董聪1, 李杰2
1华阳开元矿业有限责任公司 甘肃，庆阳市 745000
2中交公路规划设计院有限公司 山东 菏泽市 274000
摘要：着重介绍了用GPS网作为高速公路路线首级控制测量的方法，并对GPS网的选点与布设、观测与联测、误差来源及精度标准、数据质量与数据处理、网平差与坐标转换等进行了分析。同时还就如何消除测量中的误差，提高其测量精度提出了相应的方法。
关键词：GPS；控制网；高速公路；测量
引言
勘测设计作为公路建设前期工作一个重要而必须的环节，其质量和精度越来越引起了广大公路建设者的高度重视。当前，随着高等级公路尤其是高速公路建设的发展，原来传统的测量方法已不能适应长距离、高质量、高精度的建设需要。全球定位系统（GPS）的问世和发展，给高速公路测绘带来了一场深刻的技术革命，并且GPS 以其观测简便、定位精度高、速度快、可全天候作业、经济效益显著等优点，迅速在高速公路测设首级控制中，被广泛地应用。
1 控制资料的分析与投影面与投影带的选择
首先到当地测绘资料部门查寻公路沿线的国家二、三等控制点资料，对其进行分析、归纳，并实地踏勘，以确定可利用点。而后视测区起终点是否在同一带内，确定是否进行换带计算。我国《国家三角测量和精密导线测量规范》规定：所有大地测量观测成果，都须化算到参考椭球面上。所有国家大地点均按高斯正形投影计算其在六度带内的平面直角坐标。在1:10000和更大比例尺测图的地区，还应加算其在3度带内的平面直角坐标转换。地面真实长度归化到国家统一的椭球面上然后在投影至高斯平面所加改正称为长度综合变形。
按国家规定的3 度带投影，若每公里的变形大于2.5 cm，应取测区起终点经度的平均精度线为中央经线进行投影变换，取以测区平均高程面为投影面进行投影变换。
2 GPS 网的布设
由于公路测区多为典型窄长带状地形，根据测区地形情况及工程需要，按照国家测绘局1992年颁布的《GPS测量规范》中GPS测量分级表相关规定，GPS网一般按: 级标准布设（桥梁GPS 控制网按; 级标准布设）。布设GPS 网时，应考虑测站联测、卫星接收信号、仪器精度、便于使用等因素，并尽可能使GPS点接近被控制线路。同时要求路线每隔一定距离有一队控制点相通视。以某城市绕城高速公路南线的路线GPS 测量控制为例，为满足工程设计及施工需要。
图形设计时应遵循以下原则：（1）GPS 网的布设应视其目的、作业时卫星状况、预期达到的精度、可靠性及工作效率按优化的原则进行。（2）通过独立观测边构成闭合图形。（3）网点不要求通视，但应利于常规测量进行加密点心的应用。（4）与地面成原有控制网点连接，联接处的重合点不应少于3 个，且分布均匀。（5）应利用已有的等级水准点联测高程。C—E级可采用等外水准或精度相当的方法进行。
3 观测精度标准
GPS 测量精度标准通常用网中相邻点的距离中误差表示，公式为：。
式中：,s距离中误差；,a固定误差；b—比例系数误差；D—相邻点的距离。
4 野外选点与标石埋设
一般情况下GPS 点间不要求通视，但考虑多功能的利用，GPS 点宜选在高处，视野开阔，且点不易被损坏的地方。另外GPS 点不应选在具有强反射环境地方，如山谷、山坡上；避开电磁波强反射源；点位宜选在交通便利的地方。此外应考虑其它测量手段的联测与扩展。
如果必须将点选在上述不适宜的地方，可以采取削弱反射方法：（1）适当变换天线的高度，避开强反射点或者每一时段采用一种天线高度。（2）根据线相距的数值，采用大偏心观测方法避开反射波。（3）给天线增设适当大小的微波吸收屏或抑经圈。选点人员在实地选定点位打一木桩，同时竖立测旗，按规范规定的格式，实地绘制点位，点位周围有高于10 度的障碍物时，应绘环视图。
5 GPS 外业观测
具体观测GPS 外业观测工作包括天线设置、观测作业、外业成果记录和野外观测数据的检查等。（1）天线设置：天线设置是实现精度定位的前提之一，天线设置一般应符合下列要求：一般应将三角架安置在标志中心的垂线方向上，直接对中，特殊情况下，才可进行偏心观测；需在站标的基板上安置天线时，为防止对信号的干扰，应将站标顶司光台拆除，并将标志中心投到基板上，依投影点安置天线；当点上建有寻常标，但测站间的距离不超过100 m，可在站标下安置天线，但应适当延长时间；天线指北定向误差不应大于GPS；天线底板的圆水准气泡必须居中；雷雨天安置天线时，应注意将底盘接地。（2）观测作业：观测作业的主要任务是捕获卫星信号，对其进行跟踪接收和处理，以获取所需的定位和观测数据。接收机的自动化程度很高，其具体操作方法和步骤因接收机的类型和作业模式不同而异。作业时观测人员只需按操作手册执行即可。
5.1 数据质量
(1）逐项检查，对比核实：根据各个测站每个时段的信息文件，依次检查下列各项：站名及时段号输入是否正确，开关机时刻是否同步，天线高度是否现场输入，待测卫星数是否齐全，各测站的数据资料是否接近，所测点位是否准确。（2）计算环路闭合精度，恰当评定GPS数据质量：环路闭合精度是GPS测量检查标准，根据以下公式计算：环路闭合精度/坐标分量的均方值推算路线的总长度。环路闭合精度是实时、实地评定GPS数据质量优劣的重要手段之一。应注意，在计算同步环路的闭合精度时，应选包括两对角线在内的推算环路，而不要选用环行路线。环路的闭合精度不得大于2 PPM的限差。
5.2 联测
由于GPS高程点拟合需要.34 个已知水准点，控制网中仅有五个国家控制点提供高程，所以需要联测一个水准点。联测在点（国家控制点）与.GPS点间进行，布设四等水准路线，采用S3水准仪，测得点的高程值。
5.3数据处理
GPS测量的数据处理分为观测值的粗加工、预处理、基线向量解算和GPS基线向量网与地面网数据的联合处理等基本步骤。粗加工包括数据传输和分流、数据解码。预处理包括GPS卫星轨道方程的标准化，时钟多项式的拟合和标准化，观测值文件的标准化，观测文件值的标准化。GPS外业数据处理可由专门的计算机软件来完成。（1）GPS基线成果可靠性指标检测与方法：将外业当天采集的数据传输给计算机，对当天的数据进行基线向量处理，以保证外业数据的质量，同时也是对外业数据质量的检验。根据自动处理输出的基线质量指标，检查基线方差比、周跳数据和测站数删除率等。（2）同步环检验：根据自行处理后输出的基线向量结果，对各时段同步环进行检测，并对组成GPS网的基线向量所在的同步环进行统计。（3）网平差：网平差利用专用软件，通过计算机进行平差，最后提供基准北京54坐标。网平差时根据网形结构使用已有国家控制点为起算数据，进行三维约束平差。
5.4 路线勘测
线路在勘测阶段的测量工作称为线路测量，是继GPS网布设及导线测设后的为设计收集一切必要的地形资料的工作， 为编制施工图收集资料。它包括路线布设、中线测设、基平和中平测量、地形图测量、横面测量、大中桥位测量及沿线经济和环境、筑路材料、地质、水文、气修和整地拆迁、地上（地下） 管线等情况调查和测量。
6 结论
ＧＰＳ技术以其精度高、速度快、全天候、多功能的优势迅速渗透到我国经济建设和科学研究等相关领域，尤其是在布设各种精密工程控制网中，ＧＰＳ定位技术几乎完全取代了常规测量方法。 ＧＰＳ在高速公路建设中也发挥了重要作用，用于建立各阶段工程控制网、施工放样等。由于公路线路长，已知点少，工期要求等特点，使得采用常规测量手段存在布网困难、难以满足高精度等的问题。目前ＧＰＳ技术已广泛应用于建立公路高精度控制网，由于山区地理条件的影响，对控制网布设的网型要求较高，正确合理地选择网型有助于提高控制网的精度。
参考文献
［１］邹时林，赵吉先．公路ＧＰＳ控制网建立方法的讨论[J]．勘察科学技术，２００２，６：４１－４２．