工程控制网中GPS测量技术的实践探讨

黎瑞活

摘 要：将GPS测量技术应用到工程控制网中，能快速且可靠地完成测量工作。本文结合某旅游区项目实际建设经验进行讨论，详细地阐述了在快速的社会发展进程中，如何在大型的工程建设项目的施工过程中应用GPS测量技术，以此来快速且可靠的建立工程控制网，对GPS测量技术在大型开发建设项目施工控制网中的应用及测量精度进行了分析。

关键词：GPS测量技术；工程控制网；基线解算；同步环；异步环

0 引言

随着我国经济的不断增长，工程建设进程的发展十分迅速，测量技术得到了广泛的应用。但是在一些特殊的地区，由于范围大、障碍物多等原因，测量难度十分巨大，GPS测量技术能很好地解决这些问题，因此得到了人们的青睐。如何在工程控制网中应用GPS测量技术成为了技术人员需要解决的问题。下面就此进行讨论分析。

1 GPS系统简介

1.1 GPS系统概况

GPS系统的全称是全球定位系统（Navigation Satellite Timing And Ranging/Global Positioning System），它是美国国防部于1973年12月批准研制的以卫星为基础的无线电导航定位系统，整个系统由三大部分组成：空间GPS卫星星座、地面监控系统以及用户设备GPS接收机。该系统具有全能性（海、陆、空及航天）、全球性、全天候、连续性、实时性的导航、定位和定时的功能，它可以向数目不限的全球用户连续地提供三维坐标、速度及时间信息。2000年5月以来，美国政府取消了“SA”、“AS”等限制民用精度的政策，并研发了一系列提高民用精度的技术（L2载波上增加C/A码、加入第三民用频率L5），进一步改善系统的可用性、安全性和可靠性，使得该系统开始广泛应用于各种运载工具的导航以及高精度的大地测量、精密工程测量等领域。

1.2 GPS系统的主要特点

（1）定位精度高。实践证明，用载波相位观测量进行静态相对定位在小于50km的基线上可达1ppm；300～1500m工程精密定位中，平面位置误差小于1mm。

（2）观测时间短。目前，20km以内静态相对定位的时间仅需15～20min，快速静态定位只需2min左右，实时动态定位每站观测1～2s就可完成。

（3）测站间无需通视。这是GPS技术区别于常规测量的最大优点，可省去大量的传算点、过渡点的测量，大大减少测量作业时间和费用，同时也使选点布网变得非常灵活。

（4）操作简便。GPS接收机自动化程度非常高，外业观测时，测量人员的任务只是安置仪器、连接线缆、量取天线高、开关机及监视仪器工作状态，野外测量工作轻松愉快。

（5）全球全天候测量。目前卫星数已达30颗，正常情况下随时都可以进行测量定位。

2 GPS技术的应用

2.1 工程简介

某旅游区项目占地面积约2km 。由于该测区属于丘陵地区，并且有其他施工队伍正在施工，车辆、堆积物众多，使得有些控制点无法通视。为了测量任务的顺利进行，本次测量采用GPS静态模式进行测量。

2.2 工程控制网布设及主要技术要求

因为该项目控制面积较大，为了避免测量过程中的误差累积，保证控制点的高精度，需要进行两级布控。第一级作为总体控制，第二级可以直接进行建筑物放样。控制点共布设了24个，其中Ⅰ级点11个（A01～A11），Ⅱ级点13个（B01～B13）。首级控制网要与2个以上的高等级国家控制点进行联测，提高控制网精度。

2.2.1 GPS控制网的主要技术指标见表1

2.2.2 GPS控制测量作业的技术要求见表2

2.2.3 基线解算的质量要求见表2

2.3 GPS控制网测量方式

把三台GPS接收机摆在待测控制点上，组成若干个三角形，同时开机同时关机，每站测量完毕，两台仪器滞留、一台仪器迁站，保证两个三角形之间有一条公共边。因构网基本图形为三角形，图形强度好、精度高，为控制网布网的设计创造良好条件。

2.4 测量数据处理

2.4.1 基线解算

基线解算的过程实际上主要是一个GPS观测数据进行严密平差的过程，平差所采用的观测值主要是双差观测值，即坐标分量闭合差和环线全长闭合差。将GPS接收机采集到的观测数据提交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，按前述技术要求对所有基线向量进行质量检核，不合格基线及时进行了剔除。GPS基线向量表示了各测站间的位置关系，即测站与测站间的坐标增量。GPS基线向量与常规测量中的基线是有区别的，常规测量中的基线只有长度属性，而GPS基线向量则具有长度、水平方位和垂直方位等三项属性，其是GPS同步观测的直接结果，也是进行GPS测量控制网平差，获取最终观测点位成果的观测值。

2.4.2 三维无约束平差

在获取可靠基线向量的基础上，首先进行三维无约束平差，根据平差后输出的各基线向量三个坐标差观测值的改正数、点位和边长精度信息判断整个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≤3σ。当发现有的基线超限或边长精度不高时，说明该基线或相邻基线存在粗差，仔细分析其原因后予以剔除。

2.4.3 二维约束平差

GPS网经三维无约束平差且各项精度指标均满足要求后，利用其起算点作为约束条件，计算机处理系统对GPS网进行二维约束平差，得到所有测量控制点的坐标成果及其平面点位中误差。

2.5 GPS测量的精度统计

2.5.1 三维无约束平差精度统计，见表3。

2.5.2 二维约束平差精度统计，见表4。

2.5.3 对统计的说明

（1）GPS网无约束与约束平差结果精度差别小，说明整网变形小，观测数据准确，内部符合精度高。

（2）方格网点点位纵、横向误差相近，各个方向精度分布均匀，误差椭圆趋于圆形。

（3）各项技术指标均满足规范要求，点位中误差小于规定的限值。

2.6 控制网的精度检验

该项目全部控制点采用GPS测设完成并进行数据处理得出点成果后，应采用全站仪对控制网部分边长和角度进行了复测检验，以确保控制网成果的可靠性。由于GPS测量的高程与国家采用的高程不在一个系统上，GPS测量的高为大地高，国家高程的高为正常高，所以必须与国家水准点进行联测，得出正确的高程。为其精度完全满足规范规定，成果可靠。

3 结语

综上所述，在大型工程建设项目的施工过程中，采用GPS测量技术来设置工程控制网，不仅增强了测量的可靠性和效率，而且大大降低了测量工作的强度，适应现代社会高强度的要求，有利于工程建设项目进度的发展，减轻了测量作業技术人员的工作任务，对工程质量提高有着重要意义。

参考文献

[1] 周继东，张红春.GPS在测量控制网中的应用实践研究[J].价值工程，2014.

[2] 毕田辉.GPS在施工控制网测量中的应用探讨[J].建材发展导向：下，2013.