1、Good is good, but better carries it.精益求精，善益求善。GPS定位系統在公路工程控制測量中的應用-GPS定位系統在公路工程控制測量中的應用一、GPS控制網的內業設計1.GPS控制網設計GPS控制網的技術設計是進行GPS測量的基礎。它應根據用戶提交的任務書或測量合同所規定的測量任務進行設計。其內容包括測區范圍、測量精度、提交成果方式、完成時間等。設計的技術依據是國家測繪局頒發的全球定位系統(GPS)測量規范及建設部頒發的全球定位系統城市測量技術規程。（一）GPS網技術設計的一般原則(1)、充分考慮GPS控制網的應用范圍對于工程建設的GPS網，應當既考慮勘測設計

2、階段的需要，又要考慮到施工放樣等階段的需要。對于城市GPS控制網，既要考慮近期建設和規劃的需要，又要考慮遠期發展的需要，還可以根據具體情況擴展GPS控制網的功能，例如，因為GPS測量具有高精度和不要求通視的優點，有的城市已經考慮將城市GPS網建成為廉有監測三維形變功能的控制網。這樣監測GPS網既可以為城市建設提供發現隱患、預防災害的極有價值的信息，也有利于充分發揮GPS網在城市建設中的作用。(2)、采用分級布網的方案分級布網是建立常規測量控制網的基本方法，由于GPS測量具有許多優越性，所以并不要求GPS網按常規控制網分很多等級布設，但有計劃地分級布設GPS網，有利于測區的近期需要和遠期的發展。

3、例如，大城市的GPS控制網可以分為三級：首級網中相鄰點的平均距離大于5km；次級網中相鄰點平均距離為1km-5km；三級網相鄰點平均距離可小于1km，且可采用GPS與全站儀相結合的方法布設。對于小城市，分兩級布設GPS網即可。為提高GPS網的可靠性，各級GPS網必須布設成為由獨立的GPS基線向量邊（簡稱為GPS邊）構成的閉合圖形網，閉合圖形可以是三邊形、四邊形或多邊形，也可以包含一些附和路線，但網中不允許存在支線。（二）GPS測量的精度標準GPS測量的精度標準常用網中相鄰點之間的距離中誤差表示，其形式為=a+bd式中距離中誤差，mma固定誤差，mmb比例誤差系數，10-6d相鄰點的距離，km國

4、家測繪局1992年制訂的我國第一部GPS測量規范，將GPS的測量精度分為A-E5級（見下表）。其中A，B兩級一般是國家GPS控制網，而C，D，E3級則是針對局部性GPS網規定的，在GPS網的技術設計中，應根據測區大小和GPS網的用途來設計網的等級和精度標準。表GPS的測量精度ABCDE固定誤差a/mm58101010比例誤差系數b/10-60.1151020相鄰點最小距離/km10015521相鄰點最大距離/km200025040150相鄰點平均距離/km3007015-1010-55-2（三）坐標系統和起算數據GPS采用的1984年世界大地坐標系（worldgeodeticsystem，WG

5、S84坐標系）是一個協議坐標系，其空間直角坐標系的原點是地球的質心，Z軸指向國際時間局（BIH1984.0）定義的地極方向。而實用上需要得到的是參心坐標系，在我國即1980年國家大地坐標系和1954年北京坐標系（或地方獨立坐標系）的坐標，“參心”意指參考橢球的中心。為此，在GPS網的技術設計中，必須有GPS網的成果所采用的坐標系和起算數據，即GPS網所采用的基準，或稱之為GPS網的設計基準。GPS網的基準與常規控制網的基準類似，包括位置基準、方位基準和尺度基準。GPS網的位置基準，通常都是由給定的起算點坐標確定；方位基準可以通過給定起算方位角決定，也可以GPS基線向量的方位為方位基準；尺度基準

6、可以由地面的電磁波測距邊確定，或由兩個以上的起算點之間的距離確定，也可以由GPS基線向量的距離確定。2.影響GPS測量技術設計的因素GPS外業涉及面很廣，因而外業階段的技術設計是一個復雜的技術管理問題，經綜合大致有以下一些因素應加以考慮：（1）、同測站有關的因素網點密度；布網方案；時段分配、重復設站和重合點的設計。（2）、同觀測衛星有關的因素觀測衛星數；衛星信號質量；圖形強度因子；衛星高度角；星歷來源。（3）、同儀器有關的因素接收機，用于精密相對定位時至少為兩臺；天線，若天線設計質量和穩定性欠佳，會帶來一系列的誤差；記錄設備，可以是盒式數據磁帶或軟磁盤。（4）、后勤方面的因素動用接收機臺數及其

7、來源和使用期間；測區內各時段，機組的調度；其他外業裝備，主要是效能工具和通訊設備。3.GPS控制網的圖形設計對于常規方法布設的三角網、三邊網或導線網，圖形設計是非常重要的一項工作。良好的圖形設計可以減少野外選點的工作量，節省造標的經費，也為得到較高精度的成果打下基礎。由于GPS的同步觀測不要求通視，因此，GPS網的圖形設計也具有很大的靈活性。（1）所選點位要便于低等級常規測量的使用，每一個GPS點應與兩個或兩個以上的控制點通視，困難情況下也至少保持與相鄰一個控制點通視，否則，需埋設方位樁，且用GPS聯測。（2）GPS點間距離應按規范要求設計，可考慮靈活變動，以便于低等級控制點加密，小間中距相鄰

8、點位應進行直接聯測。（3）GPS網點中各同步邊應盡可能構成若干個閉合環，在完成各邊的平差后，可檢驗閉合差是否滿足相應等級要求。一等以上GPS網中至少包含三個閉合環且彼此線性無關；二、三、四等也應有兩個以上的閉合環；五等網也至少有一個閉合環。（4）考慮將測區內原有的國家或地方測設的三角點進行聯測，有利于兩系統成果的變換，聯測點應盡量均勻分布在整個測區的里面和外圍。為精確求定轉換參數，(GPS網要盡可能多地聯測高等級的大地控制點，聯測點和重合點的個數不得少于3個，特殊情況下也不得少于2個。4.技術指標按照規范要求，其控制網的精度符合如下規定。相臨點間的最小距離保持為平均距離的1213；相臨點間的最

9、大距離保持為平均距離的23倍。其主要技術要求見下表：表GPS網的主要技術要求等級平均距離(km)邊長中誤差(m)最弱邊相對中誤二等9101120000三等510180000四等210145000一級110120000二級1151/10000GPS控制網的外業設計1.選點要求由于GPS測量觀測站之間不定要求相互通視，而且網的圖形結構也比較靈活，所以選點工作比常規控制測量的選點要簡便。但由于點位的選擇對于保證觀測工作的順利進行和保證測量結果的可靠性有著重要的意義，所以在選點工作開始前，除收集和了解有關測區的地理情況和原有測量控制點分布及標架、標型、標石完好狀況，決定其適宜的點位外，點位的選擇應符合

10、下列要求。（1）.點位周圍應視野較開闊，如公園、運動場、地面停車場內或建筑物樓頂，以利于安置接收設備和擴展、聯測。（2）.GPS網點視場內不應有大于仰角15的成片障礙物，以免阻擋來自衛星的信號接收。（3）.選定能便于長期保存，穩定堅固的地方設點，國家和地方基準點應埋設固定的標石或儀器墩用于安置接收機天線、墩標設于樓頂時，要對大樓的穩定性和形變定期監測。（4）.GPS網點應避開高壓輸電線、變電站等設施，其最近處不得小于100m，同時距離省市級強輻射電臺、電視臺、微波中繼站不得小于300m，需要在這些地點設站時，必須在停止播發的時間段上進行定位作業。（5）.交通便利點位離開附近可通輕便車的道路不應

11、超過500m，且在點位30m內有足夠的空間安置接收機和方便操作進行。（6）.GPS網點應避開對電磁波接收有強烈吸收和反射影響的金屬和其他障礙物，側面傾向測站的各種平面物體，大范圍水面等等。2.埋石由于時間要求，埋石擬與選點同時進行。根據現場具體情況，采用埋預制標石和現澆混凝土兩種形式，不管采用哪種形式標石及標志規格應符合規范要求。埋設時坑底填以沙石，搗固夯實，考慮到天氣的因素，現澆混凝土應適當添加防凍劑并應做好防凍措施。3.外業觀測外業觀測采用四臺南方測繪儀器公司的NGS9600型靜態GPS衛星接受機，GPS接收機標稱精度的固定誤差a5mm，比例誤差系數b2*106。進行同步觀測。觀測前應對接

12、受機進行各項相關檢驗，確認儀器性能良好。根據GPS網形設計編制作業調度表，作好人員和交通工具的配備。觀測者應根據GPS作業調度表的安排進行觀測，采取靜態相對定位，衛星高度角150，時段長度45min，采樣間隔10s。在4個點上同時安置4臺接收機天線(對中、整干、定向)，量取天線高，測量氣象數據，開機觀察，當各項指標達到要求時，按接收機的提示輸入相關數據，則接收機自動記錄，觀測者填寫測量手簿和外業觀測記錄，并應隨時監視儀器的狀態，發現不良反應，及時報告或記錄案。觀測要求按照下表進行測量。表GPS測量作業基本技術要求項目觀測方法技術要求衛星高度角靜態15度有效衛星數靜態4顆平均重復測站數靜態1.6

13、時段長度靜態45分鐘歷元間隔靜態10秒圖形強度因子靜態6三、GPS控制網的外業實施1.儀器準備此次C級控制網的建立所采用的儀器是南方NGS9600型GPS接收機，該接收機是以四臺套進行工作。所以作業以前準備四個三腳架，四臺接收機，四個盒尺。1GPS接收機的選用對于不同的GPS網的類級和控制等級，精度要求不一，此處提出選用接收機的基本要求，見下表表接收機的選用級別ABCD、E單頻/雙頻雙頻雙頻雙頻單頻雙頻單頻標稱精度a5mm，b0.5a5mm，b1a10mm，b2a10mm，b3觀測量載波相位或載波相位+P（Y）碼偽距載波相位或載波相位+P（Y）碼偽距載波相位或載波相位+P（Y）碼偽距載波相位或

14、載波相位+P（Y）碼偽距同步觀測接收機數4322南方9600型測量系統GPS測量的工作程序如下圖：是GPS網的總體設計實地定點、埋石GPS觀測計劃準備基線向量解算數據傳輸野外定位觀測及記錄GPS網平差成果輸出打印質量合格否圖2.接收機及附屬設備的檢驗與維護（1）、接收機、天線及其他設備是否完整齊全，可隨時出測。（2）、各設備及電纜外部有無損傷、銹蝕，能否確保安全連接。（3）、充電后信號燈、按鍵、顯示系統以及儀表工作是否正常，可用自測試命令進行測試。（4）、用于A、B級的接收機，每年出測前至少檢定一次，按規范要求應在不同長度的標準基線或規定的比較基線或GPS測量檢驗場上進行測試。（5）、新出廠的

15、A、B級GPS觀測的接收設備應進行天線相位中心穩定性檢驗，經檢驗或更換插板的接收機，有關檢驗和試測項目需要重新進行。（6）、通風干濕表及空盒氣壓表，至少每三年送檢一次，天線的圓水準氣泡和光學對中器每年至少進行一次檢校。3.人員組織每臺接收機必須有一個人進行操作，為了全面加強控制測量工作的領導，測量隊伍還成立了職員組和技術指導組。職員組的主要任務是在進行測量時負責操作儀器及看管儀器。技術指導組的任務是具體負責組織控制測量實施過程中的的重大技術性問題。4.儀器安裝將準備好的三腳架架到已經選好的待測點上，將接收機安裝到三腳架上對中、整平。量取天線高，開機進入工作階段。注：本次觀測采用的作業模式是靜態

16、定位模式：（1）作業方法：采用四臺接收設備，分別安置在基線的兩個端點同步觀測顆以上衛星，每時段長45分鐘。（2）精度：基線的定位精度可達5mm+lppm。D,D為基線長度(千米)。（3）注定事項：所有已觀測基線組成一系列封閉圖形，以利于外業檢核，提高成果可靠性。并通過平差，助于進一步提高定位精度。5.野外觀測野外觀測應嚴格按照技術設計要求進行。（1)、安置天線:天線安置是GPS精密測量的重要保證。要仔細對中、整平、量取儀器高。儀器高要用鋼尺在互為120方向量三次，互差小于3mm。取平均值后輸入GPS接收機。(2)、安置GPS接收機:GPS接收機應安置在距天線不遠的安全處，連接天線及電源電纜，并

17、確保無誤。(3)、操作：按規定時間打開GPS接收機，輸入測站名，衛星截止高度角，衛星信號采樣間隔等。GPS接收機記錄的數據有：GPS衛星星歷和衛星鐘差參數；觀測歷元的時刻及偽距觀測值和載波相位觀測值；GPS絕對定位結果；測站信息。(4)、檢查：一個時段測量結束后要查看儀器高和測站名是否輸入，確保無誤再關機、關電源、遷站。四、數據傳輸與數據處理1.數據傳輸觀測完畢即可進行數據傳輸，數據傳輸是內業工作的基礎工作，在數據傳輸過程中必須嚴格按軟件的操作程序進行操作，要認真的對待這一過程。本次觀測數據傳輸，是將NGS9600型GPS接收機與計算機連接，使用相應的軟件進行數據傳輸和處理。（一）連接計算機和

18、GPS接收機前的準備（1）、保證NGS9600型主機電源充足，打開電源（2）、用通訊電纜連接好電腦的串口1(COMl)或串口2(COM2)。（3）、要等待(約10秒鐘)9600主機進入主界面后再進行連接和傳輸(初始界面不能傳輸)。（4）、設置要存放野外觀測數據的文件夾，可以在數據通訊軟件中設置。（二）進行通訊參數的設置（1）、選擇“通訊”菜單中的“通訊接口”功能，系統彈出圖4-3所示的通訊參數設置對話框。（2）、在通訊參數設置對話框中選擇通訊接口COM1或COM2，鼠標單擊“確定”按鈕。圖通訊參數設置對話框（三）連接計算機和GPS接收機圖連接計算機和GPS接收機后的程序菜單選擇“通訊”菜單中的

19、“開始連接”功能或直接在工具欄中選擇“連接”。如果在第二步中設置的通訊參數正確系統將連接計算機和GPS接收機，在程序視窗的下半部分顯示GPS接收機內的野外觀測數據。見圖4-3。如果通訊參數設置不正確，請重復第二步的操作。（四）數據傳輸（1）、選擇“通訊”菜單中的“傳輸數據”功能，系統彈出圖4-4所示的對話框。（2)、在GPS數據傳輸對話框中選擇野外的觀測數據文件，鼠標單擊“開始”。（五）斷開連接選擇“通訊”菜單中的“斷開連接”功能或直接在工具欄中選擇“斷開”，即可斷開計算機和GPS接收機的連接。例如要將數據保存在E盤根目錄下JT文件夾中，則可以進行如下操作：(1)、打開E盤根目錄下JT文件夾；

20、(2)、選定欲傳輸的數據（如2113點數據）如圖。(3)、在圖的對話框中可更改點名、儀器天線高、時段號。(4）、然后鼠標左鍵點擊“開始”，該點上采集的數據“2113”將傳輸到你指定的E盤根目錄下JT文件夾。（5)、斷開連接。圖GPS數據傳輸對話框2.數據處理GPS導線數據處理分為基線解算和網平差兩個階段，數據處理采用GPS數據處理軟件。經濟基線解算、質量檢核、網平差后，得到GPS控制點的三維坐標。（一）處理過程符合下列技術要求同一時段觀測值基線處理中，二、三等數據采用率都不宜低于80%，同步環的相對閉合差和全長相對閉合差應符合下表規定：表同步環坐標分量及環線全長相對閉合差的規定（ppm）等級限差類型二等三等四等一級二級相對閉和差2.03.06.09.09.0全長相對閉合差3.05.010.015.015.0（二）觀測成果檢驗1、每個時段同步環檢驗:同一時段多臺儀器組成的閉合環，坐標增量閉合差應為零。由于儀器開機時間不完全一致，會有誤差。在檢核中應檢查一切可能的環閉合差。其閉合差分量要求不超過限差。2、同步邊檢驗：一條基線在不同時段觀測多次，有多個獨立基線值，這些邊稱為重復邊。任意兩個時段所得基線差應