GPS卫星定位技术在城市供水工程中的应用

商博

（河南省水利勘测有限公司，河南　郑州　450003）

GPS卫星定位技术在城市供水工程中的应用

商博

（河南省水利勘测有限公司，河南郑州450003）

本文主要介绍GPS静态测量在施工控制测量中的应用，在观测过程中注意基线结算的影响，动态RTK技术在施工中的应用计算及精度评定，同时阐明GPS在实际工作中的优越性及发展方向。

GPS；静态测量；动态RTK测量；卫星定位

随着科学技术的发展，测绘技术也在不断的更新完善。由经纬仪到全站仪器到GPS卫星定位，测绘工作发生了根本性的变化。目前GPS卫星定位已取代三角测量，成为建立控制网的重要方法，近几年发展成双星定位甚至多星定位，大大地提高了测量的水平精度及高程精度［1］。

1　传统导线测量

图1所示为传统控制测量的网图布置，从图1可以看出，传统控制测量图形强度不高，而且对边长要求比较高。两次测量边长操作起来更难控制。中间程序，人为操作有很大的不稳定性，对操作人员有很高的要求。

2　静态测量

2.1静态测量在工程测量中的应用——边连式

某城市供水工程基础控制网是边连式（共计14个点），当有n台仪器共同作业时，每观测一个时段就可以测得n-2个新点。其特点是观测作业方式具有较好的图形强度和较高的作业效率，点与点之间可以不通视。网图布置如图2所示。

图1　传统控制测量的网图布置

图2　静态测量的网图布置

出测前，作业员对GPS主机、电池、脚架和对讲机等进行认真的检查，了解GPS内存数据容量、各GPS点所处的环境；作业前，对GPS的各项设置进行检查，包括静态观测模式、高度截止角、数据采样率、天线类型等，认真架好仪器，对中（天线对中误差不得大于3mm）、整平（天线集成体上的圆水准气泡必须居中，没有圆水准气泡的天线，调整天线基座脚螺旋，使在天线互为120°方向上量取的天线高，互差小于3mm）。GPS网平面观测技术要求见表1，解算质量如表2所示。

表1　GPS测量主要精度要求

表2　解算质量

其中，环1，0214——0212——0211闭合差0.002 5m；环2，0214——0218——0216闭合差0.020 9m；环3，0214——0216——0217闭合差0.020 2m；环4，0209——0212——0211闭合差0.002 0m（以其中的部分环为例）。

2.2平面控制测量精度统计结果

从表3统计结果可看出，静态测量主要是解决控制网问题，单点定位考虑的是整体的精度。当个别点的平面高程精度较高时，需要考虑的是最弱边、整体的网形。本组数据中需要代入已知点进行平差计算。随着CORSS的出现可以不带入已知点进行平差，根据84坐标直接解算北京54坐标或者西安80坐标。表3中平面高程精度和环闭合差都满足精度要求，经过和传统测量比较得出结论：静态观测数据完全能满足施工精度要求且是厘米级精度。

以上平面高程质量解算精度很好，能满足工程施工要求，但是在观测过程中一定要注意GPS基线解算过程中对前提条件的判断。

表3　平面控制测量精度统计表

2.3静态测量存在问题与解决措施

2.3.1已知点坐标使用错误。错误的引用会使整个坐标系统大范围的平移，从而导致解算结果严格的不匹配，即当地坐标和WGS-84不统一。解决办法就是采用长时间的单点定位结合CORSS系统获得该点的WGS-84坐标，从而计算出北京54坐标和西安80坐标；也可用于基线解算的整个控制网，对所有基线起点坐标的点的坐标和衍生，使基线结果有系统性偏差，然后再进行严格的GPS网平差。

2.3.2同步卫星观测，个别航道上的卫星观测时间太短。可以通过LOGO软件人为的删除某个时间段的卫星或者屏蔽该航道上的卫星，通过反复的调节可以提高整个网平差的精度。特别是F检验不合格时可以着重从这个角度去检查，如表4所示。当F检验超过1时不合格，通过删除卫星重新进行结算。

表4　网平差分析表（测试）

表5　GPS基线向量残差

2.3.3卫星周跳严重的解决办法。可以从基线解算后所获得的观测值残差上来分析个别卫星经常发生周跳，可以通过LOGO软件人为删除某个时间段的卫星或者屏蔽该航道上的卫星，如表5所示。从表5可以明显看到，JP3-JP5残差较大，可以重点看JP3和JP5同步卫星的观测时间出现跳动幅度较大的时间段，进行屏蔽或冻结。还可以通过LOGO软件中的基线总览中的PDOP值的大小来确定周跳严重的时间段及在哪个点上，如表6所示。表6中的PDOP值很好，当大于10时可以作为重点分析对象。

表6　基线总览表

3　动态测量

GPS RTK测量是依据后方交会原理实时给出当地坐标，就必须实时进行坐标转换。以某一城市供水工程为例，转换参数精度如表7所示，残差统计结果见表8，检验结果见表9。

表8　残差统计表

表9　检验表

从表8可以看出残差计算很好，最大值为2mm；当超过5cm时认为不合格，残差大的点不能参与计算，同时说明该点出现位移或沉降。从表9比较数据可以看出，平面坐标的结果互差最大22mm，高程互差最大值15mm，可以作出结论GPS RTK测量结果的精度均达到厘米级，完全能满足在工程施工精度要求。而在计算转换参数时，要注意参与计算的点要平均分布在测区周围及中心，尽量避免几个点在一条直线上。如果在一条直线上会出现距离已知点越远其误差越大。此外，为了测量数据的准确性，最好选5个以上的点利用最小二乘法求解转换参数。通过动态测量校核已知点，检验是否能达到精度要求，经过校验满足要求的转换参数认为是可靠的。

4　GPS卫星定位系统在工程测量中的优越性

从工程测量实施应用中可充分看到GPS测量的优越性，充分显示了这一卫星定位技术的高精度和高效益。对于常规测量，所需人员包括一个选点人员、一个后视棱镜和一个前视棱镜、一个观测者和记录人员，所需人员多；不同等级的路线测量对几何图形和前后视距有严格要求；在测量过程中会受到通视条件、天气因素的限制；程序操作比较复杂，需要开展计算方位角、水平距离等一系列的工作。

相比常规测量，GPS卫星定位系统在工程测量中的应用体现出如下优越性。①需要人员少，操作简便，GPS测量的自动化程度很高。采用GPS卫星定位技术测方格网，比常规方法有更强的适用性。网形简单，点的疏密和边的长短可灵活选取，即使离控制点较远也可以连接起来，不存必须通视的情况，并有效控地制网的方向，不会出现传统测量随着边长增加而出现累积误差。②GPS间不要求相互通视，点位的选择更为灵活，可以自由布设。③卫星定位网大大淡化了“分级布网，逐级控制”的布设原则。不同等级之间的依存关系并不明显，高级网对低级网只起定位和定向的作用，不发挥整体控制作用。④控制点位置是彼此独立直接测定的。传统控制网中各元素之间的依赖关系和推算公式不再适用，有关误差的传播和累计关系发生了变化，最弱边、最弱点的概念已不重要。

5　结语

GPS测量技术的应用，将极大地推进工程测量技术的发展，使城市大地测量和工程测量手段实现全自动化，大大提高经济效益。

［1］陈传胜，李岚发.控制测量学［M］.北京：煤炭工业出版社，2001.

Application of GPS Satellite Positioning Technology in Urban Water Supply Project

Shang Bo
（Henan Province Water Conservancy Survey Co.Ltd.，Zhengzhou Henan 450003）

This paper mainly introduced the GPS static measurement in construction control measurement in the application，the influence of the baseline settlement in the course of observation，application calculation and accuracy evaluation of dynamic RTK technology in construction.Meanwhile，this paper discussed the GPS in the actual work of superiority and development direction.

GPS；static measurement；dynamic RTK measurement；satellite positioning

TU991

A

1003-5168（2016）06-0028-03

2016-05-28

商博（1980-），男，项目经理，研究方向：GPS卫星定位技术。