GPS控制在宣城市开发区水系 调整规划测量综合应用的探讨

何有生

摘要：文章主要介绍宣城市经济技术开发区水系调整规划测量工程的地形地貌，测量方案的选择，作业依据；GPS控制网的设计的一些要求，布设过程中应注意和考虑的问题，观测过程中的细节，数据处理分析所运用到的参数选择。控制网的精度评定的过程及精度分析。

关键词：GPS；控制网；精度分析

中图分类号：P228.4 文献标识码：A文章编号：1006-8937（2014）17-0070-02

根据安徽省宣城市开发区河网防洪工程建设的需要，2011年11月宣城市水利水电建筑勘测设计院承担并完成了该区内河网纵横断面测量的控制测量工作，为后续进行的河道横断面测量及地形图测绘建立基础，同时也为今后宣城市开发区内河网管理工作中进行的测量工作提供依据。测区位于宣城市区西南，南北长20 km左右，东西长10 km左右，低山、丘陵、灌木丛、苗木林、杂林等遍布，长桥河、高桥河、西敬河、北干渠等河道及其支流纵横交叉，318国道、G50高速、104省道贯穿而过，地形比较复杂。测区范围大、通视条件较差、工期紧、任务量大、质量要求高，决定利用GPS技术进行控制测量。由于GPS具有测量精度高、选点灵活、不需要造标、费用低、全天侯作业、观测时间短等优点，被广泛地用于大地测量、工程测量、地籍测量、物探测量及各种类型的变形监测中，但在河道横断面测量中应用还比较少，本文拟结合工程项目的实际，对GPS在河道横断面测量平面控制网布设、精度等进行探讨。

1平面控制总体方案

平面控制点为原有D级GPS控制点D015，D006，D044为起算数据，由于三个D级GPS点的位置过于集中，并位于测区的东北部，对于控制整个测区十分不理想，因此在原有的三个D级控制点上进行加密布设。加密控制点在四等 GPS控制点基础上，采用E级GPS网加密，整个E级控制网布设10个控制点。控制网网型如图1所示。

点位布设满足的条件：①点位的选择符合技术要求，利于扩展与联测；②点位的埋设基础稳固，便于长期保存，有利于扩展；③点位便于安置接收设备和操作，视野开阔其高度角>15 ̊；④点位一般远离大功率无线电发射源200 m左右。

2控制点选埋

①E级GPS点均在测区范围内，距作业现场最远的不超100 m；②E级点均选择在土质坚实的地方，或者稳固的建筑物上，避开通讯发射塔、高压线等强磁场的干扰，以及远离散热塔、散热池、高烟囱发热体的影响；③控制点的编号按字母+顺序号的原则命名，如E01。埋石上方为点号，下方为日期：2011.11；④埋石为现场浇注混凝土，规格尺寸按照技术设计要求浇注；⑤埋石后及时绘制点之记，在附近稳定明显的地物上写上点名，用红色油漆标注，标明点位的方向和位置。

3GPS控制点测量

3.1观测

E级GPS控制点使用3台华测X20单频静态GPS接收机、2台华测X90接收机进行同步观测，标称精度5 mm+1 PPm×D。观测前，严格根据星历预报认真编制观测計划，每一个时段的同步观测，卫星有效颗数≥4颗，PDOP值<6，卫星数据采样率为15 s，卫星高度角均>15 ̊，各条观测基线的整周模糊度因子>1.5，保证了卫星与接收机之间具有较强的图形强度；平均重复设站率为2.2，观测时间最短的为60 min，在观测之前与之后分别严格量取仪器高度1次，精度取至1 mm，观测前和观测后的仪器高度差应<2 mm，取其平均值为最后结果记录在观测手簿中。

3.2数据处理

E级GPS控制网基线预处理、数据质量检核及平差计算均采用华测公司研发的随机软件“华测Compass GPS静态处理平差软件”在计算机上进行。

①基线处理。基线解算,参考基准是1980西安坐标系，以同步观测的时间段为单位，采用广播星历按单基线双差固定解进行解算。各条基线均加入了空气传播延迟的修正，通过删除卫星、删除时间和选择不同的误差改正模型等方式进行人工干预，解算基线。

②数据解算、数据质量校核。外业数据的采集按《全球定位系统（GPS）测量规范》要求的指标进行全面校核，各项质量经过检验后，均符合要求。各项限差要求如下：

边长中误差σ≤（mm），重复观测基线边长互差ds≤2，

同步环：Wx、Wy、Wz（mm）≤/5，异步环：Wx、Wy、Wz（mm）≤3σ/5

注：D为网平均边长，cm；n为环边数；σ为标准差，单位为mm；a为固定误差，b为比例误差系数。Wz的精度指标可放宽一倍。

全网同步环共16个，闭合差最大的为0.93 ppm，闭合差最小的为0.03 ppm，闭合差平均值为0.363 ppm。

全网异步环共13个，闭合差最大的为1.83 ppm，闭合差最小的为0.31 ppm，闭合差平均值为0.981 ppm。

重复观测基线4条，最大的为1.55 ppm，最小的为0.87 ppm，平均值为1.31 ppm。

以上三项精度指标均小于规范规定限差值，则满足要求。

③1980西安坐标系三维无约束平差。1980西安坐标系三维无约束平差主要进行内部精度分析、单位权方差基数估算、粗差分析，提取基线构网。进行基线向量的校核，合格之后利用“华测Compass GPS静态处理平差软件”以三维基线向量及其相应的方差-协方差阵作为观测信息，以D级GPS控制点D006、D015、D044三点作为约束点，即可得出该GPS控制网的1980西安坐标系三维无约束平差，其结果见表1、2、3。

求得各基线分量改正数绝对值均满足：VΔX≤3 σ，VΔY≤3 σ，VΔZ≤3 σ。

④1980西安坐标系二维约束平差。1980西安坐标系三维无约束平差后，采用“华测Compass GPS静态处理平差软件”利用精度较高的基线观测量，在1980西安坐标系内进行二维约束平差，以D级GPS控制点作为起算点（D006、D015、D044三点），选取不同的拟合路线，采用附加地形改正的曲面拟合方法进行拟合，以检验E级GPS控制网的平面精度，平差后均符合《全球定位系统（GPS）测量规范》。1980西安坐标系平差精度（E级GPS控制网）见表4。

1980西安坐标系二维约束平差中各基线分量改正数同样是利用“华测Compass GPS静态处理平差软件”和1980西安坐标系三维无约束平差同一方法求得，平差后两者的基线相应改正数的较差比较，其绝对值均满足：dvΔX≤2 σ，dvΔY≤2 σ。

GPS控制网的网形设计，布设方式，控制点位置选择、埋设方式，以及标志设置符合规范,基线数据质量较高、平差成果准确可靠。以上GPS控制网的设计工作完成之后，即可开展下一步的外业数据采集。

本次宣城市开发区水系调整规划测量工作中，测区范围大、通视条件较差、工期紧、任务量大、质量要求高，在综合了GPS平面控制测量性能后，在保证作业质量的前提下，极大地提高了工作效率和减少劳动强度。

参考文献：

[1] 李元生.GPS控制网设计[J].价值工程,2012,(21).

[2] 景琦.新型GPS控制网布设及应用[J].全球定位系统,2012,(4).

[3] 刘基余,李征航.全球定位系统原理及其应用[M].北京:测绘出版社,1995.

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