深度探讨GPS技术在公路控制测量中的应用

2022-09-10

公路平面控制测量, 包括路线、桥梁、隧道及其它大型建筑物的平面控制测量。路线平面控制网又是公路平面控制测量的主控网, 沿线各种工程平面控制网应联系于路线主控网上, 而主控网应全线贯通, 统一平差。平面控制网的建立, 可采用传统测量方法, 也可采用全球定位系统 (GPS) 测量。传统控制测量中, 相邻控制点之间必须通视, 通过角度、边长和方位角的观测量, 逐级地传递起始边长和方位角。与传统的测量方法不同, GPS定位技术, 在一定的精度要求下, 可以直接确定任一待测点的WGS-84坐标, 相邻观测点之间不需通视, 并且, 由于各观测点之间的不相关性, 其坐标不需逐级传递, 因此, 测量中不存在传递误差。一般来说, 传统的平面控制网都是在参考坐标系中, 以大地坐标 (B, L, H) T的形式表示。GPS定位系统建立的控制网是在协议地球坐标系统中进行, 以空间直角坐标 (X, Y, Z) WGS-84。或大地坐标 (B, L, H) WGS-84的形式给出, 所以, 建立GPS平面控制网, 需要计算传统地面控制网和GPS控制网之间的转换参数, 通常在空间直角坐标系统下转换。其转换过程上面已经谈到, 主要是确定基准转换参数

和网的配合参数。基准转换参数包括3个平移参数 (AX0, AY0, AZ0) 。3个旋转参数 (Wx, Wy, Wz) 和一个尺度因子m, 控制网的配合参数主要是考虑到地面控制网可能存在的系统误差。在实际公路测量中, 一般仅考虑基准转换参数。

通过上面GPS定位方法的分析, 我们知道, GPS绝对定位在定位精度方面是比较低的, 因此, 公路控制测量中主要采用GPS相对定位技术。首先, 选定己知坐标及精度满足要求的地面控制点与GPS控制点, 应用GPS静态定位方法联合观测, 建立测区首级平面控制网, 然后, 应用GPS动态定位技术对平面控制网进行加密测量。下面结合具体工程项目说明如何应用GPS定位技术布设四等级平面控制网、作业和平差的方法。

1 工程概况

某公路是连接深圳与广州等城市的重要通道。该公路拓宽改建工程全长18.07公里, 拓宽后的道路从原先的双向4车道改建为双向8车道。

2 GPS点的布设与实施

本工程基础平面控制采用GPS测量, 按照《公路勘测规范》 (JTC C10-2007) 中四等网技术标准实施。以二等点“G2035、G2015”作为起算点进行布网。

设计GPS网的精度为四等, 结合本工程的具体情况, 沿线路走向布设GPS点, GPS网采用边连式, 组成网中的基线有一定数量的多余观测, 以增强成果的可靠, 取“G2035、G2015”两点作为四等GPS控制网的起算点, 以取得了可靠的坐标转换参数。

根据线路情况, GPS首级网拟布设成带状大地四边形锁的形式, 点对点之间相互通视。平均400m~500m左右布设1对GPS点。全线共布设107点四等GPS控制点。

控制点均选择在施工红线之外且满足通视要求和相对稳定。点位选设时避免了各种电磁波对GPS卫星信号的干扰、以及因施工的影响而产生点位的变动。控制点分布均匀, 相邻边长之比小于1/2。

(1) GPS坐标系统及起算依据:GPS测量采用坐标系为深圳城市坐标系 (参考1954北京坐标系转换) ;1954年北京坐标系为北京54椭球;

(2) 四等GPS控制网的主要技术指标:

每对相邻点的平均距离 (km)

固定误差≤5mm

比例误差≤3ppm

最弱相邻点的相对中误差为1/35000

3 GPS观测

3.1 使用仪器

使用6台Ashtech型静态单频GPS接收机 (标称精度为5mm+1ppm) 进行GPS网野外数据采集。

3.2 作业时基本技术要求

卫星截止高度角≥15°;同时观测有效卫星数≥4;平均重复设站数≥1.6;同时观测有效卫星数≥4;时段长度≥60min;数据采样率 (S) ≤30s

3.3 观测方式

每时段观测均量取天线高两次, 其互差不超过3mm, 取平均值作为最后天线高。

3.4 外业数据检核

(1) 同一时段观测值的数据剔除率不易大于10%

(2) 重复基线的测量差值

(3) 各级GPS网同步环闭合差需符合下式规定:

(4) 各级GPS5网异步环或5符合路线5坐标闭合差需符合下式规定:

(5) 无约束平差中, 基线分量的改正数的绝对值需符合下式规定:

式中:n-闭合环边数, σ-仪器的标称精度。

4 GPS内业解算

4.1 数据后处理

(1) GPS观测数据内业编辑输入相关点位信息后, 采用接收机配备的商用软件Ashtech solutions 2.5进行基线解算, 保证每一条基线都求出整周模糊度。 (2) 重复基线较差和非同步环闭合差的检核仍按外业基线检核时的要求进行。

4.2 网平差

(1) 对整网进行无约束平差并检核GPS网的观测质量。以所有独立基线组成闭合图形, 以三维基线向量及相应方差协方差阵作为观测信息, 以网一点的WGS-84系三维坐标作为起算依据, 进行全网无约束平差。 (2) 对整网进行二维约束平差。以深圳市平面控制网GPS点“G2015、2035”作为起算数据, 对控制网进行二维约束平差计算。