工作。隨著社會的發(fā)展，GPS技術(shù)現(xiàn)已被廣泛應(yīng)用于大地測量、精密工程測量、地殼運(yùn)動、建筑物形變監(jiān)測及工程測繪中。GPS的整個系統(tǒng)由空間、地面控制和用戶部分組成。

1.1空間部分

GPS的空間部分是由24顆GPS工作衛(wèi)星組成，其中21顆用于導(dǎo)航衛(wèi)星，3顆為備用衛(wèi)星，其分布在6個傾角為55°的軌道上繞地球運(yùn)行。衛(wèi)星的平均高度為20200km，運(yùn)行周期為11小時58分。在地球的任何位置，平均可同時觀測到6顆衛(wèi)星，最多可達(dá)到9顆。

1.2地面控制部分

GPS的地面控制部分主要由一個主控站、五個監(jiān)控站和三個注入站構(gòu)成。其中主控站的作用是根據(jù)各監(jiān)控站對GPS的觀測數(shù)據(jù)計算衛(wèi)星星歷、衛(wèi)星鐘差和大氣層修正參數(shù)等，并將這些數(shù)據(jù)通過注入站注入到衛(wèi)星中。同時還能夠有效地控制衛(wèi)星，提供時間基準(zhǔn)，向衛(wèi)星發(fā)布指令，調(diào)度備用衛(wèi)星等；監(jiān)控站的作用是接收衛(wèi)星信號，監(jiān)測衛(wèi)星工作狀態(tài)；注入站的作用是將主控站推算和編制的衛(wèi)星星歷、鐘差、導(dǎo)航電文及其他控制指令等數(shù)據(jù)，注入到相應(yīng)衛(wèi)星的存儲系統(tǒng)中，并監(jiān)測注入信息的正確性。

1.3用戶設(shè)備

GPS的用戶設(shè)備由GPS接收機(jī)、數(shù)據(jù)處理軟件及相應(yīng)的用戶終端設(shè)備，如智能手機(jī)、導(dǎo)航設(shè)備等，其作用是接受GPS衛(wèi)星發(fā)射的信號，經(jīng)距離運(yùn)算進(jìn)行導(dǎo)航定位。

2 GPS定位原理

GPS定位是根據(jù)測量中的距離交會定點(diǎn)原理實(shí)現(xiàn)的。工程控制網(wǎng)測量屬于高精度測量，通常情況下，測繪人員會選取GPS靜態(tài)定位模式，屬于相對定位，具體觀測模式是通過多臺接收機(jī)在不同測站上進(jìn)行靜止、同步觀測，時間從幾分鐘到幾小時，甚至長年不間斷，觀測結(jié)束后，將觀測值下載到計算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)后處理，最終求出高精度的網(wǎng)點(diǎn)坐標(biāo)及高程。

3工程實(shí)況

某機(jī)場跑道及停機(jī)坪為水泥混凝土結(jié)構(gòu)，跑道長2800m，寬45m。由于年久失修，目前跑道可用部分僅2500m，應(yīng)機(jī)場運(yùn)營管理機(jī)構(gòu)要求，修復(fù)后的跑道長3200m，跑道兩端均設(shè)置Ⅰ類精密進(jìn)近燈光系統(tǒng)，燈長各900m，飛行區(qū)等級達(dá)到4D標(biāo)準(zhǔn)。

3.1 GPS控制網(wǎng)布設(shè)方案

本工程前期勘測需要對跑道兩側(cè)各20m和兩端1km中線延長線范圍進(jìn)行地形測量，整個跑道測區(qū)約為長5km，寬90m的矩形區(qū)域。通過對測區(qū)調(diào)查和資料收集，機(jī)場運(yùn)營管理機(jī)構(gòu)無法提供機(jī)場區(qū)域內(nèi)有效平面、高程控制點(diǎn)，因此需要在機(jī)場跑道及進(jìn)近燈光帶共計5000m長度的范圍內(nèi)，沿跑道及其中線延長線兩側(cè)進(jìn)行GPS點(diǎn)網(wǎng)布設(shè)，滿足項目設(shè)計、施工要求。結(jié)合場區(qū)實(shí)際情況，依據(jù)《工程測量規(guī)范》GB50026-2007中“衛(wèi)星定位測量二等控制網(wǎng)”技術(shù)要求，該首級控制網(wǎng)精度優(yōu)于《機(jī)場瀝青混凝土道面施工規(guī)范》MH50011-1999中規(guī)定的 “平面控制網(wǎng)滿足二級導(dǎo)線”精度要求。GPS網(wǎng)控制點(diǎn)具體分布為：控制點(diǎn)均設(shè)于跑道兩側(cè)距跑道中線約48m的位置。航站樓一側(cè)（內(nèi)側(cè)）控制點(diǎn)間距為500m，布設(shè)點(diǎn)數(shù)10個，作為平面校核點(diǎn)。在航站樓對側(cè)（外側(cè)）控制點(diǎn)間距為200m，布設(shè)點(diǎn)數(shù)25個，作為現(xiàn)場施工基準(zhǔn)點(diǎn)。新建埋石控制點(diǎn)共計35個，同時其點(diǎn)位間距根據(jù)跑道兩側(cè)設(shè)施設(shè)備及地物分布情況做適當(dāng)調(diào)整。

3.2控制網(wǎng)的外業(yè)觀測

控制網(wǎng)的點(diǎn)位測量采用4臺ToPcon HiPer+型GPS雙頻接收機(jī)按E級網(wǎng)進(jìn)行靜態(tài)觀測，每個時段時長間按照1小時來進(jìn)行，高于規(guī)范30分的要求，這樣首級控制網(wǎng)能夠達(dá)到一級網(wǎng)的精度要求。GPS控制網(wǎng)獨(dú)立觀測邊構(gòu)成的網(wǎng)形按三角形考慮，網(wǎng)形連接采取邊連式，這種幾何圖形結(jié)構(gòu)強(qiáng)，具有較多的檢核條件，平差后網(wǎng)中相鄰點(diǎn)間基線向量的精度比較均勻，保證了控制網(wǎng)的可靠性及待測點(diǎn)位的高精度。

靜態(tài)觀測應(yīng)注意以下事項：

1）為保證對衛(wèi)星的連續(xù)跟蹤觀測和衛(wèi)星信號的質(zhì)量，在接收機(jī)5～15高度角以上不能有成片的障礙物。

2）天線應(yīng)嚴(yán)格整平，對中誤差≤2mm，每時段開機(jī)和關(guān)機(jī)前各量一次天線高，兩次天線高互差不大于3mm，取平均值作為最后的天線高。

3）觀測要作好GPS觀測手薄記錄，記錄下主機(jī)和天線編號、測站點(diǎn)號、儀器高、開關(guān)機(jī)時間、觀測時段號、觀測日期、觀測日當(dāng)天的天氣情況等信息。

4）觀測中不應(yīng)在接收機(jī)附近50m范圍內(nèi)使用對講機(jī)，不得在附近10m范圍內(nèi)使用手機(jī)，以免干擾接收機(jī)接收衛(wèi)星信號。

3.3地形圖測量

地形測量依據(jù)《全球定位系統(tǒng)（GPS）測量規(guī)范》（GBT18314—2009），位于跑道兩側(cè)20m及端向1km的區(qū)域內(nèi)地形采用GPS-RTK測量技術(shù)，又稱為載波相位差分法，其基本原理是：在一個已知點(diǎn)上設(shè)置基準(zhǔn)站，它實(shí)時地將載波相位觀測值、偽距觀測值、基準(zhǔn)站坐標(biāo)等用無線電臺傳送給流動站，流動站將載波相位觀測值進(jìn)行差分處理，得到流動站和基準(zhǔn)站的基線向量（△X，△Y，△Z），基線向量加上基準(zhǔn)站坐標(biāo)即為流動站的WGS84坐標(biāo)值，經(jīng)過坐標(biāo)轉(zhuǎn)換得到流動站在地方坐標(biāo)系下的平面和高程值，載波相位差分可使平面精度和高程精度達(dá)到厘米級，定位速度迅速，能滿足機(jī)場地形測量需要，可以極大提高了工作效率。

4結(jié)束語

使用GPS技術(shù)建立的測量控制網(wǎng)，能夠滿足機(jī)場工程建設(shè)精度要求。同時，采用與國際IGS跟蹤站聯(lián)測，選用IGS站高精度控制起算點(diǎn)，可以進(jìn)一步提高機(jī)場GPS控制網(wǎng)點(diǎn)位精度，實(shí)現(xiàn)全民航系統(tǒng)性工程測繪的高精度要求。

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（作者單位：民航東北空管局測繪設(shè)計公司）