深入探讨GPS在控制测量中的应用

1 GPS控制测量概述

GPS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GPS测量的技术设计、测后数据处理以及技术总结等。如果按照GPS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GPS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 (5mm+1ppm×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15km;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。GPS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。

GPS测量的工作程序见图1。

2 测量工作技术依据和技术要求

2.1 技术依据

(1) GB/T 18314-2001《全球定位系统 (GPS) 测量规范》。

(2) GB 12898-91 (国家三、四等水准测量规范) 。

(3) GB/T 18341-2001《地质矿产勘查工程测量规范》。

2.2 技术要求

控制网平面采用1954年北京坐标系, 按6°分带, 中央子午线107°, 测区高程采用1985年国家高程基准。

3 控制测量布网方案

3.1 平面与高程控制

假设测区首级平面控制采用D级GPS网, 选用线形锁形式布设。使用仪器为南方9600单频GPS接收机。控制网布设时力求图形几何结构强, 有良好的自检能力和约束力。平面与高程控制均采用国家二等以上三角点作为起算点, 联测点个数不少于3个。

3.2 观测

观测作业的主要目的是捕获GPS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。

由于本次测量有GPS接收机与天线是一体的, 所以接收机在点位上对中整平后便可开机观测。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。

本次工作中, 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。

(5) 每一观测时段中, 气象元素一般应在始、中、末各观测记录一次, 当时段较长时可适当增加观测次数。

(6) 在观测过程中要特别注意供电情况, 除在出测前认真检查电地容量是否充足外, 作业中观测人员不要远离接收机, 听到仪器的低电压报苦要及时予以处理, 否则可能会造成仪器内部数据的破坏或丢失。

(7) 仪器高一定要按规定始、末各量测一次, 并及时输人仪器及记人测量手簿之中。

(8) 接收机在观测过程中不要靠近接收机使用对讲机;雷雨季节架设天线要防止雷击, 雷雨过境时应关机停测, 并卸下天线。

(9) 观测站的全部预定作业项目, 经检查均已按规定完成, 见记录与资料完整无误后方可迁站。

(10) 观测过程中要随时查看仪器内存或硬盘容量, 每日观测结束后, 应及时将数据转存至计算机硬、软盘上, 确保观测数据不丢失。

3.3 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。

本次测量使用的仪器为南方9600单频GPS静态接收机一套 (三台) , 标称精度5mm+lppm。作业模式为经典静态定位。

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PDOP≤4) 。

(6) 仪器天线高从三个方位量测三次取平均值。

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等等, 而后简要阐述了测量工作技术依据和技术要求, 最后笔者详细给出了控制测量布网方案的研究成果, 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,布网