不同专业GPS测量技术要求的分析

2011-08-10陈艳平钟高飞刘云忠

城市勘测 2011年4期

陈艳平，钟高飞，刘云忠

(昆明市测绘研究院，云南昆明 650051)

1 引言

GPS技术在测绘领域已得到广泛应用，是目前进行控制测量的主要手段;GPS测绘技术也已渗透到各个行业，应用范围从等级控制到数据采集均有。不使用GPS接收机，上世纪90年代毕业的大部分学生，可能不知道如何在实际生产中测设等级控制点(理论上不会有问题)，因此GPS技术给测绘行业带来了极大的变革，使得控制网的布设变得很容易，特别是在高等级的控制网布设方面，大大提高了生产效率和测量精度。

然而，在GPS测量技术的应用也存在着很多问题:首先是各类执行的标准(国标和行标)对GPS测量的要求不一致，第二是等级的分类不一致，第三是对设备的要求不同，第四是最关键的，专业人员对标准的理解不能统一，从而导致在进行GPS测量过程中存在着很多不一致的问题。

本文主要从基础测绘《全球定位系统(GPS)测量规范GB/T18314》(简称国标GPS)、城市测量《卫星定位城市测量技术规程CJJ73》(简称城市GPS)、城市轨道交通测量《城市轨道交通工程测量规范GB50308》(简称轨道 GPS)及工程施工测量《工程测量规范GB50026》(简称工程GPS)等4个规范(规程)，对GPS测量的技术要求的共性和差异进行分析，以便于在实际工程应用能够正确选用相应的精度指标。

2 规范的适用范围

《全球定位系统(GPS)测量规范》是针对国家基础测绘而制定的规范，是推荐执行标准;《卫星定位城市测量技术规程》是专为城市建设测量制定的GPS标准，主要用于城市规划、市政工程建设等方面;由于城市汽车交通已无法满足城市发展的需要，城市轨道的建设越来越多，针对这一新事物，专门制定了《城市轨道交通工程测量规范》，规范中对GPS测量也进行了规定，但篇幅很少;《工程测量规范》主要用于单一的中、大型建设工程项目，约有4页的篇幅，具有一定的局限性，但却是使用面最广的规范。轨道GPS及工程GPS在编写规划时，也参考了城市GPS(CJJ73－97)，然而，2010年实施的城市GPS，在内符合指标上与国标GPS进行了统一。

2.1 GPS等级划分

国标GPS、城市GPS、工程GPS的测量等级虽然都划分5个等级，但国标GPS与城市GPS和工程GPS不能一一对应，城市GPS和工程GPS相互一致，只是限差有些区别，而轨道GPS对等级未进行划分。在实际生产中，国标GPS与常规测量(三角或导线)等级关系为:二等采用B级要求观测、三等采用C级要求观测、四等采用D或E级要求观测。

2.2 国标GPS

(1)划分为 A、B、C、D、E 等5个等级。

(2)对应的平均边长分别为 100 km、70 km、30 km、10 km、3 km。

2.3 城市GPS

(1)划分为二等、三等、四等、一级、二级等5个等级。

(2)对应的平均边长分别为9 km、5 km、2 km、1 km、＜1 km。

2.4 轨道GPS

(1)只有一个等级。

(2)对应的平均边长为2 km。

2.5 工程GPS

(1)划分为二等、三等、四等、一级、二级等5个等级。

(2)对应的平均边长分别为9 km、4.5 km、2 km、1 km、0.5 km。

3 基线长度中误差

基线长度中误差σ是衡量基线观测精度的标准差，其值与设备标称精度和基线长度的关系为:

式中:a为仪器标称精度中的固定误差(mm)。

b为仪器标称精度中的比例误差系数(mm/km)。d为基线长度(km)。

2.1 a与b值的要求

a、b值的大小是表示GPS接收机的精度指标，值越小表明设备精度越高，反之就越低。

在国标GPS中，a、b值与采用设备的实际标称值为准;在轨道 GPS中，只有一个等级，规定了a≤10 mm、b≤2×10－6，而在城市 GPS 和工程 GPS 中，分别对a、b的最大取值和采用设备精度进行了规定，与选用的设备可以不关联。具体如表1所示。

不同规范对a、b值的要求表1

3.2 σ值的计算

知道了a、b值及平均基线长度，也就可以计算σ的值，在实际生产中，国标GPS、轨道GPS和工程GPS中规定平均基线长度采用实际的平均基线长度，而在城市GPS中一般采用规范要求的平均基线长度，可以不采用实际的平均基线长度。

城市GPS中σ值如表2所示。

CJJ73－97规程中σ的取值表2

4 内符合指标

4.1 同步观测环

同步观测环是3台及以上接收机同步观测所获得的基线向量构成的闭合环，在4种GPS规范中均按下式进行衡量。

坐标分量闭合差:

环线全长闭合差:

n为同步环中基线边的个数(下同)。

4.2 独立观测环

独立观测环是由独立观测所获得的基线向量构成的闭合环，也称为异步环，在4种GPS规范中均按下式进行衡量。

坐标分量闭合差:

4.3 重复基线

重复基线的长度较差的限差，在4种GPS规范中均按下式计算。

5 精度评定

5.1 观测精度

工程GPS控制网测量中误差为:

式中:m为控制网的测量中误差(mm);

N为控制网中异步环的个数;

n为异步环的边数;

W为异步环环线全长闭合差。

5.2 无约束平差

(1)无约束平差时，基线向量改正数的要求在4种GPS规范中完全一致，即要求基线向量改正数绝对值满足下式:

(2)在工程GPS中对最弱边相对中误差进行了规定，其他GPS规范中未作要求，具体如表3所示。

GB50026－2007对最弱边相对中误差的规定表3

5.3 约束平差

(1)基线向量的改正数与经过粗差剔除后的无约束平差结果的同名基线相应改正数的较差符合下式要求:

(2)平差后最弱边相对中误差的要求如表4所示。

两种规范平差后最弱边相对中误差的要求表4

(3)城市GPS中，当边长小于200 m时，边长中误差小于±2 cm。

(4)轨道GPS如表5所示。

GB50308－2008对中误差的要求表5

6 再谈基线标准差σ的值选用

(1)在建设工程运用中，同等级GPS网中，基线长度从几百米到几千米不等，对基线标准差σ的取值存在不同的看法，规范要求按实际使用仪器与实际平均基线长来计算σ的值，在衡量观测精度时，长基线一般不会有问题，但是短基线，特别是小于300 m的基线，很难通过，特别是用高精度仪器测量短边基线时，更难满足要求，因此建议参照城市GPS的技术要求，采用相对固定的σ值。

(2)为什么会出现这样的情况?笔者认为，测量二级导线时，导线的全长相对闭合差要求不超过1/10000，使用的设备一般采用2″级(II级测距)全站仪，有时会使用更高一级的设备，如1″级(I级测距)全站仪，此时导线的全长相对闭合差要求仍然是不超过1/10000，不因仪器的改变而更改变。