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治理工程E級GPS控制測量技術分析論文
【摘要】本文主要介紹了測區已有成果資料分析利用、施測依據、E級GPS控制網設計方案、GPS控制網觀測、GPS外業觀測數據處理及檢核、GPS控制網數據平差、GPS網二維約束平差后的精度要求。通過已知數據和步網方案分析，滿足E級GPS控制測量規范和精度，為測區后續的測繪工作奠定了基礎。
【關鍵詞】E級GPS；控制網；數據平差；精度分析
1概述
1.1測區概況
信陽市位于河南省最南部，淮河上游，位于地處東經113°45′～115°55′，北緯30°23′～32°27′，地勢南高北低，由西向東傾斜。西部和南部為桐柏山、大別山，面積近7000km2，占全市總面積的37.1%，是長江淮河兩大流域的分水嶺。南依大別山，北臨淮河，屬華東與中原交融地帶，中國南北地理分界線（秦嶺-淮河分界線）穿境而過，素有“北國江南，江南北國”之稱。浉河位于淮河上游江淮分水嶺的北坡，為淮河上游右岸較大的一級支流，發源于信陽市西南四望山，經武勝關、譚家河、浉河區、平橋區、羅山縣顧寨村匯入淮河，流程長141.5km，流域面積2022km2。
1.2任務
信陽市平橋區城區座落于浉河北岸沖積平原，地面高程大部分在海拔73.00～82.00m之間，現有城區面積18km2，整個地勢大致由西北向東南傾斜。信陽市平橋區浉河（16+700~30+360）段河道河床坑坑洼洼，凸凹不平，行洪斷面狹窄。部分河段過水斷面小，不滿足設計過流能力要求。沿河兩岸樹木沙丘阻水，一些河段淤積挖沙嚴重，五里工業園段處于5年一遇洪水淹沒范圍之內。由于河道兩側是自然河坡，對洪水防御能力差。部分河段防滲能力差，存在安全隱患。由于缺乏系統的整體規劃，加之管理制度不健全、管理設施不配套，致使在河道內亂倒、亂掘、亂占的現象日趨嚴重；河道臟、亂、差現象普遍存在。同時隨著人口不斷增長和城市規模的不斷擴大，與水爭地的勢態愈演愈烈，河道斷面嚴重縮窄，防洪能力越來越低。以上問題的存在，已嚴重威脅平橋區浉河兩岸居民及城區居民的生命與財產安全。為此，2012年7月，我院受信陽市平橋區水利局的委托，對信陽市平橋區浉河（16+700~30+360）段河道進行測繪和總體規劃設計。測繪工程的主要工作內容有：①布設沿浉河該段河道E級GPS平面控制點13個；②測繪河道1：1000比例尺數字化地形圖約13.7km2；③測繪河道（橫比1：1000縱比1：100）橫斷面圖約13.7km；④測繪河道（橫比1：2000縱比1：100）縱斷面圖約13.7km。
2測區已有成果資料分析利用
2.1平面控制
平橋區浉河（16+700~30+360）段河道周邊有解放軍總參測繪局1958～1960年施測的三等三角點“龜山”和“周家山”距離測區最近。經過現場勘察，標石造埋良好，保存完整，但覘標已全部破壞，該兩點成果屬1954年北京坐標系，高斯正形投影3°帶，中央子午線114°。該兩三角點可作為本期E級GPS控制網的平面起算依據。
2.2高程控制
本測區內沒有國家四等以上的已知高程點。但測區西南平橋區兩河口第六隊境內有國家三等水準點“麻城Ⅲ-1-22”，系淮河流域規劃辦公室于1953年布設，高程系統為1956黃海高程系統。國家三等水準點“麻城Ⅲ-1-22”的高程成果可作為本測區的GPS控制網和圖根點的高程起算依據。
2.3對已有成果分析利用
對測區附近成果成圖資料認真分析后認為：解放軍總參測繪局1958～1960年施測的三等三角點“龜山”和“周家山”成果可靠，符合現行規范要求，可作為本期E級GPS控制網的平面起算依據；由于國家三等水準點“麻城Ⅲ-1-22”的高程系統為1956黃海高程系統，為了保證測繪成果的一致性，把“麻城Ⅲ-1-22”的1956黃海高程系統換算成1985國家高程基準。“麻城Ⅲ-1-22”的高程成果可作為本測區GPS點的高程起算依據。
3施測依據
3.1作業依據
（1）《全球定位系統（GPS）測量規范》（GBT18314-2001）；（2）《城市測量規范》（CJJ8-99）；（3）《水利水電工程測量規范》（CH2-601-81）；（4）《測繪產品檢查驗收規定》（CH1002-95）；（5）《測繪質量評定標準》（CH1003-95）。
3.2起算依據
（1）平面坐標采用1954年北京坐標系，3°帶高斯正形投影，測區中央子午線114°。（2）高程系統采用1985國家高程基準。（3）測區資料處理所用常數和引數為：①測區地球平均曲率半徑R=6369.138km；②測區平均高程75m；③ym取值5.6km；（4）測區內長度測量投影變形估算：投影高程面選參考橢球面一致時。上面計算表明，本測區地表長度投影變形值負1/9萬小于《城市測量規范》中1/4萬（小于2.5cm）的要求。
4E級GPS控制網設計方案
利用測區周邊的國家三等三角點作為本測區GPS控制網的平面起算數據，直接布設E級GPS控制網，由于控制面積沿河道呈帶狀，設計布設13個E級GPS控制點。在E級GPS控制點間加密一級導線，以保證測區基礎控制的足夠精度和強度。
4.1GPS控制網的選點與埋石
①GPS點位應選在交通方便易于擴展、土質堅實的地方，或堅固穩定的建筑物上，便于埋石和觀測，并能永久保存。②相鄰點之間應通視，如點位選埋在河道沿線的橋頭或固定的建筑物上，視場內不應有15°的成片障礙物，以避免對接收衛星信號的影響。③點位應遠離高壓電線及強功率發射源，距離不得小于100m。④點位附近不應有強烈的干擾衛星信號接收的物體。⑤GPS點標石埋設時挖制土模用混凝土現場澆灌，標石中心標志采用準14mm的鋼筋制作；標志中心成精細、清晰的十字絲。標志面壓印PE字樣。⑥布設的E級GPS點按P1、P2、P3…的順序編號。
4.2GPS控制網觀測
觀測前應根據設計書繪出GPS網圖，各異步環一般不多于6條邊。作業要求如下：①采用三臺套南方（靈銳S86）雙頻GPS接收機進行同步觀測。②觀測過程中，GPS接收機應同步跟蹤5顆以上的衛星，其幾何圖形強度因子（GDOP）值應≤8。③采用靜態作業模式時同步觀測時間不少于40min，邊長較長或衛星狀況較差時應適當延長觀測時間。觀測衛星高度角設置為10°，數據采集間隔均為15s。④觀測過程中應嚴格按GPS操作手冊要求作業，認真做好原始資料的記錄工作。安置儀器時，應嚴格對中，對中誤差不大于3mm，因測區面積不大，GPS觀測時可不記錄氣象元素。⑤GPS測量同意采用世界協調時（UTC），它與北京時間的關系按下式換算：BT=UTC+8h。⑥接收機記錄數據后，應查看測站信息、相位殘差及存儲介質記錄等。外業記錄必須在現場寫，做到內容齊全數據準確。⑦外業觀測的數據文件在轉錄到外存介質上時，不得進行任何剔除和刪改，不許進行人為的加工。
4.3GPS外業觀測數據處理及檢核
為了評估外業觀測成果質量，保證外業成果達到相應的精度，外業觀測時要及時對當天采集的數據進行處理和檢核，對于不合格的測站數據應及時的進行補救，以保證外業數據真實性可靠性。相鄰點間弦長精度用下式表示，并按下表執行：E級GPS控制測量：σ≤102+（20×d）2姨mm式中：σ為相鄰點間弦長中誤差；d為以公里為單位的相鄰點間弦長，見表1。外業檢驗項目包括：同一條邊，任意兩個時間段的互差應小于接收機標稱精度的2姨2倍。
4.4GPS控制網數據平差
內業數據平差處理的內容主要有：①全面分析、檢驗外業數據，進行編輯和加工整理，以檢驗合格的獨立基線向量進行多站網平差處理。②進行WGS-84坐標系中三維無約束平差，確定GPS網的內部精度，提供各測站點的大地坐標及有關精度信息。③選擇最佳轉換數學模型，求解WGS-84大地坐標系與54坐標系的轉換參數，進行GPS網在北京54坐標系和西安80坐標系中的二維約束平差，以求得GPS網與地面網最好的配置。
4.5GPS網二維約束平差后的精度要求
本測區E級GPS網內業處理轉換至高斯平面后，要求GPS網的邊長相對精度不低于1/80000（邊長小于400m的邊長相對精度不低于1/40000），點位中誤差不大于±4cm。
5E級GPS控制測量成果檢查驗收與質量評定
E級GPS控制測量成果檢查驗收和質量評定是保證測量成果符合規范和技術設計的重要環節，是確保成果質量，滿足本期測繪任務目的的前提，嚴格執行三級（作業小組、測繪隊、院總工辦）檢查，一級（甲方）驗收制度。GPS控制網檢查驗收的主要內容：①點位是否合理，標石是否規格、埋設是否適宜。點之記是否正確齊全；②數據采集質量、重測和數據剔除率；③外業檢核和數據后處理是否正確；④起算數據和坐標轉換參數是否正確合理；⑤各項精度指標是否達到要求。
參考文獻
[1]徐紹銓，張華海，楊志強，王澤民.GPS測量原理及應用[M].武漢：武漢大學出版社，2003.
[2]吉星升，董軍，盧秀山.GPS技術在工程測量中應用現狀及其局限性[J].山東科技大學學報自然科學版，2001（4）：86~88.
[3]《全球定位系統（GPS）測量規范》（GBT18314-2001）.[4]《水利水電工程測量規范》（CH2-601-81）.
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