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摘要：随着科学技术的发展，我国的GPS技术有了很大进展，越来越多的工程都在应用GPS来进行布设控制网。在已经有很多学者研究控制网的优化设计并作出很多有益结论的情况下，结合GPS测量的特点以及控制网的特性，对以下对象进行了研究与分析：了解到控制网的优化设计指标，掌握各种优化设计的方法，并制订设计方案；根据接收机的标称精度通过相应的数学公式来进行基线向量的方差－协方差阵的计算估计；根据实际工程来进行优化设计，预估几种方案进行分析对比；选取最优的方案对6台接收机进行同步观测，结果满足布设控制点的要求。
关键词：优化设计；GPS控制网；精度；可靠性
引言
GPS控制网布设是开展GPS测量工作的重要基础，勘测技术人员在开展相关工作时，必须严格遵守国家法律法规要求，充分发挥现代科学技术的优势，结合GPS控制网使用群体的实际需求制定布设方案，一方面能够提高点位的精确度，另一方面可以增强控制网的可靠性，对推动相关行业的健康发展具有积极影响。
1GPS定位技术基本概述
GPS定位技术是以新一代的精密卫星导航为基础的先进的定位技术，其具有全球性、全天候以及连续性的三维导航和定位能力，同时GPS定位技术的抗干扰性也比较强。目前在测绘领域中对GPS定位技术的应用比较广泛，其应用优势主要包括以下几点：第一，GPS定位技术在应用过程中对观测站之间的测量通视要求较低。在测量过程中，对控制点的位置，可以按照测量的实际需要进行布设。观测站之间的通视性要求极低。可以提高选点的灵活性，极大地减少测绘工作的复杂性和难度。但是在应用GPS定位技术时，最好保持测站上空处于开阔状态。第二，GPS受控制网的几何图形限制相对较小。在GPS定位技术应用过程中，控制网几何图形对其测量精度的影响比较小。点与点之间的距离长短可以根据实际的测量需求进行确定。第三，GPS定位精度比较高。在GPS定位技术测量时，布设点的精度比较均匀，这样能够在很大程度上确保测量精度。第四，GPS技术能够准确地测量出测区的三维坐标。GPS定位技术在对平面坐标进行精确的测量时，能够对观测站的大地高程进行有效的测定。
2控制网的设计
据《公路勘察规范》，一、二级控制网用于大型桥梁控制网的建立；三级控制网作为高速公路首级控制网；四级GPS控制网作为高速公路施工控制网。将GPS的WGS-84大地坐标系统转换为平面坐标系时，如果测区投影长度变形≤2.5cm/km，此时，采用高斯正形投影3°带平面直角坐标系；如果测区投影长度变形>2.5cm/km，应采取公路抵偿坐标系，此时，需确定的技术参数：投影面的正常高、起算点坐标和方位角及中央子午线经度。在进行GPS控制网设计时，应由若干个独立观测点构成闭合环路，其各级控制网边数应符合规定：一级控制网不超过5条；二级不超过6条；三级不超过7条；四级不超过8条。对于平原、微丘地形，其测点数量不宜少于6个；对于重丘、山岭地形，其测点数量不宜少于10个。
3GPS控制网布设的实施要点
某大桥又名福州三江口大桥，位于闽江北港下游，全线由南至北共由主桥、南连接线、北连接线三部分组成，南起仓山区环岛路、北起北江滨路，途径福泉高速、南江滨路、闽江北港等处。其中，主桥长度约为1.8km，南连接线长约1.9km，北连接线长为2.5km。高架桥的桥面采取了双向6车道设计，辅道路面采用双向4车道设计，构成了四通八达的公路大桥。
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3.1制定科学的布设方案
施工方案指的是根据实际情况指定的项目实施方案，在正式开展施工之前，管理人员应针对施工场所进行深入调查，综合考虑不同部门的职责、人力资源配置、施工技术与进度、安全隐患、材料采购供应、施工图纸设计等内容，制定科学性与合理性较强的施工方案。因此，勘测技术人员在开展GPS控制网布设之前，要结合大桥桥位现场及周边环境进行全面调查，严格按照方案开展工作，为提高作业质量奠定坚实基础。在大桥施工前期阶段，结合JTGC10-2018《公路勘测规范》、GPS技术应用要求，设计了多种方案，方案中针对GPS控制网布设先设计了三等控制网，后结合实际情况对其进行加密成四等控制网，极大程度上提高了GPS控制网的密度与实用性。方案拟将若干个三等GPS控制点均匀分布在马尾大桥南、北岸，并在GPS网观测计算时将投影面抬高到大桥平均设计高度，同时对主桥中轴线附近的两点进行光电测距，将其实测边长纳入整网进行约束平差；而后在三等GPS控制网的基础上，选定若干个四等GPS控制点将其均匀加密分布在大桥南北互通匝道的周边。
3.2点位精度以及方差－协方差阵计算
在GPS测量当中，需要使用n台GPS接收机进行同步观测，那么网内就共有n（n－1）/2条基线。有3种基线解算的方法分别是独立基线解、单基线解、全基线解。比较普通的方法就是选取其中的n－1条独立基线来进行间接平差计算。为了研究基线观测值对网的精度指标的影响，本文利用全部基线进行优化设计。因此选定GPS控制网的网形后，便可相应地确定设计矩阵A。还有，为了能够建立优化设计所用到的准则矩阵，还要估算观测值的方差阵DΔXΔYΔZ。目前，可用来估计GPS网基线向量方差阵的方法有两种：1）通过方差－协方差传播定律估算；2）基线向量各方向按仪器的标称精度平均分配。
3.3精准定位控制点布设位置
目前，应用范围最广的GPS测量作业模式主要有静态相对定位、快速相对静态定位、准动态相对定位、动态相对定位四种。因为施工性质的影响，GPS控制网点位布设只能采用静态相对定位与快速相对静态定位两种作业模式。当采用前者确定点位时，施工人员要在基线（1条或多条）两端分别安置1台（或多台）GPS信号接收机，用来观测4颗卫星，实施观测时间至少要在45min及以上。该作业模式下，观测基线会形成系列性闭合环，点位精确度能够达到5mm+1ppm/S（S表示基线长度）。当采用后者进行GPS控制点布设时，施工人员通常会将基准站设置在测区中央，安置1台GPS信号接收机对所有可见卫星进行观测，将每个控制点的观测时间控制在相同范围内，一段时间后便可得到静态相对定位的精确数值，尽管快速静态相对定位模式无法形成闭合环，可靠性较低，但该作业模式具有耗能低、精准度高的优点，实用性相对较强。勘测技术人员在开展大桥GPS控制点定位工作时，为了保证测量数据的准确性与可靠性，采用了混合作业模式，同时应用了静态相对定位与快速静态相对定位，对点位布设位置周边环境进行观测。在主桥南岸与北岸分别埋设了2个观测墩，屋面控制点布设了11个（其中三等GPS控制网中4个，四等GPS控制网中7个），严格按照埋设标准与技术设计书要求开展施工，最终将控制点埋设在基础结构稳定且能够长期保存的位置。
结束语
综上所述，相较于传统控制网，GPS控制网的实用性与操作性更强、精准度与科学性更高，勘测技术人员若想有效提高GPS控制网布设质量、保证点位精准性，需采用先进的GPS技术与机械设备，结合实际情况制定布设方案与设计图纸，全面深入调查施工现场信息，提高控制点定位的正确率，切实提高施工质量。
参考文献：
［1］王玉洁．GPS控制网的布设原则及优化设计探讨［J］．科学之友，2010（19）：5－6．
［2］向南．GPS工程控制网的优化设计研究［D］．成都：西南交通大学，2015．
［3］许双安．通用GPS网平差数据预处理方法研究［J］．铁道勘察，2014（2）：49－53．
论文作者:1张俊伟,2李培育
论文发表刊物:《基层建设》2019年第24期
论文发表时间:2019/11/22
标签：基线论文; 测量论文; 大桥论文; 技术论文; 精度论文; 作业论文; 优化设计论文; 《基层建设》2019年第24期论文;