公路工程GPS静态控制测量技术研究

公路工程GPS静态控制测量技术研究

刘双成

湖南路桥建设集团有限责任公司 湖南长沙 410004

摘要：通过对公路工程新建GPS点的静态控制测量实例，介绍了静态控制测量在设计选点、观测、数据处理和精度评定上的一些经验和方法，对类似的GPS控制测量工作有一定的借鉴作用。

关键词：GPS；公路工程；静态测量；控制测量

GPS定位技术适合控制网的测量，但GPS等级点的测量对精度要求很高。经过近年来的发展，通过合适的方法，规范操作，GPS静态控制测量已经具有很高的可靠性，能达到很高的精度。本文以某新建公路工程GPS等级点的静态控制测量为例介绍了GPS控制测量应注意的一些问题。

1 GPS静态测量的特点

（1）测量精度高。GPS测量的相对精度一般在10-5-10-9，边长精度通常可以达到10-6以上，这是地面常规测量方法很难达到的。

（2）选点灵活，无需通视。由于GPS测量不要求测站间通视，因而选点时只用考虑外业观测条件和应用需求，大大提高了选点的灵活性，使控制网有较好的网形。

（3）可全天候作业。理论上，GPS测量可以在任何时间、任何气候条件下进行，这一特点方便了观测作业，有利按时、高效地完成控制网建立。

（4）操作简便。外业观测和数据处理的自动化程度高，作业人员只需对中、整平、量取天线高、开机设置参数以及必要的记录，剩下的观测工作由接收机自动完成。

（5）可获得三维坐标。GPS测量可以直接测量定点的三维坐标（大地经纬度和大地高）。

2 GPS静态测量工程概况

某公路工程路线全长1.848km，双向4车道高速公路，设计速度120km/h，路基宽度40m；最大纵坡6%；线路走向位于山地林区，测区面积大约1.1平方公里，线路上空有4条超过500kV的高压输电线横向分段穿过。

3选点、布网

根据本次控制测量的目的、精度、密度要求，在充分收集和了解测区范围、地理位置、气候、交通条件、人文等以及原有控制点的精度、分布和保存情况的基础上，对本区进行GPS点位的选定和布设。

3.1 控制点布设重点技术问题

本公路项目测区控制点布设的核心问题是，如何避免高压输电线电流的干扰，尽量保证控制点的通视效果方便后续加密点布设，提高控制点的利用率。控制网布设技术措施如下：

（1）采用“之”字形走向布设，避开上空高压输电线电流干扰。

（2）选择在施工结构物附近布设控制点（如挡墙、涵洞、桥梁、天桥）可减少后续加密点测量工作任务。

（3）利用有利地势尽量将控制点布设在地势较高且周围开阔视线较好的区域；并将控制网的横向网形拉开保证网形质量，对最终数据平差处理具有重要作用。

3.2 控制点布置原则

（1）尽可能的选择测站点四周开阔，15°上空无遮挡。

（2）尽可能避免电磁波干扰源，距离无线电发射台大于200m，距离高压输电线大于50m；

（3）减弱多路径效应的影响，观测站附近不应有大面积的幕墙、水库、林区、玻璃反射物或对电磁波反射（或吸收）较强的物体。

（4）观测站应选择在交通方便且易于保存的地方。根据布置原则，经现场勘察并计算各边长度及控制网夹角，根据设计单位提供的控制点Z4、Z5、Z7、Z8、D14之外另增加两个加密点ZD3、ZD5来增强控制网的几何条件，测站点周边开阔视线良好，地理位置优越。

4外业测量

4.1施测方案

根据设计图纸，该段公路设计静态GPS控制网平面复测等级为四等。布网方法采用边连式，测站观测调度采用翻转式。本次平面控制测量控制点为工程施工主控制网，计划3d时间内完成测量外野数据采集及内业数据平差处理。

4.2测量等级规范要求

以《卫星定位需市测量技术规范》标准中规定的GPSE级点为标准，站点观测大于1.6时段，每个时段大于等于40min，具体要求参见表1、表2。

表1GPS测量的主要技术要求

表2GPS观测的主要技术要求

PDOP（空间位置精度因子）反映定位精度衰减的因子与所测卫星的空间几何分布有关，空间分布范围越大，PDOP值越小，定位精度越高；反之，PDOP值越大，定位精度越低。

4.3人员设备要求

针对公路工程线路地理环境较复杂通视效果差等因素，为达到施工测量的高精度和提高测量工作效率的目的，避免影响施工质量和进度，复测配备了先进的、高精度的测量仪器以及经验丰富的测量人员加以保证。

人员投入情况：测量队长1人；测量技术人员4人，共5名测量专业技术人员。

测量仪器：中海达V30接收机5台套（双频），便携计算机2台，打印机1台，卡西欧计算器2台，汽车1台，GPS接收机基座5个，脚架5个，温度台，仪器维修工具包1个。

作业人员应遵守安全生产管理制度和操作细则，爱护正确使用仪器、设备、工具、及安全防护装备，服从安全管理，了解其作业场所、工作岗位存在的危险因素及防护措施；外业人员还应掌握必要的野外生存、避险和相关应急技能。

4.4测前准备工作

（1）查看卫星星历选择卫星分部良好的时段经行数据采集。

（2）对使用的测量仪器设备经行检定校核，消除仪器测量偏差（含GPS检定、基座、脚架检查）。

（3）查看近期天气预报选择良好的天气进行观测，避免在阴雨天、大雾天、多云等不良气候条件下观测。

（4）调试仪器测设模式、采样间隔、卫星高度截止角；查看仪器观测记录是否正常。

（5）编制外业观测记录表包含观测日期、时段、设备型号、仪器编号、仪器高度、观测过程情况说明，并打印整理以备使用。

（6）了解测区地理位置、范围、控制网的面积。

（7）掌握GPS控制测量精度等级、点位分布及点的数量。

（8）熟悉测区交通情况、水系分布、植被情况、居民分布情况、原有控制点等级情况。

4.5数据采集

采用5台GPS设备同时进行数据采集，测量调度采用翻转法架站采集，共观测2个测回。一共有7个控制点，其中5个为已知点2个为加密点。首先5台机子分别架设在Z5、ZD3、D14、ZD5、Z4上进行第1个测回观测，随后将Z5、ZD3这两个观测点上的仪器设备转移到Z7、Z8点上架设，其余3台仪器设备保持在原有测站点上不变。在同时开机进行第2测回的数据采集。

数据采集过程应注意事项如下：（1）仪器设备同时段开机、关机进行数据采集。（2）仪器设备采样间隔、卫星高度截止角设置参数保持一致。（3）仪器观测过程中不可以断电如果发生断电则该测回需要重新进行数据采集。（4）保持仪器脚架的稳定性，基座严格对中，从不同方位准确量取仪器高度取平均值（测量精度0.001m）。（5）外业记录手簿要详细记录，字迹清晰，点号、仪器编号、高度尤其重要，数据不得有误。（6）仪器更换电池需要注意将机头卸下后再更换电池。（7）开机后在仪器5m范围内不允许使用手机、对讲机，避免对接收机的信号产生干扰。（8）观测过程中记录人员不得超过仪器10m远，测量过程中注意观察仪器测量状态。

5内业数据平差处理

5.1内业数据处理流程

数据传输拷贝→修改观测文件点名→打开平差软件→导入观测文件数据→修改仪器高度→基线解算→检查基线是否合格（如不合格）→修改采样间隔、卫星高度截止角、人工处理基线残差序列→再次解算→检查重复基线、同步环、异步环是否合格→输入对应已知点进行平差处理→三维平差→二维平差→高程拟合→网平差处理→生成平差报告。

5.2软件参数设置

平差软件采用HGO平差处理，首先新建项目：输入项目名、选择保存路径；设置项目属性输入项目基本信息项目名称、施工单位、责任人、测量员、测量日期相关信息。再进行限差设置，测量规范选择《全球定位系统（GPS）测量规范》2009版。测量等级选择D级、仪器精度10、比例误差1。

坐标系统设置：椭球选择源椭球与目标椭球，根据设计提供的测量资料源椭球采用WGS84，当地椭球采用北京54。投影设置：投影方法采用高斯投影三度带，中央子午线103°，东向加常数500000，投影高度1950。

5.3数据导入

数据导入可以多选导入、导入目录、导入手簿项目数据导入时软件信息状态栏会进行相应提示及观测位置点位自动纠正。

5.4检查观测数据质量

（1）单点定位与质检：查看质量检查栏是否提示指标超限或通过，以及其他指示初步判断数据好坏。

（2）观测序列图：查看卫星观测序列图完整情况判断数据的好坏。

（3）卫星图：通过卫星图查看观测位置卫星被遮挡情况、及信噪比图判断静态数据的好坏。

5.5基线处理

软件自动处理基线有时会出现基线重复基线、同步环、闭合环不合格的情况，对于不合格基线、重复基线、同步环、闭合环，单独处理对应的基线，直到全部符合项目属性设置的规范要求为止。

5.5.1基线处理详细步骤

（1）选择基线处理设置解算设置参数，保存至全部。

（2）点击菜单栏的基线处理选择处理全部基线，软件自动解算全部基线；或者点击导航栏的处理基线选择处理全部，软件自动解算全部基线。

（3）继续处理软件自动解算不合格基线、同步环、异步环、重复基线直到合格为止。处理基线时，主要看两个指标：ratio值、rms值，ratio值>2，越大越好，最大99。rms值基线中误差，越小越好，一般调整<8mm。考核基线质量的附加条件有：重复基线、同步环、异步环。GPS为静态解算的主要卫星，Glonass和北斗作为辅助，使用基线残差序列处理基线时，尽可能保留更多的GPS卫星信号。

5.5.2不合格基线产生的原因

①观测时间过短；②测区内有遮挡；③观测位置有信号干扰；④多路径效应。

5.5.3不合格基线处理方法：

（1）通过“解算设置”参数，即调整高度截止角、采样间隔、最少历元数、GNSS卫星系统与解算、BDS或GLONASS不参与解算，然后保存至“选中”，单击菜单栏“基线处理”选择“处理选定基线”；或点击鼠标右键选择“解算”，直到该条基线合格为止。

（2）有时通过设置解算设置参数，发现基线还是不合格，则可以结合调整基线残差序列来进行交叉处理，这是基线处理的强大工具，但此方法工作量较大。基线残差序列处理方法①把偏离中线较大的卫星信号截掉；②把波动较大的卫星删除；③把质量差的卫星信号去掉；再次解算，反复处理，直到各条基线均合格为止。

（3）如果未通过的同步环中有一条基线重复出现，表明这条基线的同步环观测质量差，对于这条基线，可以选择禁用。

5.6平差处理

（1）把站点转为控制点。选择测区较远且点位精度较高的两个控制点，转为控制点，编辑控制属性，输入已知坐标。

（2）平差设置。根据项目情况及已知点情况，选择设置平差相对应的参数、基线定权。

（3）选择平差类型。自由网平差、约束平差、二维约束平差及高程拟合，点击自动平差或单个平差。平差时查看X2检验，和Tau检验是否通过，如果不通过，返回检查基线。自由网平差精度见表3，三维约束平差精度见表4。

表3三维自由网平差精度表

表4三维约束平差精度表

（4）导出平差报告。平差报告参数设置后，生成并导出报告，查看平差后目标站点坐标。

5.7测量成果质量检查评定内容

（1）使用仪器的精度等级、状态。（2）外业观测过程中多余观测、各项限差、技术指标情况。（3）记录完整准确性、记录项目齐全性。（4）提交成果完整性、准确性。（5）技术报告内容完整性、统计数据的准确性、结论的可靠性。

6结束语

GPS静态测量可实现测站之间无需通视，定位精度高、测量时间短、操作轻便、提供三维坐标、全天候作业，对公路工程测量具有重要作用。目前该项目控制网复测已按所述相关测量技术要求规范完成施工复测工作，有效的避免了高压输电线电流对接收机信号的干扰，充分利用地形地貌将控制点的利用率发挥最大化，保证测量成果精度，控制网的布设和后续做加密使用达到的预期效果。

参考文献：

[1]CH/T2009-2010 全球定位系统实时动态测量（RTK）技术规范[S].

[2]GB/T 24356-2009 测绘成果质量检查与验收[S].

[3]韩宝明.浅谈对GPS不合格基线处理的几种方法[J].建筑工程

技术与设计，2018,（2）: 539．