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发布时间：2019年04月19号，星期五 快速评论
第三章 GPS控制网布设 3.1 控制网的分级 由于公路、桥梁、隧道等工程构造物的特点不同，其在实际的平面控制测量中对GPS 控制网的要求也不同，据此，可以GPS控制网将分为一、二、三、四级四个不同的等级。各级控制网的主要技术指标如下表所示：
表 3.1 GPS控制网的主要技术指标 级别 每对相邻点平均距离d(Km) 固定误差a(mm) 比例误差b(ppm) 最弱相邻点点位中误差 m(mm) 路线 特殊构造物 路线 特殊构造物 路线 特殊构造物 一级 4 ≤10 5 ≤2 1 50 10 二级 2 ≤10 5 ≤5 2 50 10 三级 1 ≤10 5 ≤10 2 50 10 四级 0.5 ≤10 ≤10 50 根据《公路勘测规范》(JTJ061)，GPS 控制网与公路平面控制测量之间的等级关系见表3.2
表 3.2 GPS控制网与公路平面控制测量等级关系 GPS控制网 一级 二级 三级 四级 公路平面控制测量 二等三角 三等三角、导线 四等三角、导线 一级小三角、导线 在GPS控制网等级与主要技术指标中，每对相邻点间的平均距离是由路桥工程勘测过程中的实际情况确定的。四级GPS控制网，其相邻点间的平均距离在500m 较为适宜，这一级控制网可以直接作为公路施工的控制网;作为公路施工的首级控制网三级 GPS 控制网在测设时还需在此基础上进行加密，加密时的起算数据为控制网中的点，相邻点间的平均距离在1km比较合适;一、二级GPS 控制网的相邻点间距要求较长，该级别的控制网主要是用于建立大型的桥梁、隧道工程的控制网的。在表3.1中，固定误差和比例误差是在考虑施测控制网的等级以及接收机发展状况的情况下设定的，点位中误差指的是控制网中的点相对于联测点的相对点位误差。 3.2 控制网设计 在对GPS控制网进行布设时要考虑很多因素，比如公路的等级、沿线的地形地物、精度的要求等，在此基础上根据国家有关的规范(规程)编写出技术设计书。在将GPS的WGS-84坐标系统转换到平面坐标系时，应保证测区内的投影长度变形不超过2.5cm/km。根据测区的实际情况，坐标系的选择可以参照以下方法：
长度变形值不超过2.5cm/km，选择高斯正形投影3度带平面直角坐标系;长度变形值超过2.5cm/km的情况下，公路抵偿坐标系是一个不错的选择，这时可参照以下方案：
(1)高斯正形投影3度或者6度带平面直角坐标系，投影在54 北京坐标系或80西安坐标系的椭球面上。
(2)高斯正形投影3度带平面直角坐标系，投影在抵偿高程面上;
(3) 高斯正形投影3度或者6度带平面直角坐标系，投影在抵偿高程面上。
用公路抵偿坐标系进行坐标转换时，还要确定其他的参数：参考椭球及其参数、中央子午线经度、纵横坐标加常数值、投影面正常高、测区平均高程异常、方位角及起算坐标。
在GPS 控制网是公路工程的首级测量控制网且需要对其进行加密的情况下，应根据路线情况设置相互通视的 GPS 点，每两个点之间应相距5km。在GPS控制网直接作为施工测量控制网的情况下，要保证有一个相邻点与GPS点相互通视。GPS 控制网应由一个或多个独立观测环构成，且保证网中要存在较多的闭合条件。 3.3 选点埋石 3.3.1 选点 由于GPS测量不需要通视，且网型的选择也比较灵活，所以选点工作要传统测量的选点工作简单，主要是遵守以下原则：
1. 点位应便于安置接收设备和操作且基础稳定易于长期保存的地点。
2.点位目标要明显易于发现，点的周围视野要开阔且上方通视情况良好，高度角15°以上不得有成片障碍物阻挡卫星信号。
3.点位应远离大功率无线电发射台(如电视塔、微波站等)，其距离不宜小于200m，远离高压输电线，其距离不宜小于50m;特殊情况下不能满足距离要求时，应使用抗干扰性能强的接收机进行观测
4. 附近不应有强烈干扰卫星信号接收的物体，如大型建筑物、大面积水域等，以减弱多路径效应。
5.GPS 控制点的点位应选在交通方便的的地方，便于传统测量的应用。
6. 选点人员应按技术设计要求进行踏勘，并实地按要求选点，当与技术设计书冲突时应以实际情况为准，在旧点一切条件可符合的情况下优先利用旧点。 3.3.2 标石埋设 1.每个点的标石都必须设有直径大于等于14mm 的钢筋中心标志，并刻成直径小于1mm的中心点，标石的表面要刻上点与测量单位的名称。
2.GPS 点标石的预制要严格按照规范，可以提前预制，也可以进行现场浇制。标石埋设的坑底要用砂石填实，也可以浇筑20cm 厚的混凝土。GPS 点埋设好后，要在沉降稳定以后才能使用。
3.如果标石埋设的位置位于耕作地区，应尽量避免埋设在耕地上，在非耕地上埋好后要露出地面一小部分;如果避不开耕地，要把标石的顶面埋于耕地表层以下，以免被破坏。对于冰冻地区，标石埋设深度要大于冰冻的深度。
4.如果标石埋设的位置位于沙丘或土层疏松的地区，要增大标石尺寸并且要增加基坑的深度以及底层混凝土的面积与厚度以保证标石的稳固。
5.当标石埋设地区存在牢固永久性建筑物时，中心标志可以埋入建筑物上凿好的孔中并浇灌混凝土使其稳固。
6.一、二级 GPS 控制网需要埋设具有强制对中装置的观测墩。 3.4 数据观测 观测数据中完整的载波相位观测值由三部分组成：整周未知数、整周部分、不足周的部分，相位差法可以将不足一周的部分准确地解算出来，整周数可以通过伪距法、经典平差方法、多普勒法等方法确定，因此整周未知数的解算精度直接关系到定位的精度，所以，为了更够高精度地确定整周未知数，静态定位的观测时间一般较长。桥梁、隧道等特殊构造物的控制测量对测量精度有特殊要求，其GPS控制网要采用一级GPS控制网，这样可以保证较高的精度和可靠性。
作业要求
1.测量作业人员必须按照GPS接收机操作说明进行观察操作;
2.天线的对中整平精度为1mm;
3.每个观测时段在开始前和结束后均应量取天线高，两次量取结果之差不超过3mm，并两次测量结果的平均值作为仪器的天线高;
4.观测期间要禁止任何人员或物体对天线的触动或信号的遮挡;
5.接收机开始工作后，要随时观察卫星和信息存储情况，当接收出现异常情况时，立即对接收机进行调整。
6.观测手簿要在现场及时填写，不可在测量工作结束后再进行补记。
7.测量工作结束后，测量数据文件要及时存盘，以免丢失或遗漏，同时不得对数据进行任何的剔除或删改。
第四章 数据处理与误差分析 4.1数据整体与分组处理 4.1.1 中海达软件处理 1 启动软件，新建项目，【项目(F)】→【新建(N)】，输入项目名，点击【确定】，然后“属性设置”对话框，设置好后点击【确定】。
图4.1 新建项目
2 导入数据：【项目(F)】→【导入(I)】， “数据导入”对话框，选择观测数据，点击【确定】，数据载入并自动生成数据网图。
图4.2 数据导入
3 基线处理：【静态基线(S)】→【处理全部基线(A)】，自动处理所有的基线，处理结束后，“计算区”对话框会显示基线的精度和不合格基线的数量。
图4.3 基线处理
点击“主界面”下的【列表】，显示所有基线的观测信息，前面显示红色的叹号的基线是不合格的基线。
图4.4 基线初步解算列表
4不合格基线处理，选择不合格基线，点击【观测数据图】，图上面的显示是卫星跟踪数据，下面的显示是基线残差，根据基线残差、卫星起伏、周跳来对卫星数据有选择的进行删除，然后对剩余的基线重新进行解算从而提高基线的精度。用鼠标框选“观测数据图”上起伏跳动较大的卫星数据，将其屏蔽后重新解算，再看基线解算精度。
图4.5 残差图
图4.6 观测数据图
5基线都处理合格后，检查是否存在超限基线(一般在毫米级，都不会超限)，若存在超限，则需要对这条基线重复进行处理，使误差变小即可。
图4.7 搜索重复基线
图4.8 搜索闭合环
图4.9闭合环超限处理
6网平差：基线处理合格后，【网平差(A)】→【网图检查(C)】，对重复站点及网的连通性进行检查，检查合格后，进行下面的操作，点击【站点】，选择已知点，然后点击【修改】，选择需要的固定方式，在“固定坐标”框里输入已知点坐标，其它已知点的输入方式相同。完成输入后，【网平差(A)】→【平差设置(S)】，平差类型一般设置为【二维平差】。
图4.10 平差设置
再依次点击【网平差(A)】→【进行网平差(P)】，程序重新进行平差，完成后弹出“是否查看网页报告”对话框，根据需要点击【是】或【否】。
图4.11 平差成果图 4.1.2 南方软件 1新建项目，点击【文件】→【新建】，新建工作项目;
图4.12 新建项目
2.数据导入，点击【数据输入】→【增加观测数据文件】;
3.基线解算，点击【基线解算】→【静态基线处理设置】→【全部解算】，解算可能需要较长的时间。基线解算完成后，基线颜色变为红色和灰色，灰色需要重新进行解算，重新解算过程跟中海达软件相似，不再赘述。
图4.13 基线解算设置
图4.14 初步解算成果图
4 所有基线解算合格后，进行【重复基线】与【闭合环】的检查，待检查合格后进行网平差。
5 网平差，输入已知点的坐标，设置约束条件，根据需要选择“自动平差”、“二维平差”、“三维平差”中的一种 4.1.3数据分组处理 将所有控制点分为两组，且在两组中存在两个共同的控制点，分组情况如下：
A 组：D430，D440，D450，I150，I160，I170，I180，I190，I200，I210，I220，I230，I240，I250，I260，I270，I280，I290。
B 组：I010，I020，I030，I040，I050，I060，I070，I080，I090，I100，I110，I120，I130，I140，I150，I160。
每组数据处理的过程与整体数据处理相同，详细过程不再赘述。 4.2 结果及精度 4.2.1 解算成果 由表4.1可以看出，三种不同解算方式的最弱边相对中误差均小于1: 40000(规范规定)，最弱点的平面中误差均小于规范规定的10mm，因此三种解算方式的解算结果都合格。
表4.1 解算成果表 解算方式 最弱边相对中误差 最弱点平面中误差(m) 中海达 整体 1: 100900 0.0048 中海达 分组 1: 99988 0.0056 南方 整体 1: 92540 0.0041 4.2.2 成果对比
利用不同软件和不同的解算方式得到如下平差结果：
表4.2 中海达 数据整体解算基线相对中误差 基线 平距(m) 相对误差 D44-I29 *.4371 1:101848 I06-I07 *.5130 1:191415 I13-I14 *.3433 1:179901 I20-I21 *.6486 1:350343 表4.3 中海达 数据分带解算基线相对中误差 基线 平距(m) 相对误差 D44-I29 *.4371 1:99988 I06-I07 *.5150 1:211647 I13-I14 *.3449 1:183225 I20-I21 *.6503 1:329176 表4.4 南方 最弱边相对中误差 基线 平距(m) 相对误差 I08-I07 *.283 1:92540 I06-I07 *.853 1:90489 I13-I14 *.427 1:87098 I20-I21 *.654 1:177716 从表4.2、4.3、4.4的平差结果对比可以看出，在数据处理方面南方数据处理软件弱于中海达，对于中海达数据处理软件而言，其自身的数据整体处理方法强于分带处理法。
在基线解算的过程中，南方软件对于不合格基线的再次处理比较麻烦，在对观测数据图进行修改时，【基线简表】界面与【观测数据文件】界面要互相转换，而且对超限的基线进行处理时，与该基线观测数据相关的基线也会受到影响，这就造成了数据处理精度的降低。中海达软件在对基线进行解算时，每一条基线都有自己独立的观测数据，而且残差图与数据观测图同在一个界面，这样就能够对观测数据进行精确的编辑，这就使得基线解算的精度更高，平差结果更可靠。 4.3 误差分析 4.3.1 电离层折射 与其它电磁波信号一样，当GPS卫星信号通过电离层时，受其影响，信号的传播路径会发生变化。在GPS控制测量中，为了减弱电离层的影响通常采用如下措施：
(1)双频观测
卫星信号通过电离层产生的折射该证数与卫星信号频率的平方成反比，所以用两个不同的频率来发射卫星信号，利用双频接收机来观测，再利用函数关系和数学模型就可以确定其影响。
(2) 利用电离层模型加以修正
对于单频GPS接收机，为了减弱电离层的影响，电离层模型一般是采用导航电文提供的或者其它适合。
(3)利用同步观测值求差
用两台接收机在基线的两端进行同步观测并取其观测量之差，可以有效的减弱电离层折射的影响。 4.3.2 对流层折射 GPS信号通过对流层时，其传播路径也会发生变化，从而使测量距离产生偏差，这种现象叫做对流层折射。减弱对流层折射改正残差影响的主要措施有：
(1)采用对流层模型加以改正。
(2)引入附加待估参数，在数据处理中一并求得。
(3)利用同步观测量求差。 4.3.3 多路径效应 GPS测量过程中，测站周围的反射物反射的卫星信号进入接收机，这就和直接来自卫星的信号产生干涉，从而使观测值产生偏差，这种现象就叫做多路径效应。目前，针对多路径效应解决的办法主要有：
(1)选择合适的测站位置，远离大面积的水域，避免在山坡、山谷以及盆地中设站，避开高层建筑物。
(2)设置天线抑径板。 4.3.4 接收机钟差 接收机在观测期间与GPS时钟不同步的差值就是接收机钟差。目前减弱接收机钟差的主要方法有：
(1)把每个观测时刻的接收机钟差作为为一个独立的未知数，在数据处理中一并求解。
(2)通过在卫星间求一次差来消除接收机的钟差。 4.4 精度控制 不同基线的起算坐标对点位的精度有影响，针对这一实例，利用D43、D44、D45 三个已知点的坐标分别组成三组起算数据“D43-D44”、“D44-D45”与“D43-D44-D45”，依次进行平差。
表 4.5 已知点坐标 点名 X Y 高程 D43 *.3456 *.9481 *.4552 D44 *.2545 *.4294 *.6988 D45 *.4001 *.4781 *.5069 表 4.6 “D43-D44”平差结果 点名 X Y 高程 中误差 D45 *.4001 *.4781 *.4907 0.0025 I01 *.6527 *.2648 *.4682 0.0048 I15 *.5708 *.0057 *.0258 0.0040 表4.7 “D44-D45”平差结果 点名 X Y 高程 中误差 D43 *.3456 *.9481 *.4552 0.0045 I01 *.6536 *.2645 *.4746 0.0047 I15 *.5716 *.0057 *.0321 0.0041 表4.8 “D43-D44-D45”平差结果 点名 X Y 高程 中误差 I01 *.6538 *.2647 *.0168 0.0477 I15 *.5716 *.0057 *.7767 0.0286 由表4.5、4.6、4.7可以看出，两组平差结果中的另一已知点的坐标值和参考值一致，可以确定三个已知点的坐标精度很高。对于I01 和I15两个坐标点的解算精度，“D43-D44”这组要略低于“D44-D45”这组，而“D43-D44-D45”这组坐标平差值与另外两组几乎一致，但中误差明显增大。因此我们可以得到结论：加入过多的已知点(这一组加入了D44坐标点)并不能够提高平差精度，反而会使精度降低。
第五章 结论与展望 本文是 GPS技术在公路平面控制测量研究中的一部分，通过外业的数据采集，内业数据处理以及文章的撰写得到如下收获：
1.合理选点，在外业测量中，控制点选取的质量将直接影响到整个外业作业的进程和测量数据的质量，后续的数据处理以及平差的结果也会受到选点质量的影响，所以我们应根据测量的实际经验，结合外业测量环境，合理的选取控制点。
3.基线解算，整个数据的平差精度会受到基线解算的质量、闭合差的处理方式的直接影响。因此，我们对基线进行多次细致的处理，直到其解算结果合格。
4.约束平差，在对测量数据进行平差的过程中，适当的将一些约束条件如点坐标、基线长度、高程等加入到平差的过程中，能有效地提高平差的精度。
在文章的撰写过程中，可以看出GPS公路平面控制测量中具有很大的技术优势。为了使测量成果更可靠，精度更高，提出以下建议：
1.GPS在高程测量方面精度还不能满足要求，当前公路尤其是高等级公路逐渐向山区发展，由于地形条件的限制，传统测量手段比较困难，GPS高程测量就成了一种极其有效的手段，找到提高GPS高程测量精度的方法就显得很重要。
2.观测时段的选取，根据收到的星历预报，选择最佳的观测时段，能够有效的提高观测数据的质量。
3.高度截止角的设置，低空卫星的信号传输很容易受到外界的干扰，合适的高度截止角能够有效的减弱多路径及大气延迟的影响，提高观测数据的质量，从而提高数据处理对的精度。