李尊

上海千年城市規(guī)劃工程設(shè)計(jì)股份有限公司 上海 201100

引言

所謂GPS，是由Glbal Postioning System英譯過來的一種定位系統(tǒng)，用于測(cè)量地形、道路等，其中GPS還分為Standad Postioning Service的民用標(biāo)準(zhǔn)定位服務(wù)，與Prcise PostioningService 的軍用標(biāo)準(zhǔn)定位服務(wù)。GPS測(cè)繪技術(shù)的出現(xiàn)，摒棄了傳統(tǒng)測(cè)繪技術(shù)的單一性、布設(shè)復(fù)雜性、地形適應(yīng)力弱等缺點(diǎn)，加入了GPS技術(shù)的精準(zhǔn)定位能力，只需要通過接收機(jī)，即可使用GPS測(cè)繪技術(shù)進(jìn)行道路測(cè)量，為道路測(cè)量作出了更為方便且精準(zhǔn)的貢獻(xiàn)[1]。由于GPS技術(shù)的精準(zhǔn)性與便捷性，人們開始應(yīng)用GPS技術(shù)與測(cè)繪技術(shù)相融合。在地形測(cè)繪方面，使用高速靜態(tài)GPS測(cè)繪模式，并且此測(cè)繪方式不僅融合了GPS技術(shù)，還融合了RTK技術(shù)等，因此精度更高，測(cè)繪效果更好。研究人員開始對(duì)GPS的測(cè)繪工具和測(cè)量方法感興趣，GPS測(cè)繪技術(shù)的出現(xiàn)，象征著我國(guó)在測(cè)量水平方面的高水平研究和分析。本文將詳細(xì)研究GPS測(cè)繪技術(shù)的測(cè)量方法，并將此測(cè)繪技術(shù)應(yīng)用到市政道路測(cè)量方面上，通過對(duì)市政道路外業(yè)數(shù)據(jù)的處理、分析傳統(tǒng)測(cè)繪方法的誤差原因；基于采集到的外業(yè)數(shù)據(jù)，進(jìn)一步制定測(cè)量流程，提出了市政道路測(cè)量方法的基本框架；最后本文提出基于GPS的精準(zhǔn)度，消除測(cè)量誤差，為GPS測(cè)繪技術(shù)的發(fā)展提供了方向。

1 基于GPS測(cè)繪技術(shù)的市政道路測(cè)量方法

1.1 采集市政道路外業(yè)數(shù)據(jù)

在正式開始采集市政道路外業(yè)數(shù)據(jù)之前，應(yīng)對(duì)GPS系統(tǒng)的測(cè)繪能力進(jìn)行測(cè)試，確認(rèn)GPS測(cè)繪參數(shù)與正常運(yùn)行條件一致后，正式開始采集[2]。在采集過程中，首先選擇地勢(shì)平坦、無樹樁的測(cè)量點(diǎn)進(jìn)行試采集，確定采集數(shù)據(jù)的數(shù)量和順序。根據(jù)各項(xiàng)測(cè)量指標(biāo)，仔細(xì)檢查市政道路的地面、大樓、各測(cè)試點(diǎn)等測(cè)量指標(biāo)是否正常。將市政道路以往的測(cè)量坐標(biāo)導(dǎo)入GPS測(cè)繪系統(tǒng)中，通過GPS控制市政道路測(cè)量按照預(yù)定測(cè)量方法測(cè)量。在采集市政道路的高度時(shí)，根據(jù)預(yù)取的測(cè)量點(diǎn)自動(dòng)測(cè)量，獲取地面高度數(shù)據(jù)，除此之外，采集數(shù)據(jù)時(shí)必須按照指定的高度測(cè)量點(diǎn)采集，每個(gè)測(cè)量點(diǎn)必須彼此平行。GPS測(cè)繪技術(shù)在采集數(shù)據(jù)的過程中，會(huì)記錄市政道路采集瞬間的各種參數(shù)數(shù)據(jù)，存儲(chǔ)在GPS內(nèi)部的存儲(chǔ)卡中，避免采集中斷。同時(shí)，本文設(shè)計(jì)的采集過程將會(huì)完成三項(xiàng)采集任務(wù)，采集市政大樓的高度、市政道路長(zhǎng)度和道路軌跡，實(shí)時(shí)采集市政道路的各項(xiàng)數(shù)據(jù)。

1.2 制定市政道路測(cè)量流程

根據(jù)上文中采集到的外業(yè)數(shù)據(jù)，本文將制定出市政道路的測(cè)量流程，以測(cè)量市政道路地下的坡度線為主要流程，使用GPS測(cè)繪技術(shù)中常使用的水平儀或輝光儀測(cè)量，并使用對(duì)角線法和扇形測(cè)繪法進(jìn)行測(cè)繪工作。雖然GPS測(cè)繪技術(shù)對(duì)于小坡度測(cè)量精度比傳統(tǒng)的遙感測(cè)量更準(zhǔn)確，但測(cè)量過程并不復(fù)雜，不需要像以往的放樣、找平設(shè)備等操作，可以快速測(cè)量市政道路[3]。為實(shí)現(xiàn)GPS測(cè)繪技術(shù)在市政道路的測(cè)量方法，本文通過設(shè)置13個(gè)參考點(diǎn)，利用GPS測(cè)繪技術(shù)進(jìn)行市政道路的測(cè)量。

在測(cè)量市政道路前，檢查參考點(diǎn)與參考點(diǎn)的平面位置，長(zhǎng)、寬、高各以5cm為精度差值。測(cè)量時(shí)使用GPS接收機(jī)，在測(cè)量過程中將GPS定位在三腳架上，各參數(shù)配置為以往測(cè)量過的市政道路參數(shù)，每個(gè)參考點(diǎn)的測(cè)量次數(shù)至少為3次，每次測(cè)量間隔不低于60S。參考點(diǎn)的距離和坐標(biāo)由GPS檢測(cè)，并且實(shí)際長(zhǎng)寬高與測(cè)量長(zhǎng)寬高的相對(duì)誤差要小于1/10000，GPS測(cè)繪技術(shù)的另一個(gè)優(yōu)勢(shì)也會(huì)在測(cè)量過程中體現(xiàn)出來，那就是測(cè)量市政道路時(shí)，覆蓋面廣，不會(huì)出現(xiàn)距離超過限制的情況[4]。同時(shí)，已完成的測(cè)量數(shù)據(jù)必須參照傳統(tǒng)測(cè)量方法的測(cè)量值[5]。并且測(cè)量高度不低于《市政道路測(cè)量規(guī)范》的技術(shù)要求。測(cè)量道路中的水準(zhǔn)點(diǎn)時(shí)，使用GPS技術(shù)中的附線，進(jìn)行測(cè)量，在靠近水準(zhǔn)點(diǎn)的閉環(huán)情況下，檢查該點(diǎn)測(cè)量的準(zhǔn)確性[6]?；谝陨现贫ǖ臏y(cè)量流程，會(huì)提高GPS測(cè)繪技術(shù)在市政道路測(cè)量的精度。

1.3 基于GPS測(cè)繪技術(shù)消除市政道路測(cè)量誤差

根據(jù)上文中制定的測(cè)量流程，開始測(cè)量市政道路，但是由于市政道路的測(cè)量過程會(huì)因?yàn)闇y(cè)量環(huán)境、測(cè)量時(shí)間等因素影響，導(dǎo)致誤差值較大，因此本文設(shè)計(jì)的測(cè)量方法以消除誤差為主，同時(shí)對(duì)上文中提到的參考點(diǎn)進(jìn)行重復(fù)測(cè)量，得出平均差值，進(jìn)一步減少誤差。同時(shí)，對(duì)市政道路測(cè)量時(shí)，檢查各個(gè)參考點(diǎn)的坐標(biāo)，使其在精度范圍內(nèi)[7]。GPS測(cè)繪技術(shù)將會(huì)滿足以上要求，并且GPS測(cè)繪技術(shù)在市政道路測(cè)量上，設(shè)計(jì)了測(cè)量點(diǎn)和測(cè)量基線，因?yàn)镚PS測(cè)繪技術(shù)本身的精準(zhǔn)度，重新測(cè)量的基線較少，重測(cè)率也較低。但是仍存在需要重新測(cè)量的基線，造成不小的誤差。因此，本文設(shè)計(jì)消除誤差公式如下：

式（1）中，σ為基線相對(duì)誤差，單位為毫米；B為測(cè)量基線的長(zhǎng)度，單位為毫米；d為測(cè)量基線的寬度，單位為毫米；A為測(cè)量基線的高度，單位為毫米。

2 實(shí)例分析

2.1 測(cè)區(qū)概況

本文以某市政道路為例，西部總面積約0.42km2，總?cè)丝趯⒔?。其?nèi)包括市政大樓、中心建筑，以及地勢(shì)開闊的行車道路；中部總面積在1km2左右，總?cè)丝诮迩?。其中商戶、住戶、公用建筑密集；東部總面積約1.2km2，總?cè)丝诩s兩千人。此市政道路較為復(fù)雜，東西中部地區(qū)全程2.62km2，囊括的建筑樓宇也較多，使用傳統(tǒng)的遙感測(cè)繪方法，測(cè)繪難度較大，因此選用本文設(shè)計(jì)的基于GPS測(cè)繪技術(shù)進(jìn)行測(cè)量。

2.2 測(cè)繪成果

在完成某市政道路坐標(biāo)測(cè)量后，開始利用GPS測(cè)繪技術(shù)，進(jìn)行地形測(cè)繪，經(jīng)過10天，完成了道路面積內(nèi)的學(xué)校、酒店、公司、超市、醫(yī)院、市政府、市林業(yè)局、公寓等7個(gè)道路坐標(biāo)，涉及測(cè)繪面積1.6km2。GPS測(cè)繪技術(shù)，優(yōu)化了傳統(tǒng)測(cè)繪技術(shù)缺陷，減少了測(cè)量誤差，提高了整體測(cè)量精度。第一次測(cè)量得出兩條測(cè)量基線的誤差如表1所示。

表1 測(cè)量基線誤差表

如表1所示，兩條測(cè)量基線的長(zhǎng)寬高誤差分別在30.14mm、26.77mm、26.08mm、10.34mm、13.79mm、13.36mm，相對(duì)誤差值在27.3、26.5，并且01號(hào)測(cè)量基線是在194m的距離時(shí)產(chǎn)生的誤差，02號(hào)測(cè)量基線是在186m時(shí)產(chǎn)生的誤差。根據(jù)上文中的消除誤差公式，測(cè)量得出實(shí)際長(zhǎng)度誤差為6mm，高度誤差為3mm，寬度誤差為0.4mm，計(jì)算的相對(duì)誤差，修正了一部分的誤差?；痉蠝y(cè)量精度。

此外，坐標(biāo)點(diǎn)的精度也需要校正，并且精度校正誤差≤±0.037mm，坐標(biāo)參數(shù)準(zhǔn)確性達(dá)到了±0.05.0mm的道路測(cè)量所規(guī)定的精度。在市政道路的測(cè)量數(shù)據(jù)中，選取七個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)進(jìn)行比較，數(shù)據(jù)如表2所示。

表2 坐標(biāo)誤差對(duì)比

各坐標(biāo)點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)坐標(biāo)如表1所示，傳統(tǒng)方法的測(cè)量坐標(biāo)均在±0.1之間，誤差較大，而本文設(shè)計(jì)的測(cè)量方法測(cè)量的坐標(biāo)在±0.001左右，最多不超過0.040，誤差較小，符合道路測(cè)量精度標(biāo)準(zhǔn)，極具使用價(jià)值。

3 結(jié)束語

本文設(shè)計(jì)了一種將GPS測(cè)繪技術(shù)融合到市政道路的測(cè)量新方法，通過研究和實(shí)踐，設(shè)計(jì)出一套高效的測(cè)量方法。首先采集市政道路的外業(yè)數(shù)據(jù)，整合出GPS測(cè)繪技術(shù)的測(cè)量指標(biāo)；其次制定一套測(cè)量流程，通過此流程進(jìn)行道路測(cè)量，提高GPS測(cè)繪技術(shù)的地形適應(yīng)能力；最后消除測(cè)量誤差，提高測(cè)量精度。通過實(shí)例分析，GPS測(cè)繪技術(shù)完全可以滿足市政道路測(cè)量的精度要求。