浅谈GPS在工程测量中的应用

陈战

摘要：在测绘领域，随着全站仪的推广普及，传统的经纬仪、测距仪逐渐被取代。近年来，随着GPS测量技术的发展，工程测量的作业方法更是发生了历史性的变革。GPS新技术的出现，可以高精度并快速地测定控制点的坐标。特别是应用RTK新技术，甚至可以不布设各级控制点，仅依据一定数量的基准控制点，便可以高精度并快速地测定界址点、地形点、地物点的坐标，利用测图软件可以在野外一次测绘成电子地图，然后通过计算机和绘图仪、打印机输出各种比例尺的图件。

关键字：GPS技术;工程测量;精度分析

Abstract: In the mapping field, for the popularization of tachometer, traditional theodolite, telemeter were gradually replaced. In recent years, with the development of GPS technology, engineering surveying operational methods are changed historially. The emergence of new technology GPS can aid to determine the coordinates of control points quickly and with high precision. Especially the application of new technology RTK can determine the boundary points, terrain point, geophysics coordinates quickly and precisely, even without the layouting all levels control points, just depending on a certain amount of benchmark control points.Using mapping software can mapping into electronic map just one time in the wild, and then print the diagrams with various scale through computer and plotters.

Keywords: GPS technology; engineering survey; precision analysis

中图分类号: TU198+.2 文献标识码：A文章编号：

建筑方格网是施工放样的依据，常规的全站仪等测量方法常遇到障碍物阻挡视线而难以施测，GPS定位技术的普及，为解决上述问题提供了新的工具。

1、工程概况

方格点测量采用德国ZEISS GPS接收机，标称精度±(5mm+1×10-6D)；新设方格点初设采用日本TOPCON GTS-701全站仪，标称精度数2〞，±（2mm+2×10-6D）；数据处理使用武汉测绘科技大学《GPS数据处理LIP3.1》软件在日本TOSHIBA便携机上进行。

为了避免误差累积，原有方格网的检测分两级进行。A级网设计为恒置的“日”字形，由靠近厂区四角及南、北线中点的6个点构成，并重新命名为A1～A6；其余现存点按B级点检测，已完全破坏的点不再恢复。

施工技术要求如表1

级别平均测量 卫星有效观时段数据采 点位中

边长 高角度测卫星长度样间隔 PDOP误差

/m模式 /(°) 个数 /min/s 值/mm

A600 快速静态≧15≧5 ≧45 10≦6 ≦8

B200 快速静态≧15≧5 ≧30 10≦6 ≦8

表1GPS方格网测量技术要求

2、方格网测量步骤

本次测量以4台GPS接收机同时设站组成大地四边形，每站测量完毕，2台仪器滞留、2台仪器迁站，保证2个大地四边形有一条公共边（即重复设站数为2）。因构网基本图形为大地四边形，图形强度好，故得到的数据精度高，为方格点快速趋近于设计点位创造了良好条件。

2.1 A级网的检测

以已知点GPS1/GPS2为起始点，在起始点及6个A级点上，用4台仪器分组设站，构成了由6个大地四边形组成的A级GPS检测网，如图1。

根据GPS测得的方格点坐标与设计坐标之差，对其点位进行归化改正。重复上述工作，使方格网点点位逐步趋近设计位置，当方格点坐标与设计坐标之差小于0.5倍点位中误差（±4mm）时，认为该点已满足设计要求。因A级网网形强度系数高，方格点经过一次改化，即全部达到了设计要求。

图1 A级网点位图形

2.2 B级网的检测

A级方格点确定之后，以6个A级点为起点，采用边连与嵌套相结合方式组成一个包括106个极点在内的附和大地四边形检测网。为避免误差累积，起始点坐标之差，对其点位进行归化改正。重复上述工作，使B级网点的点位逐步趋近设计位置，直到满足设计要求为止。

2.3 新设方格网的测试

根据工程需要，新设方格点按B级网精度测设，具体步骤如下：

采用全站仪在方格网点设计位置附近布设方格网导线点。

根据导线点的坐标及标高初放方格点的实际位置，按技术要求埋设标桩，把点位投映到标桩顶部的不锈钢板上，并做好临时标记。

新设方格网以A级网点（A2，A5，A6）为起点，采用GPS按B级方格网检测相同方向进行测量。本网经一次性改化，方格网点为全部达到了设计要求。

3、GPS测量过程

3.1 GPS数据采集

本次测量以4台GPS接收机同时设站，按前述GPS施测技术要求进行野外数据采集。

野外观测时，天线安置应严格对中、整平，天线固定标志大致朝北，输入测站点号和仪器高。在观测过程中通过仪器显示屏随时观测GPS接收机的工作状态，如卫星的个数、分布状况、质量好坏数据采集的数量等，达到规定的时段长度后，结束本测站工作。观测条件不佳应适当延长观测时间。

3.2 GPS数据处理

3.2.1基线解算

将GPS接收机采集到的数据拷贝至计算机进行基线解算，得出每两个同步测站点之间的空间基线向量，对所有基线向量进行质量检核，并及时剔除不合格向量。

基线向量质量的检验包括如下几个条件：质量因子Ratio:≧3(取双差固定解)；

同步环闭合差：WX,WY,WH≦6×10-6D；

W环=-6D;

异步环闭合差：WX,WY,WH ≦2δ;

W环=δ；

复测基线较差：W复≦2δ。

其中：n为异步环中的边数；δ=;D为平均边长。

实际工作中所有同步环和复测线的检核采用人机交互方式进行，因异步环个数太多，只对边数较多的异步环着重进行了检核。

不合格基线应及时剔除，并分析原因，采取有效处理措施。造成超限的原因主要有：测站观测环境恶劣，多路径干扰严重，有效观测时间不足，卫星状况不佳等，一般可通过改善3.2.2 维无约束平差

在获取可靠基线向量的基础上，首先在WGS-84坐标系中进行3维无约束平差，根据平差后输入的各基线向量3个坐标差观测值的改正数、点位和长边精度信息可以判断整个GPS网的内部符合精度和观测数据的质量。

基线向量的改正数绝对值应满足以下要求：V△X, V△Y, V△Z≦3δ。如果发现有的基线超限或边长精度不高，就说明该基线或相邻基线存在精差，应仔细分析后予以剔除，必要时进行补测。

3.2.3 维约束平差

GPS网经3维无约束平差，各项精度指标均满足要求以后，可利用已知点（已转化建筑坐标系）作为约束条件，对GPS网进行2维约束平差，可得到所有方格网点的建筑坐标及其平差点位中误差（Ma,Mb）

4、精度分析

本次GPS方格网测量最终检测成果的精度统

计结果见表2、表3.

表2WGS-84坐标系下3维无约束平差精度统计结果

表3建筑坐标系2维约束平差精度统计结果

从精度统计结果可以看出：

GPS网无约束与约束平差结果精度相当，说明整网变形很小，观测数据准确，内部符合精度高。

GPS网实质上属于测边网，因图形强度系数高，故方格点点位纵、横向误差相近，各个方向精度分布均匀，点位误差椭圆趋于圆形。

点位中误差小于规定的限值，满足技术要求，且有较大精度储备。

全部方格网点测量完成后，为了检验GPS方格网测量的效果，配合工程验收，采用日本TOPCONGT-701全站仪对方格网边长进行了随机抽样检查，检查结果表明，各边的较差为-9～+2mm，相对误差为1/49000～1/289000。

5、结束语

（1）采用GPS技术测设方格网，比常规方法适应性更强。在测设大型（长边）方格网和通视条件特别困难时，尤其能够显示其优越性。

（2）GPS方格网点位精度高、误差分布均匀，不但能够满足规范要求，而且具有较大的精度储备。

（3）采用点位中误差作为方格网测量精度指标是可行的，它比用相对中误差表示精度指标更为合理。

（4）GPS采用边连式大地四边形布网，因其图形强度系数高，能够有效地提高点位趋近速度。网形优化还有待今后继续探讨。

（5）采用GPS测设建筑方格网与常规测量法相比，效率可提高一倍以上，并能大幅度降低作业人员的劳动强度。

参考文献：

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注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。