GPS测绘技术在线形工程测量中的应用_gps工程测量应用研究

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GPS测绘技术在线形工程测量中的应用

摘要：在线形工程测量中，应用GPS测绘技术不但精度有保证，而且方便、快捷，节省人力物力，本文在诉述GPS测绘技术在线形工程测量应用中GPS控制网的布设、外业测、内业差处理的同时，也阐述了各过程易出现的问题及处理方法。

关键词：GPS；长线测量；测绘

随着测绘技术的发展，GPS测绘技术已广泛应用于线形工程的方方面面，如道路、管线、长距离输水、电、气、油管路勘测等，以前按传统的控制测量、工程测量控制方法建网观测，工作量大、测绘时间长、效率低，同时在网形布设、观测方法、误差控制等方面都存在一定的问题，再加上线路狭长，周围控制点少，给测绘工作带来不便。线形工程中利用GPS测绘技术较好地解决了上述问题。1 GPS线路控制网的布设特点

用GPS技术分级建立线路控制网，线形工程长达数百千米，甚至上千千米，利用GPS技术能很好地解决这一问题，因为其布网形式灵活，与国家高等级点联测时，其边长不受限制，点间又不要求通视。控制网呈狭长状布设，每个闭合环至少含一条数千米的长边，与相邻互相通视的短边点相连，形成混合网。其网图采用分级布网，具有较高的精度及较高的可靠性，同时保证同级网点精度均匀。另外，高等级控制网统一布设，为次级加密测距导线提供高等级的控制点。2 GPS线路控制网的布设形式 2.1 线路控制网

线路控制网是由多个边连式、点连式基线形成的异步环构成的混合网。规范规定，每个独立环或附合路线不超过6条边（C级平均边长10~15 km，D级5~10 km），并与国家高等级点联测。2.2 GPS线路导线

（1）选点灵活，点位基础坚实稳定，便于安置仪器操作，便于布设通视方向，并能用常规方法扩展与联测。（2）相邻点不必都通视，只要有1对相邻点通视即可。

（3）每条GPS基线向量连同高一级GPS网点的基线向量，构成异步环作以检核。

（4）线路过长时，若跨多个投影带，可在分带交界附近布设一对互相通视的GPS点与国家控制点相连，以使测区内投影长度变形不大于2·5 cm/km。

（5）GPS控制网与附近高等级国家平面控制网点联测点不应少于3个。当控制网边长过长时，宜增加联测点，并使联测点分布均匀且能控制本控制网。

（6）低等级线路测量自成系统，不与国家高等级点联测时，其布网方式更加灵活，可采用网（1）作业组严格按调度计划，按规定时间进行同步观测。

（2）接收机启动前和作业过程中，应随时填写测量平差手簿中的项目、格式及内容。①接收机记录后，观测员及时将测站信息记录于手簿，发现异常，及时报告调度人员，采取相应措施；②接收机记录后，禁止人员或其他物体触动天线或遮挡信号，引起信号失锁；③观测期间，不得在天线附近50 m内使用电台，10 m内使用对讲机及手机以免干扰；④同一时段观测过程中，不能将接收机关闭又启动，进行自测试、改变卫星仰角限、改变天线位置、变换数据采样间隔，更不能关闭文件或删除文件等；⑤避免多路径效应误差，测站应远离大面积平静的水面（水面能反射卫星信号），测站不宜选在山坡、山谷及盆地中，测站宜远离高大建筑物（阻碍卫星信号）、高压输电线及发射台（塔）等电磁场干扰的地方。3 外业观测应注意的问题 3.1 观测计划线路控制网

编制观测计划表，对作业组按计划表下达作业调度命令。在实际作业中根据情况作出调整，做到统一指挥，协调作业，发现问题，及时解决。3.2 对观测员的要求

必须熟练掌握GPS接收机性能及作业过程，并能处理外业观测中可能出现的问题。

3.3 观测作业过程要求

测量平差手簿中的项目、格式及内容。①接收机记录后，观测员及时将测站信息记录于手簿，发现异常，及时报告调度人员，采取相应措施；②接收机记录后，禁止人员或其他物体触动天线或遮挡信号，引起信号失锁；③观测期间，不得在天线附近50 m内使用电台，10 m内使用对讲机，以免干扰；④同一时段观测过程中，不能将接收机关闭又启动，进行自测试、改变卫星仰角限、改变天线位置、变换数据采样间隔，更不能关闭文件或删除文件等；⑤避免多路径效应误差，测站应远离大面积平静的水面（水面能反射卫星信号），测站不宜选在山坡、山谷及盆地中，测站宜远离高大建筑物（阻碍卫星信号）、高压输电线及发射台（塔）等电磁场干扰的地方。4 内业平差优化处理 4.1 GPS控制网的边长精度

GPS网主要用于布设首级平面控制网，每隔数千米布设一对互相通视、边长在500~1 000 m的埋石点，这样形成长短边较悬殊的控制网。为了能有效地检核外业基线成果，网中必须形成符合网形要求、满足规范和等级要求的异步闭合环。尽管基线解算符合要求，因边长过于悬殊（几百米至几十千米），若将长短边一起参与平差，就会降低短边的精度，影响整网的精度（原因是长边系统误差明显大于短边系统误差，长边绝对误差比短边小很多）。4.2 内业平差优化处理

由于上述线路GPS网点位的特点，通过多次实践提出了一个有效的优化处理方法，将平差处理中形成异步环较长的边（10 km以上）只作为检核基线成果的解算，不纳入网平差，这样能提高GPS网点的精度。4.3 基线检验具体过程

（1）同步环闭合差检验。基线所组成的同步环应进行闭合差检验，其闭合差应符合规定：ωx≤n /5σ，ωy≤n /5σ，ωz≤n /5σ，ω≤3n /5σ。其中，ωx、ωy、ωz为坐标分量闭合差；ω为环的全长闭合差；n为闭合环的边数；σ为相应等级规定的精度。

（2）异步环闭合差检验。若干条独立边或采用不同数学模型解算的同步边组成的闭合环，其闭合差应符合规定：ωx≤3nσ，ωy≤3nσ，ωz≤3nσ，ω≤3 3nσ。

（3）重复观测基线边的检验。重复观测的基线边较差应符合规定：ds≤2σ。所有基线解应进行独立环检验，一般情况下网中不得有不参加闭合差检验的基线存在。

（4）优化处理。确定待定点传算路线，在待定点均能解算的情况下，将控制网中形成异步环的较长边删除，再进行自由网平差、三维约束平差、二维约束平差。尽管表面上网型类似支导线，基线边为点连式，但基线已进行过检核，其解算成果还是可靠的。平差作业中异常问题及处理方法

（1）单一基线解算。方差比、均方差、中误差、精度因子符合要求，而同步环坐标分量闭合差超限，数值达2×10-4~4×10-4，说明基线外业观测中存在粗差，通过异步环闭合差检核，人工剔除含有粗差基线边。（查基线详解分析，外业观测中因电信号干扰或其他情况阻挡信号，导致信号失锁，引起周跳，而周跳又没有得到修复引起粗差。）

（2）线路控制网平差。基线解算合格，同步环、异步环检验通过，平差成果中仍有几个点坐标错误。检查外业观测记录及存盘数据文件，发现一个测站点在2个观测时段内赋予了2个测站名，且与以前测站重名，基线边强制平差，产生粗差。修改测站名，重新平差，结果正确。

（3）线路控制网基线边检验。线路控制网中各基线边检验时，利用自由网平差、三维约束平差、二维约束平差成果发现有一点高程错1 m左右，检查基线解算，起算数据及平差过程，没发现异常，检查外业观测记录、测站信息、仪器高时发现有一站仪器高输错1 m，将仪器高更正，重新平差，结果正确。

（4）异常问题处理。采用独立坐标系时，以线路中任一点坐标起算，按独立系转换法平差，平差后发现控制点点位与实际位置反相，出现错误，通过检查发现，二维约束平差时，平差参数的中央子午线经度值错误，修复错误，重新平差，结果正确。连式、边连式、点连式或铰连式（指沿线路方向，布设成具有新结点，同步环与同步环相套）的布网方法。参考文献：