1、Gps在平面控制測量中的應用作者:日期:GPSft公路控制測量中的應用 劉曉峰孫立雙鄭洪濤 （大連市交通規劃勘察設計院）摘 要本文結合工程實踐，介紹 GPS（衛星全球定位系統）在公路控制測量中的應用，對控制網布設過程中存在的一些問題進行了探討 .關鍵詞控制測量，GPS靜態，動態公路勘測規范定義公路控制測量分為平面控制測量和高程控制測量.平面控制測量的目的是測繪路線帶狀地形圖，以及現場控制路線走向，其測量方法可分為GPS （衛星全球定位系統）測量、三角測量、三邊測量、導線測量等方法；高程控制測量采用水準測量， 其目的是在公路沿線布設高程精度比較高的水準點，可采用水準測量、光電測距三角測量等方法。

2、下面結合工程實踐，對應用 GPS （衛星全球定位系統）進行平面控制測量和高程控制 測量加以論述和分析。1平面控制測量GPS測量分為靜態定位和動態定位兩種測量方法，靜態測量的原理是采用載波相位測量差分法：在接收機間求一次差；在接收機和衛星間求二次差；在接收機、衛星和觀測歷元間 求三次差，解算出待測基線長度的精確解；動態測量與靜態測量原理相同，但可以達到實時 定位，其定位精度可達厘米級。公路全球定位系統（GPS）測量規范對應用 GPS定位技術布設平面控制網及其觀測技術指標都有詳細規定，工程測量依據此規范執行。我院98年引進ASHTECH公司的Z 12型號GPS測量設備，該套設備包括三臺接收機 （一

3、臺參考站、兩臺流動站）、兩部手簿（手持計算機）以及相關的基線解算、網平差、坐 標轉換等軟件.引進該設備后，我院投入技術力量進行了消化和吸收，在平面控制網的布設 和路線中樁放樣、 數據采集等方面加以推廣和使用。我院現承接一個公路工程項目，該項目路線設計長度 30km,路線平面控制網采用整體到局部分等級進行布設。路線所在測區屬平 原微丘區，沿線經過市區，通視條件不理想，因此考慮應用GPS定位技術布設平面控制網過去首級控制網和加密控制測量均采用GPS靜態測量技術，觀測方法無論是邊連式還是點連式，觀測時段較多，影響外業勘測效率。結合該工程具體情況以及GPS靜態定位和動態定位技術，我們嘗試對公路平面控制

4、網和高程控制網采用GPS靜態測量和動態測量相結合的辦法.靜態測量根據公路全球定位系統（GPS）測量規范規定、測區內國家三角點的分布情況以及沿線地形、地貌等特征，全線共布設 9個GPS首級控制點，其相鄰距離為 510km。 其中100、700、200、800、900、600號點是具有四等水準測量高程的聯測水準點，300、400、500號點是聯測的國家三角點（300、400號點是國家二級三角點， 500號點是軍 控點），首級平面控制網布置圖如下：圖一外業觀測前，通過下載衛星星歷文件，編制GPS衛星可見f預報表，選取最佳觀測時間。實地觀測時，每個測量時段觀測時間為90分鐘，有效衛星觀測總數均在6顆以

5、上。首級平面控制網共觀測 9個時段，兩天觀測完畢。內業數據處理采用 Ashtech公司提供的基線解算和網平差軟件，對觀測基線和同步閉合環進行解算和檢驗，基線解算均為差分固定解，同步閉合環檢驗結果如下：表觀測 時段觀測 點名X分量閉合差WxY分量閉合差WyZ分量閉合差Wz同步環閉合差W1100200126621003145320025272843005001119145100200500512561002003114147200700800267982008007841196001299表中基線解算精度以及同步閉合環精度計算公式參照公路全球定位系統（GPS）測量規范規定:0-a2 bd 2Wx

6、、n/5Wy . n/5Wz ，n/5 222-W Wx Wy Wz . 3n/5 一基線標準差（mm） a 固定誤差（mm）取a 5 b 比例誤差（mm）取b 1 d 相鄰點間的距離（km） n 同步環中的邊數W 一同步環坐標分量閉合差（mm）分析計算結果，發現 3、4、6觀測時段同步環閉合差均超限，在勘測時間緊的情況下， 選擇了對解算的基線進行篩選和比較，從而提高異步環的閉合精度。重新解算的異步環閉合差檢驗結果如下：表二閉合環 名稱點名X分量 閉合差WxY分量 閉合差WyZ分量 閉合差Wz異步環 閉合差WA700100400200 500600800700131222W28B1003004

7、0020050060080070010017182032表中異步環閉合精度參照如下公式：Vx 3、nVy 3 . nVz 3 ,n 222-V . Wx Wy Wz3, 3n一基線標準差（mm） n 異步環中的邊數 V 一異步環坐標分量閉合差（mm）計算表明，篩選后的基線組成的異步環閉合精度較高，完全滿足公路測量規范要求，確定GPS靜態觀測數據有效。1.2動態測量GPS靜態控制網平差過程中，采用北京五四大地坐標進行自由平差，平差后得到首級控制點的五四大地坐標，經過高斯投影轉換得到平面直角坐標；然后再采用WGS84大地坐標進行控制網平差，得到控制點的WGS84大地坐標。通過控制點的 WGS84大

8、地坐標與北京五四高斯投影平面直角坐標，計算坐標轉換參數，輸入手簿，準備工作完成， 即可進行外業動態測量。實際外業測量過程中，預先下載星歷文件，預測外業工作時間的衛星總數和幾何圖形強 度因子等衛星基本技術指標。進入測區后，選取水準高程較高的首級控制點作為參考站，連接發射電臺、接收機、天線、功放、電瓶等測量設備，確認無誤后，打開接收機，利用手簿設置參考站 WGS84大地坐標和天線高度，隨后進行控制點加密測量；選好加密 控制點，連接測量設備，打開手簿，設置流動站，通過參考站與流動站電臺之間的數據 傳輸，得到參考站的 WGS84大地坐標，輸入參考站及流動站的天線高度，通過控制點的WGS84大地坐標和高

9、斯平面坐標計算坐標轉換參數，隨后開始進行動態測量，每一個加密控制點的測量，都需重新初始化手簿，采集數據六次，在衛星狀況良好的情況下，采集一次數據，十幾秒鐘即可達到顯示精度 1cm以下，存儲數據，準備進行下一次數據采集。全線共布設加密控制點 54個，兩天全部測量完畢。外業測量過程中，對沿線已有的城 市規劃一級導線點進行了動態定位測量，經過內業計算，動態點位結果與城市規劃一級導線點比較結果如下：表二起終點一級導線距離(m)動態定位距離(m)二者差值(mm)相對比值96899690349。 803349.810749995969096931154.3831154.374913512196939694

10、415.402415.4042210789969496971100.5211100o 532119819696979698396.615396。 62375436496989699390.817390。 8161476192969996101601.649601.6454166440比較表中數據可以得出，動態定位結果滿足工程測量要求，說明GPS動態定位測量應用到平面控制測量中是可行的。2高程控制測量靜態測量GPS靜態測量控制網平差后得到的高程數據是大地高程，與正常高程之間存在高程異常，因此首級控制網需進行水準聯測，擬合測區的似大地水準面形狀，計算測區中其余未進行水準聯測的 GPS控制點的高程異

11、常值，進而求得待測點的正常高程。其計算方法有解析內插、參數回歸、濾波推法等方法，實際測量中，我們采用六參數擬合法確定正常高程，計算公式如下： 22i ao ai Bi a2 Li a3 Bia4 Li a5 Bi LiBi Bi BLi Li L 一 nBBi / ni 1一 nL Li / n i 1B 一大地緯度L 一大地經度 i 高程異常計算出待測點的高程異常值，通過公式Hr H j j即可計算得到待測點的正常高程值。2.1.2 首級控制網中包含六個水準聯測點，對其余待測水準點與 200、800號點進行GPS靜態聯測，控制網平差后得到待測點的大地坐標及大地高程，根據以上計算公式，計算出待

12、測點的水準高程，與待測點的已知水準高程進行比較，結果見下表：表四點名已知水準局程(m)靜態擬合高程(m)二者差值(m)BM0242。 28942.2870.002BM0336.55636.5450.011BM0419。 59719。 598-0.001BM0516。 79116.7780.013BM106。4586。460-0.002I 961016。5616.5650。004從表中數據可以看出，GPS靜態測量擬合得到的待測點正常高程精度較高，與已知待測點的高程值擬合效果較好，其精度可達到厘米級，這與測區屬平原微丘區、高程異常值變化小以及水準高程控制點分布合理有直接關系。因此根據以上計算結果，

13、 對于該工程可以認為GPS靜態測量能夠代替水準測量。2.2動態測量平面控制網加密過程中，計算坐標轉換參數既包含平面控制，同時也含有水準高程控制。動態數據采集可以實時得到待測點的三維坐標，其測量高程與已知水準高程比較如下：表五點名已知水準 高程(m)動態測量 高程(m)二者 差值(m)點名已知水準 高程 (m)動態測量 高程(m)二者差值(m)I 96938。0388.037-0。 001BM0419。 59719。 593-0。004I 96947。8477.8760。029BM0614.29014。 3420.052I 96976.0686。0920.024BM078.2808。3260.0

14、46I 96986。5366.5700.034BM106。4586.5150。057I 96997。0337.0550。022BM117。4767.467-0.009961016.5616。5880.027BM1616。 47716。 460-0。017BM0146.24446。 2830.039BM179.7709。7630O測量數據表明，GPS動態定位測量水準高程， 擬合效果不理想，且與已知水準高程偏差值無一定規律，一般在 5cm以內，可滿足中樁放樣、地形數據采集的定位精度3討論采用GPS靜態定位技術布設首級平面控制網，在公路工程中已被廣泛應用，實踐證明， 此種控制網布設方式，極大地提高了

15、勘測精度和勘測效率。應用GPS靜態定位技術，對平面控制網進行加密，雖然提高了測量精度， 但同時增加了觀測時間，因此工程測量中多選擇全站儀加密平面控制網。通過對以上測量數據白分析，結合該項工程，表明采用GPS動態定位技術加密平面控制網是可行的，但是在具體應用過程中，也存在著一些問題：第一，應用GPS動態定位技術進行平面控制網加密的方法尚處在摸索過程中，公路 勘測規范對 GPS動態測量技術的應用沒有相應規定，因此，實際應用中應結合工程具體 情況進行比較和選擇；第二應用GPS動態定位技術測量過程中，發現待測點的平面坐標精度優于高程精度； 在不同觀測時段，待測點的水準高程測量結果之間存在差異，其差值一般在5cm以內；變換參考站，對同一點進行觀測，得到的平面坐標存在差異，因二者差值較小，在相鄰較遠的兩個加密控制點之間可以認為是容許的.以上具體應用問題，經分析屬于理論模型的誤差，實際測量中這種差異是無法消除的；第三，應用GPS靜態定位技術加密水準點，測區內的水準高程控制點分布應合理，應 能夠反映測區的高程異常水平，并且需要對至少六個已知水準點進行控制網坐標聯測。因此 應用GPS靜態定位技術擬合水準高程，可以作為檢驗其它待測