治理工程E级GPS控制测量技术分析论文
【摘要】本文主要介绍了测区已有成果资料分析利用、施测依据、E级GPS控制网设计方案、GPS控制网观测、GPS外业观测数据处理及检核、GPS控制网数据平差、GPS网二维约束平差后的精度要求。通过已知数据和步网方案分析，满足E级GPS控制测量规范和精度，为测区后续的测绘工作奠定了基础。
【关键词】E级GPS；控制网；数据平差；精度分析
1概述
1.1测区概况
信阳市位于河南省最南部，淮河上游，位于地处东经113°45′～115°55′，北纬30°23′～32°27′，地势南高北低，由西向东倾斜。西部和南部为桐柏山、大别山，面积近7000km2，占全市总面积的37.1%，是长江淮河两大流域的分水岭。南依大别山，北临淮河，属华东与中原交融地带，中国南北地理分界线（秦岭-淮河分界线）穿境而过，素有“北国江南，江南北国”之称。浉河位于淮河上游江淮分水岭的北坡，为淮河上游右岸较大的一级支流，发源于信阳市西南四望山，经武胜关、谭家河、浉河区、平桥区、罗山县顾寨村汇入淮河，流程长141.5km，流域面积2022km2。
1.2任务
信阳市平桥区城区座落于浉河北岸冲积平原，地面高程大部分在海拔73.00～82.00m之间，现有城区面积18km2，整个地势大致由西北向东南倾斜。信阳市平桥区浉河（16+700~30+360）段河道河床坑坑洼洼，凸凹不平，行洪断面狭窄。部分河段过水断面小，不满足设计过流能力要求。沿河两岸树木沙丘阻水，一些河段淤积挖沙严重，五里工业园段处于5年一遇洪水淹没范围之内。由于河道两侧是自然河坡，对洪水防御能力差。部分河段防渗能力差，存在安全隐患。由于缺乏系统的整体规划，加之管理制度不健全、管理设施不配套，致使在河道内乱倒、乱掘、乱占的现象日趋严重；河道脏、乱、差现象普遍存在。同时随着人口不断增长和城市规模的不断扩大，与水争地的势态愈演愈烈，河道断面严重缩窄，防洪能力越来越低。以上问题的存在，已严重威胁平桥区浉河两岸居民及城区居民的生命与财产安全。为此，2012年7月，我院受信阳市平桥区水利局的委托，对信阳市平桥区浉河（16+700~30+360）段河道进行测绘和总体规划设计。测绘工程的主要工作内容有：①布设沿浉河该段河道E级GPS平面控制点13个；②测绘河道1：1000比例尺数字化地形图约13.7km2；③测绘河道（横比1：1000纵比1：100）横断面图约13.7km；④测绘河道（横比1：2000纵比1：100）纵断面图约13.7km。
2测区已有成果资料分析利用
2.1平面控制
平桥区浉河（16+700~30+360）段河道周边有解放军总参测绘局1958～1960年施测的三等三角点“龟山”和“周家山”距离测区最近。经过现场勘察，标石造埋良好，保存完整，但觇标已全部破坏，该两点成果属1954年北京坐标系，高斯正形投影3°带，中央子午线114°。该两三角点可作为本期E级GPS控制网的平面起算依据。
2.2高程控制
本测区内没有国家四等以上的已知高程点。但测区西南平桥区两河口第六队境内有国家三等水准点“麻城Ⅲ-1-22”，系淮河流域规划办公室于1953年布设，高程系统为1956黄海高程系统。国家三等水准点“麻城Ⅲ-1-22”的高程成果可作为本测区的GPS控制网和图根点的高程起算依据。
2.3对已有成果分析利用
对测区附近成果成图资料认真分析后认为：解放军总参测绘局1958～1960年施测的三等三角点“龟山”和“周家山”成果可靠，符合现行规范要求，可作为本期E级GPS控制网的平面起算依据；由于国家三等水准点“麻城Ⅲ-1-22”的高程系统为1956黄海高程系统，为了保证测绘成果的一致性，把“麻城Ⅲ-1-22”的1956黄海高程系统换算成1985国家高程基准。“麻城Ⅲ-1-22”的高程成果可作为本测区GPS点的高程起算依据。
3施测依据
3.1作业依据
（1）《全球定位系统（GPS）测量规范》（GBT18314-2001）；（2）《城市测量规范》（CJJ8-99）；（3）《水利水电工程测量规范》（CH2-601-81）；（4）《测绘产品检查验收规定》（CH1002-95）；（5）《测绘质量评定标准》（CH1003-95）。
3.2起算依据
（1）平面坐标采用1954年北京坐标系，3°带高斯正形投影，测区中央子午线114°。（2）高程系统采用1985国家高程基准。（3）测区资料处理所用常数和引数为：①测区地球平均曲率半径R=6369.138km；②测区平均高程75m；③ym取值5.6km；（4）测区内长度测量投影变形估算：投影高程面选参考椭球面一致时。上面计算表明，本测区地表长度投影变形值负1/9万小于《城市测量规范》中1/4万（小于2.5cm）的要求。
4E级GPS控制网设计方案
利用测区周边的国家三等三角点作为本测区GPS控制网的平面起算数据，直接布设E级GPS控制网，由于控制面积沿河道呈带状，设计布设13个E级GPS控制点。在E级GPS控制点间加密一级导线，以保证测区基础控制的足够精度和强度。
4.1GPS控制网的选点与埋石
①GPS点位应选在交通方便易于扩展、土质坚实的地方，或坚固稳定的建筑物上，便于埋石和观测，并能永久保存。②相邻点之间应通视，如点位选埋在河道沿线的桥头或固定的建筑物上，视场内不应有15°的成片障碍物，以避免对接收卫星信号的影响。③点位应远离高压电线及强功率发射源，距离不得小于100m。④点位附近不应有强烈的干扰卫星信号接收的物体。⑤GPS点标石埋设时挖制土模用混凝土现场浇灌，标石中心标志采用准14mm的钢筋制作；标志中心成精细、清晰的十字丝。标志面压印PE字样。⑥布设的E级GPS点按P1、P2、P3…的顺序编号。
4.2GPS控制网观测
观测前应根据设计书绘出GPS网图，各异步环一般不多于6条边。作业要求如下：①采用三台套南方（灵锐S86）双频GPS接收机进行同步观测。②观测过程中，GPS接收机应同步跟踪5颗以上的卫星，其几何图形强度因子（GDOP）值应≤8。③采用静态作业模式时同步观测时间不少于40min，边长较长或卫星状况较差时应适当延长观测时间。观测卫星高度角设置为10°，数据采集间隔均为15s。④观测过程中应严格按GPS操作手册要求作业，认真做好原始资料的记录工作。安置仪器时，应严格对中，对中误差不大于3mm，因测区面积不大，GPS观测时可不记录气象元素。⑤GPS测量同意采用世界协调时（UTC），它与北京时间的关系按下式换算：BT=UTC+8h。⑥接收机记录数据后，应查看测站信息、相位残差及存储介质记录等。外业记录必须在现场写，做到内容齐全数据准确。⑦外业观测的数据文件在转录到外存介质上时，不得进行任何剔除和删改，不许进行人为的加工。
4.3GPS外业观测数据处理及检核
为了评估外业观测成果质量，保证外业成果达到相应的.精度，外业观测时要及时对当天采集的数据进行处理和检核，对于不合格的测站数据应及时的进行补救，以保证外业数据真实性可靠性。相邻点间弦长精度用下式表示，并按下表执行：E级GPS控制测量：σ≤102+（20×d）2姨mm式中：σ为相邻点间弦长中误差；d为以公里为单位的相邻点间弦长，见表1。外业检验项目包括：同一条边，任意两个时间段的互差应小于接收机标称精度的2姨2倍。
4.4GPS控制网数据平差
内业数据平差处理的内容主要有：①全面分析、检验外业数据，进行编辑和加工整理，以检验合格的独立基线向量进行多站网平差处理。②进行WGS-84坐标系中三维无约束平差，确定GPS网的内部精度，提供各测站点的大地坐标及有关精度信息。③选择最佳转换数学模型，求解WGS-84大地坐标系与54坐标系的转换参数，进行GPS网在北京54坐标系和西安80坐标系中的二维约束平差，以求得GPS网与地面网最好的配置。
4.5GPS网二维约束平差后的精度要求
本测区E级GPS网内业处理转换至高斯平面后，要求GPS网的边长相对精度不低于1/80000（边长小于400m的边长相对精度不低于1/40000），点位中误差不大于±4cm。
5E级GPS控制测量成果检查验收与质量评定
E级GPS控制测量成果检查验收和质量评定是保证测量成果符合规范和技术设计的重要环节，是确保成果质量，满足本期测绘任务目的的前提，严格执行三级（作业小组、测绘队、院总工办）检查，一级（甲方）验收制度。GPS控制网检查验收的主要内容：①点位是否合理，标石是否规格、埋设是否适宜。点之记是否正确齐全；②数据采集质量、重测和数据剔除率；③外业检核和数据后处理是否正确；④起算数据和坐标转换参数是否正确合理；⑤各项精度指标是否达到要求。
参考文献
[1]徐绍铨，张华海，杨志强，王泽民.GPS测量原理及应用[M].武汉：武汉大学出版社，2003.
[2]吉星升，董军，卢秀山.GPS技术在工程测量中应用现状及其局限性[J].山东科技大学学报自然科学版，2001（4）：86~88.
[3]《全球定位系统（GPS）测量规范》（GBT18314-2001）.[4]《水利水电工程测量规范》（CH2-601-81）.
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