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摘要：针对小区域控制测量中，区域中坐标转换参数不易获取及测区内图根点稀疏的问题。提出采用D级GPS静态测量，在区域内布设控制网，然后对GPS静态数据进行基线解算及平差精度分析，快速获取区域坐标转换参数及在测量区域均匀分布的图根点平面坐标。本文以淮南市潘集区的小区域范围进行了实验验证分析，实验结果表明，GPS网转换到到BJ-54坐标下后，所有图根点在高斯平面上的点位中误差均<0.5cm，基线标准差置信度（松弛因子）为19.20，完全能够满足工程项目的精度要求，为工程建设的高效进行提供了技术支持及降低了项目成本费用。
关键字：控制测量；静态GPS；坐标转换；精度评价
Research and application of static GPS in small area control survey
Abstract：It is difficult to obtain the coordinate transformation parameters in small area control survey. It is proposed to use the static surveying of grade D GPS, set up the control network in the area, and then carry out the baseline calculation and adjustment precision analysis of the static data of GPS.Based on the small area of Huai nan city within the scope of the experiment analysis, the experimental results show that the GPS network transformation to BJ - 54 coordinates, all figure root point error in the Gaussian plane < 0.5 cm, the standard deviation of the baseline confidence (relaxation factor) is 19.20, can completely meet the accuracy requirement of the project, and save the transformation parameters acquisition cost.
Key words：Control surveying；Static GPS；Coordination transforming；Precision evaluation
引言
GPS静态测量，是利用测量型GPS接收机进行定位测量的一种，其利用卫星持续的向陆地广播发射加载了定位信号以实现定位测量[1]，主要用于建立各种的控制网。随着国家的不断发展与进步，工程建设的需求也随之增长，那么精准快速的工程测量方法就成为工程建中当中的首要选择。GPS控制测量以其速度快、精度高、相邻点间无需通视、费用省、操作简便等诸多优势，被广泛应用于控制测量当中[2]。如今，GPS定位技术已经基本取代了常规测角、测距手段建立控制网的方法。本文中针对小区域控制测量中转换参数获取困难，无法在区域内均匀布设图根点的问题，在工程施工的小区域范围内布设D级GPS控制网，获取静态数据后，进行基线解算，获取转换参数及所需坐标系下的图根点的平面坐标，以便于工程建设中进行碎部测量、放线等工程需要。本文中对所获取的静态数据经空间无约束平差后，投影到高斯平面上的点位中误差与大地高误差统计，结果表明，GPS经过坐标转换和投影后，仍然保留了其高精度的特点，且点位精度和高程精度均匀，高程中误差均小于5.5mm，点位中误差均小于3.2mm。
1、材料与方法
1.1 研究区域概况
由于一般大型工程项目所在位置经常地处野外地区，缺乏有效的控制点来进行施工测量，本实验为与实际工程更为符合，选区区域为淮南市郊区，实验区域内多分布农田、水域、树林及村庄等地物，地势起伏平稳。
1.2 静态GPS控制网的布设
在实验区域中，平面测量采用D级GPS静态测量。GPS静态测量获得的是GPS基线向量，属于WGS-84坐标系的三维坐标，而实际需要的是国家坐标系下坐标。对于一般工程的实际应用而言，需要转换成北京-54坐标系或国家-2000坐标系下的高斯平面直角坐标。这种转换是通过GPS联测来实现的，即在一些高等级控制点上进行GPS观测，这些点称为坐标联测点。该实验采用控制点为实验区域中已有的K1、K2两个控制点，这些点具有北京-54坐标系下的高斯平面直角坐标，基本能够控制该测区，为进行坐标系统转换提供了基础。其所在投影带中央子午线经度为117°，分别为6°投影分带的第20带，3°投影分带的第39带。整个控制网中的图根点有CL01、CL02、CL03、CS01、CS02和CS03点，与K1和K2控制点一起构成GPS平面控制网，整个控制网中各图根点的点位位置如图1所示。
图1 控制网结构图
实际观测工作采用静态相对定位模式进行GPS网同步观测具体技术要求如下：卫星截止高度角≥15o；有效观测卫星数≥4；观测时段长≥60分钟；数据采样间隔5秒。
1.3 数据处理方法
本实验中GPS控制网的基线向量解算软件是中海达HDS2003数据处理软件。其数据处理的具体过程如下图2所示[3]:
图2 HGO基线解算流程图
结果与讨论
2.1 点位误差统计分析
GPS控制网的精确度是以平差后各项中误差来表征的，其指标有验后单位权中误差、点位中误差、基线向量中误差及其相对中误差。本实验对所获取的静态GPS数据处理后，获得的转换参数及图根点的坐标数据如表1、表2所示：
表1 WGS-84至BJ-54小区域转换参数
从表2中可以看出，该GPS连接测量控制网的最大点位中误差不超过0.46cm，平均约为0.31cm，精度很高，达到相应等级GPS网的要求。
2.2 基线向量误差的点位中误差统计分析
图3为GPS控制网进行自由平差后的基线精度与基线边长的统计，从图中可以看出，基线相对误差与基线边长之间具有一定的相关性，呈明显的近似反比例关系，并得出拟合曲线公式如下所示：
式中x为基线的相对误差，y为控制网的基线边长。因所取的基线边的条数相对较少，因此其回归曲线的回归相关系数参考性较差，但从其0.71的相关系数值，仍可得出其显著的相关性。
图3 控制网自由平差后基线精度统计
在组成该GPS网的18条基线向量中，基线向量相对中误差精度优于1/50万，如表4所示。
在组成该GPS网的18条基线向量(含重复基线和同步基线)中，平均边长为963.725m，最长边（CS01～K4）为1854.5985m，最短边（CS02～CS03）为29.7841m，最长边和最短边的边长中误差分别为1.1mm和1.5mm，边长相对中误差分别为1/2168136和1/750705。若结合表2和表3来看，此次连接次量的各观测站GPS平面测量控制网的质量也相对较高，可以满足建立一般施工要求平面控制网。
表3 GPS控制网基线向量中误差统计表
最高精度1:1903033最低精度1/549517平均精度1/1226275
从表2～表4中可以看出，本次实验静态GPS控制网观测，精度完全满足设计要求，平差成果可供项目一般项目工程的施工建设使用。
3、结论
数据处理和精度检核严格如下要求执行：连接测量和采前全面观测按照GPS平面D级。经数据处理和质量评价，各期观测均满足测量等级要求和工程要求精度，保证了观测数据的精度及可靠性。通过以上方法及精度评价分析，可表明为此种方法为工程建设的高效进行提供了技术支持及降低了项目成本费用的可行性
参考文献：
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论文作者:郝兆景
论文发表刊物:《防护工程》2018年第29期
论文发表时间:2018/12/28
标签：基线论文; 测量论文; 误差论文; 精度论文; 静态论文; 坐标论文; 向量论文; 《防护工程》2018年第29期论文;