工程测量中GPS控制测量平面与高程精度研究

2020-12-02毕杰朋

工程技术研究 2020年19期

关键词：高程基站平面

毕杰朋

（中铁二十一局集团国际工程有限公司，北京 100073）

目前，GPS已经成为测绘行业内一项全新的技术，且开始频繁应用于各类工程测量项目中。但由于工程测量难度较高，目前的GPS技术无法满足其平面与高程方面的精度要求[1]，因此有必要对提升GPS平面与高程测量精度标准的有效举措展开探讨。

1 平面控制测量与高程控制测量

1.1 布网与选点

笔者以参建的阿尔及利亚麦迪亚53km高速公路项目为例，将项目线路周边的GPS C级点当成是起始点，且整条线路中每5km的位置均设置一对四等GPS点，这样设计的目的是为了加强下级控制点的加密效果。寻找点位需严格按照以下四点要求：（1）点位必须位于显而易见、不易受威胁的位置，只有这样的点位才能真正用于公路测量中；（2）点位周边遮挡物高度角均需≥15°，同时点位需要与所有大功率无线电发射源、高压输电线分别保持＞0.4km、0.2km的距离；（3）所有点位之间的距离都应＞0.5km，且必须能够相互通视，只有这样才能实现联测与加密；（4）所有四等GPS点应使用以此GP01～GP0n进行标注，需使用油漆等物品对标石进行再次标记，以便操作人员查找。

1.2 平面控制测量

主线首级平面控制网整体的施测等级标准是四等，而加密平面控制点的标准却为一级，因此如若该控制网选用GPS静态法展开观测，其观测周期均值应超过1h，其最小值也应为45min左右，且每隔15s需获取一次数据。在进行联测的时候，基线长度过大会造成观测周期的延长。基线解算全部结束后需对复测基线、同步环以及异步环展开复核，其中四等平面控制网所包含的重复基线、同步环以及异步环个数应分别为7、95、47个；而若等级为一级则需分别包含25、362以及177个。此外，一级平面控制网需要立足于三维无约束平差前提下进行测量，同时将GP01、GP02之类的四等点当成是起始点展开平差，计算结束后得到的最弱边相对误差值是1/92135、最弱点点位中误差值是±0.66cm，对照相关标准发现其各项精度均在误差允许的范围之内。

1.3 高程控制测量

高程控制测量主要选用的是四等光电测高程导线完成测量工作，必要时搭配使用三联脚架法作为辅助，高程测试需取值两次，最终结果为两次取值的中位数。若是导数点之间无法通视，则可添加过渡站保障观测工作的顺利进行[2]。据相关标准规定其边长需控制在30～1000m，且控制网平差、闭合差等参数精准状况必须达到相关标准的规定才算合格。

2 GPS控制测量平面与高程精度存在的问题

2.1 GPS精度不符合要求

测量过程中GPS设备自身的精度水平会在很大程度上左右平面、高程的测量精度[3]。通常来看，要想使高程测量精度得以提升，要求使用的GPS设备同样具备更优的精度标准，然而由于GPS卫星在数据传送过程中极易出现精度降低的问题，因此测量者在进行测量时需要通过计算或精准预估来保证GPS设备的测量精度满足设计需要。然而目前在使用该项技术进行测量时，频繁出现因测量人员选用的设备精度性能差而出现信息误差甚至图像失真的问题，极大地影响了高程测量精度，进而促使平面选择出现严重失误。

2.2 对测量平面的选择缺乏明确标准

要想将该项技术使用到工程测量中，首先要求测量平面与控制点均选择精准，而其位置是否精准需经由科学计算来判断。某工程平面测量图例如图1所示。

图1 测量平面示意图

要想选取到合适的测量平面，首先应保证公共几何点水准测量精度达到标准，设计人员可以通过高程异常数值与大地高差值的关联展开数学拟合，找出最优选择，将其作为确定平面的依据。然而当真正在进行测量时，施工人员往往会因操作不严谨等原因出现精度偏差，致使高程起算点精度超出专业误差允许范围，从而影响整体测量结果。

3 提高GPS对测量平面与高程精度的措施

3.1 使用精度较高的测量设备

GPS设备精度会在很大程度上左右整个工程测量的效果，若所使用的GPS设备自身精度不足，在卫星传输过程中极易发生明显偏差，导致高程精度出现偏离，并且GPS精度不足也会使设备自身的信息处理效率降低，导致传输的信息可能存在错误。可见，工程测量时只有使用高精度仪器才能确保高程精度在误差允许范围内。选择高精度GPS仪器的优势如下：（1）能够在更短的时间内识别、处理卫星传送的信息数据，若存在卫星传输数据失真的情况，仪器也会自行调整；（2）若是测量工作在环境恶劣、地质复杂的条件下进行，高精度的GPS设备就可以在很大程度上克服因对流层或海拔过高带来的干扰，保障其自身工作不受干扰、所获取到的信息准确无误；（3）使用高精度GPS仪器能够显著提升工作效率，必要时还可实现加密传输，使测量者获取到真实的地质示意图，还可将海拔、区域轮廓线等参数信息直接变成图像进行显示，使观察者能够更加直观、清晰地了解区域状况；（4）高精度的GPS仪器能够有效缩小外界环境带来的影响，保证信息准确无误，保证平面、高程测量精度在设计允许的误差范围内。

3.2 提高测量平面的选择标准

测量者应注意选取适宜的公共几何点，以对平面高程、平面高程异常值展开详细的估算。其中，计算高程数值过程中，测量者可以借助高程拟合先展开测量，待得到结果后只需去除正常高即可获得所需数值，该环节可反复使用二次曲面拟合法进行，从而将误差不断减小至可控范围。但若是测量工程所处地质环境不同，则选择标准同样需要发生更改。假设测量工程处于地势起伏明显的山区，则应综合衡量测量工作是否会受到周边磁场、大气对流层活动等因素的影响。此外，由于地下介质密度与土质条件同样会干扰GPS卫星传输工作的精准度。因此，当测量人员在这些地区开展测量工作时，首先必须保证测量平面位于一个相对平坦的区域，严格把控与基站的间隔，将测量区域真实长宽作为依据来安放数量合适的基站，以保障所有基站均能接收到卫星传送的信息。而若是测量环境磁场较强，则禁止在该区域安放基站。此外，当进行平面测量时，各个基站的高程测量工作一同进行，只有这样才能保证测量结果的真实可靠。若是测量者在测量时选择的标准合适，就能够很大程度上减小测量误差，提升测量的有效性。

3.3 采用GPS RTK技术

测量工程单独使用GPS测量技术往往极易出现精度偏离、信息失真、传输延迟等故障，但若是将GPS替换为GPS RTK技术，只需使用软件处理、作业工作等方式即可有效避开使用GPS技术时出现的各种问题，有效提升测量结果的精度与准确性。值得注意的是，若要使用该技术进行测量则需提前找准RTK作用距离与基准站架设高度之间的联系，如表1所示。

表1 RTK作用距离和基准站架设高度之前的关系

选择正确的流动站、基准站位置能够使站台更高效地获取来自GPS卫星传输的信息数据，而为了确保RTK无线电数据链发射顺利，则应将发射位置选取在平坦开阔的区域，确保发射路径最小，同时还应注意发射区域不得靠近电视、微波站等区域。开始测量工作之前，需提前检测卫星数目和位置，整个测量工作需确保持续供电。此外，为提升精度标准可适当增加基准站数目。