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摘要:采用GPS卫星定位测量进行平面控制测量具有精度高、灵活性强、工作效率高等特点。近年来,我们应用GPS技术完成了公路勘测、公路工程、城市规划改建等测量工作,其中包括路兰新高速公路勘测、武罐高速公路定线复测、广东(增城、白云、花都)三市区的城市规划及浙江衢州开发区的规划等重点工程的控制测量、施工放样工作。通过本人近十七年应用GPS技术到工程控制测量的生产实践,下面重点总结一下在如何控制GPS测量的质量,如何提高其测量精度方面的一些做法和体会。
关键词:GPS;;数据处理;测量精度
1、提高GPS控制测量质量及精度的做法
1.1布网方案。GPS网应根据任务的要求、测区自然状况、交通条件进行设计,既要考虑近期建设的需要,又要考虑城市长远规划的需要及1:500数字化测图,图根点加密的需要,本着确保测量精度、速度快、费用省的原则布设。
(1)首先根据GPS网的等级确定其规范要求的精度和密度。例如GPS三等平面控制网要求平均边长4.5km,约束平差后最弱边长相对中误差不大于1/7万,故布设三等GPS网就要考虑边长在4.5km左右,精度要求:最弱点点位中误差不得大于±5cm,最弱相邻点相对点位中误差不得大于±3cm,各边边长相对精度不底于1/7万。
(2)点位选择应避开大功频率发射台或高压线,距离高压线不应小于100m,距离大功率发射台不宜小于400m。
(3)点位应避开由于地面或其他目标反射所引起的多路径干扰的位置。
(4)高度角为15°的上方,应无妨碍通视的障碍物。
(5)GPS控制网应同附近等级高的国家平面控制网点联测,联测点数不少于3个,并力求分布均匀,且能覆盖本控制网。当GPS控制网较长时,应增加联测点的数量。
(6)同一公路工程项目的GPS控制网分为多个投影带时,在分带交界附近宜同国家平面控制点联测。
(7)二、三、四等GPS控制网应采用网连式、边连式布网;一、二级GPS控制网可采用点连式布网。GPS控制网中不应出现自由基线。
(8)GPS控制网由非同步GPS观测边构成多边形闭合环或附合路线时,其边数应附合相应等级规范要求。
(9)首级布设时,宜联测2个以上高等级国家控制点或地方坐标系的高等级控制点;对控制网内的长边,宜构成大地四边形或中点多边形。
(10)布网应从起算点开始,以边连、点连混合方式连续构成整体网。连接后,应便于组成较长的同步环、异步环及复测基线,使GPS网具有较强的几何强度和多余观测及尽量做到重复设站,使GPS网具有一定的可靠性,为GPS网的整体精度提供有力保证。
1.2选点。选点的科学与否,也是影响GPS外业观测质量和GPS网精度的重要因素。选点应考虑GPS网的设计要求及测区的自然地理情况并结合规范的要求,一般说来选点应满足如下要求:
(1)点位应近可能选在土质坚实、稳固可靠、交通方便、便于埋设和长期保存的地方,同时便于安全安置接收设备、便于观测操作的地方。
(2)点位应选在视野开阔处,高度角在15°范围以上且上方天空没有障碍物。
(3)充分利用旧有控制点,应选成果精度符合要求的点,且其点的名称不易改变的;对仅有标石无成果或无符合要求的成果时,可借用其标石作为新点选取。
(4)点位应考虑日后用常规加密的方便,点位之间最好通视,或至少有一个通视方向。
1.3外业观测。外业观测的质量是保证GPS测量原始数据质量的重要环节。为提高其观测精度,在外业观测前要制定科学周密的观测计划.
首先通过微机设置测区近似经纬度,作业日期及时间,编制GPS卫星可见性预报表,包括可见卫星数、号,卫星高度角、最佳观测卫星组,最佳观测时间,点位精度因子等。根据上述预报选择最佳观测卫星组,最佳观测时间,制定好观测计划。确定每组观测使用接收机的台数和型号。具体还应满足如下要求:
(1)全网的同步观测时间均应安排在每天的最佳观测时段,每时段最少跟踪4颗卫星,精度因子PDOP值均小于6。
(2)在测站上,天线严格整平对中,天线固定标志大致朝北,天线高在测前、测后精确量取,互差不得超过2mm,采用平均值,读数精确到1mm。
(3)每时段观测时间根据规范要求,其时间长短,应根据基线的长短而定,基线长小于20km时,观测时间取90分钟为宜,数据采集间隔为10-60秒,一般采用30秒。
(4)观测过程中,观测者应坐在接收机旁,头顶不要超过天线,随时观察数据接收情况,如卫星数、信噪比及几何精度因子变化及点位周围环境因素,灵活掌握观测时间,若出现观测质量不佳的情况应及时联络各测站,可延长观测时间。
(5)为确保数据安全,每天的观测数据应及时传输至微机存盘保存。每天测站的点名、点号、仪器高、天线高的输入应准确无误。
1.4GPS的数据处理及GPS网的平差
(1)GPS基线解算及质量控制要提高GPS网基线解算的精度,必须做好观测数据的处理工作,检验每天观测数据的精度和有效性,每天必须及时地对外业观测数据进行计算、检验,即进行基线解算及同步环、异步环坐标分量相对闭合差、复测基线较差的统计和误差衡量,对误差超限的基线进行适当处理或进行复测,以确保外业观测数据的质量和精度。
(2)GPS网的平差和质量控制在WGS-84大地坐标系中的三维无约束平差。是以全网的坐标起算点起算,以GPS基线向量为观测值,在WGS-84坐标中进行三维无约束平差。平差后提供了WGS-84坐标系的大地坐标和地心坐标以及相应的精度指标。通过对精度指标是否超限来考察GPS网是否达到了较好的内部符合精度。如平差后的最弱边相对精度必须符合规范规定的限差要求。
2、如何提高GPS控制测量质量及精度的体会与建议
(1)对GPS网中已知点的坐标的精度要进行认真的分析和检验,避免利用那些存在较大误差的“已知点”作为平差计算或坐标转换的约束条件,其结果会影响GPS测量原有的精度,给GPS网的最后结果带来影响。检验方法,一是认真查阅这些已知点的等级、精度等资料,二是通过高精度的测距仪进行测距和已知点计算的边长进行比对,三是对已知点进行分组约束平差试算,找出匹配的平差精度高的已知点。
(2)对精度要求高,重点工程的GPS控制网的成果的检验,可在其GPS网内布设一级光电测距导线,从其测距导线的坐标闭合的相对精度,检验GPS测量最后的平面控制成果的精度,同时也检验了已知点的相对精度。
(3)采用GPS技术进行平面控制测量,具有精度高、灵活性强、工作效率高的特点,不但要求作业人员具有较高的GPS测量专业技术水平,而且更要有高度的责任心。这对确保观测数据质量和平差计算成果的精度是至关重要的。因为每一失误都有可能造成观测成果和内业计算成果的错误,造成返工或不可弥补的损失。具体要求是在静态测量中,要保证测站点名、点号、仪器高、天线高输入的正确。在内业平差计算时,要对约束点、校核点、平面坐标和高程的输入进行反复校对,保证其正确无误。在动态测量中,也要求观测者时时保持高度的责任心,如立杆者必须做到气泡居中,点位对中,误差在1cm以内方可测量,这是保证动态测量精度的关键,须认真做好。
(4)外业施测在在温度比较低(0℃以下)时,应提前20分钟对接收机进行加温预热。这样的观测数据的质量优于未经过接收机预热的观测数据。
3、结语
近年来,我们应用GPS技术完成了相当多的重点工程的测量工作,不难发现,采用GPS卫星定位测量进行平面控制测量具有精度高、灵活性强、工作效率高等特点。所以提高GPS测量精度在今后的工作中非常重要。
参考文献
[1]李成丰.提高GPS测量精度的分析及措施[J].改革与开放,2009(05):p134.
[2]王锴.浅析GPS技术在工程控制测量的应用及测量精度[J/OL].中国战略新兴产业:1-3[2018-03-27].https://doi.org/10.19474/j.cnki.10-1156/f.002547.