GPS在控制测量中的应用研究

1 GPS控制测量概述

G P S控制测量工作与经典大地测量工作相类似, 按其性质可分为外业和内业两大部分。其中:外业工作主要包括选点 (即观测站址的选择) 、建立观测标志、野外观测作业以及成果质量检核等;内业工作主要包括G P S测量的技术设计、测后数据处理以及技术总结等。如果按照G P S测量实施的工作程序, 则大体可分为这样几个阶段:技术设计;选点与建立标志;外业观测;成果检核与处理。

1.1 作业方法

采用两台 (或两台以上) 接收机, 分别安置在一条 (或数条) 基线的端点, 根据基线长度和要求的精度, 按G P S测量系统外业的要求同步观测四颗以上的卫星数时段, 时段长度根据测量等级确定。

1.2 定位精度

基线测量的精度可达土 (5 m m+1 p p m×D) , D为基线长度, 以公里计。

1.3 作业要求

采取这种作业模式所观测的独立基线边, 应构成闭合图形 (如三角形、多边形) , 以利于观测成果的检核, 增强网的强度, 提高成果的可靠性和精确性。

1.4 适用范围

建立国家大地控制网 (二等或二等以下) 。

建立精密工程控制网, 如桥梁测量, 隧道测量等。

建立各种加密控制网, 如城市测量、工程点测量、道路测量、勘界测量等。

观测中至少跟踪四颗卫星, 同时基线边一般不要超过1 5 k m;注意事项:所有已观测基线应组成一系列封闭图形, 以利于外业检核, 提高成果可靠度。G P S测量是一项技术复杂、要求严格、耗费较大的工作, 对这项工作总的原则是, 在满足用户要求的情况下, 尽可能地减少经费、时间和人力的消耗, 因此, 对其各阶段的工作都要精心设计和实施。

G P S测量的工作程序见图1。

2 观测方法与记录

2.1 观测

观测作业的主要目的是捕获G P S卫星信号, 并对其进行跟踪、处理和量测, 以获得所需要的定位信息和观测数据。

接收机锁定卫星并开始记录数据后, 观测员可按照仪器随机提供的操作手册进行输人和查询操作, 在未掌握有关操作系统之前, 不要随意按键和输人, 一般在正常接收过程中禁止更改任何设置参数。

一般要求仪器操作人员应注意以下事项。

(1) 当确认外接电源电缆及天线等各项连接完全无误后, 方可接通电源, 启动接收机。

(2) 开机后接收机有关指示显示正常并通过自检后, 方能输入有关测站和时段控制信息。

(3) 接收机在开始记录数据后, 应注意查看有关观测卫星数量、卫星号、相位测量残差、实时定位结果及其变化、存储介质记录等情况。

(4) 一个时段观测过程中, 不允许进行以下操作:关闭又重新启动;进行自测试 (发现故障除外) ;改变卫星高度角;改变天线位置:改变数据采样间隔:按动关闭文件和删除文件等功能键。

2.2 观测记录

在外业观测工作中, 所有信息资料均须妥善记录。记录形式主要观测记录和测量手簿。测量手簿是在接收机启动前及观测过程中, 由观测者随时填写的。应记载观测过程中发生的重要问题, 问题出现的时间及其处理方式等。必须认真、及时填写, 坚决杜绝事后补记或追记。

外业观测中存储介质上的数据文件应及时拷贝一式两份, 分别保存在专人保管的防水、防静电的资料箱内。存储介质的外面, 适当处应贴制标签, 注明文件名、网区名、点名、时段名、采集日期、测量手簿编号等。

接收机内存数据文件在转录到外存介质上时, 不得进行任何剔除或删改, 不得凋用任何对数据实施重新加工组合的操作指令。

具体要求如下:

(1) 卫星截止高度角为15°;

(2) 有效观测卫星个数必须超过4个;

(3) 采样间隔为5秒;

(4) 时段长度必须大于45分钟;

(5) 几何精度因子 (PDOP) 必须小于10, (实际观测数为P D O P≤4) ;

(6) 仪器天线高从三个方位量测三次取平均值。

3 工程实例

3.1 实例一

3.1.1 工程概况

测区位于河南省某开发区, 控制网布设面积约8 k m 2, 设计点位2 7座, 起算点采用位于测区南侧、东侧约0.8 km的J市四等平面控制点各一座, 测区北侧、西侧边缘四等平面控制点各一座。

3.1.2 RTK GPS测量

为了保证测量成果的精度及可靠性, 我们在测区北侧及东侧的起算点分别设置基准站, 分别采集起算点空间坐标解算坐标系转换参数;并分别测量待测点平面坐标, 然后取两次测量的平均值作为最终成果;根据上述两次测量坐差值的统计, 可算得两次测量平均值的点位中误差为±1.2 5 c m。

3.1.3 R T K成果的外部检验

(1) 相邻点间边长检测。

检测采用TOPCONG TS602全站仪, 以两次测量平均值作为实测边长值, 共检测通视边17条;实测边长与RTK测量成果坐标反算所得边长的差值。根据上述边长差值统计, 可算得相邻点间边长中误差为±1.08cm。

(2) 采用导线测量方式的坐标检验在测区南测选择待测点6座, 按一级导线测量方式观测, 起算点为以上述测区四等平控制点为起算的按G P S静态方式观测的城市一级控制点。

根据上述坐标差值的统计, 估算R T K测量成果的点位中误差为±1.2 2 c m。

3.2 实例二

在郑州某园区进行1:5 0 0地形图测量工程中, 因带状地形较长且靠近郊区, 附近可用的G P S控制点很少, 如果采用常规控制测量方法无法满足甲方对工期的要求, 故采用G P S R T K技术进行了控制加密。本次测量取两个D级G P S点为基准站, 进行了两次测量, 并对相同R T K点的两个观测坐标进行了比较, 其中坐标差制最大为±3.0 c m, 最小为±0.2 c m, 坐标较差值的中误差为±2.4 c m。

随后我们使用2″级全站仪对部分R T K控制点进行了角度和边长 (按照二级导线精度) 的检测, 并对检测结果进行了统计。R T K观测值与全站仪观测值反算夹角和边长比较, 夹角差值中误差为±5.4″, 边长差制中误差为±4.2毫米/秒。边长差值最大为6毫米/秒, 边长差值相对误差最大为1/5 7 7 1 2, 以上均满足《城市测量规范》中对二级导线的要求。

摘要：本文基于笔者多年工作经验, 以GPS在控制测量中的应用为研究对象, 文章首先详细介绍了GPS控制测量的一些基本要素, 包括作业方法、定位精度、作业要求及适用范围, 而后阐述了测量中观测与观测记录的注意事项, 最后笔者给出了笔者曾经参与的两个项目的具体实例, 全文理论与实践兼备, 相信对从事相关工作的同行有着重要的参考价值和借鉴意义。

关键词：GPS,控制测量,RTK,观测