辽宁工程技术大学毕业设计（论文）
6 工程实例
6.1 测区概况
保定至阜平高速公路是河北省重点工程。全长30公里，测区东部为25公里的平原区，西部地处太行山脉，山峦起伏﹑沟壑众多，地形复杂。测区西高东低，最高处1700多米，最低处30多米，高差达到1600多米。测区内有唐河总渠、唐河、大沙河穿过，线路经过顺平县南、西大洋水厍和王快水库的北侧、阜平县北，交通不太方便。 根据项目部指挥要求，该GPS控制测量精度为D级。
6.2 作业依据
该GPS控制测量精度等级为D级，精度如下表6-1所示：
表6-1 GPS三等精度指标
Fig.6-1 GPS third-class precision index
等级 平均距离/km D
10～5
固定误差/mm
比例误差/ppm 最弱便相对中误差
?10 ?10
1/80000
该精度等级的观测作业执行的主要技术指标如下： a每时段观测时间≥45分钟 b采样间隔为15秒 c卫星截止高度角≥15°
d同步观测卫星数≥4颗，一般不少于6颗 e卫星几何图形强度因子PDOP值≤6
GPS观测严格按照GPS操作规程执行，并认真填写了《三、四级GPS观测记录手簿》，随时保持联系以确保同步观测时间保证每一站的观测质量。或者通过延长观测时间的办法，通过增加观测数据量来提高定位精度。
6.3 对已有资料的利用和分析
a、平面控制点： 一期工程测区内三角点破坏严重，最后选用保存良好的2个三角点：Ⅲ孙家罗侯、Ⅱ峪山；另外还联测了张石高速的2个四等GPS点：Ⅳ75、Ⅳ76，经平差检
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赵鑫：GPS在公路控制测量中的应用
验与张石成果相差极小，经过请示将Ⅳ75和Ⅳ76作为已知点引用。
b、高程控制点：工程水准控制有1个国家水准点Ⅰ京石55可利用，又联测了张石高速的Ⅳ75，按附和水准闭合差为2.55cm,通过请示将Ⅳ75作为已知点使用。
c、地图资料：1：50000地形图资料齐全，由中国人民解放军总参谋部测绘局1975～1983年出版。
6.4 选点埋石
根据高速公路施工建设的要求，从路线的东端开始，每隔5km左右，选埋了一对互相通视（间距在500m左右）的三级(D级)GPS点，点位一般选在了交通便利，视野开阔、利于长期保存及施工放样的地方，点位周围一般没有高度角大于15° 的成片障碍物（如树木、建筑物等），选点困难的地方，存在高度角大于15°，但水平角总和小于20°的建筑障碍物或水平角总和小于30°的树木障碍物（水平角以15°以上部分为准）；有高度角大于15°的柱状障碍物（如电杆等）存在，但各柱状障碍物的水平角之和不超过20°角。点位远离大功率无线电发射源400m以上，离开10千伏和35千伏高压线50m以上，离开35千伏和110千伏高压线100m以上,离开220千伏和500千伏高压线150m以上。
6.5 布网设计
根据已有的资料和现有国家控制点的分布情况，沿着公路走向布设了10个GPS点，其点为分布如图6-1所示
图6-1控制网图形
Fig.6-1Control web graphics
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该控制网采用边连接的形式，使用四台GPS进行布网。这种布网方案的优点是:网的几何强度较高有较多的复测边和同步图形闭合条件。在相同的仪器台数条件下，观测时段数将比点连式大大增加。
6.6 数据处理
基线解算时，以一个固定点作为起算点，这个起算点在WGS-84坐标系中的坐标精度会影响解算结果的精度。所以，如果要达到接收机的标称精度1cm+5ppm的要求，我们选择了3号点作为起算点，为了提高起算点的精度，延长了对3号点的观测时间，长达10个小时。GPS控制网的计算过程主要如下：
1)每日收测后对当天的观测数据进行处理，解算基线向量，以确认其为固定双差分解。 2)每日对合格基线用软件试算，求得同步环和异步环的闭合差，以检查基线向量的可靠性，特别是经过编辑观测数据得到的基线。
3)GPS控制网的所有基线完成后进行控制网的平差计算 a 首先进行WGS-84坐标系的三维无约束平差。
b 试进行1954年北京坐标系的二维约束平差，分析了各已知三角点之间的符合性。 c 正式进行1954年北京坐标系的二维约束平差。
通过控制网的二维约束平差，得到各GPS控制点的平面直角坐标、大地坐标、空间坐标及各GPS控制点的点位中误差、边长相对中误差、误差椭球参数等；并对各主要精度指标进行统计与分析，如表6-2所示。
表6-2点位误差统计 Tab.6-2point error statistics
1.0～
误差区间 点个数
0～0.2 0
0.2～1.0
1.5
5
3
0 1.5以上
其中最大值是为1.0654cm（D001）；最小值是0.363cm（D004）。
三级GPS控制点闭合环精度一般在0.3～2.0ppm之间，最大10.3ppm。精度统计如表 6-3所示：
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表6-3同步闭合环精度统计
Tab.6-2 Synchronous closed loop precision statistics
误差区间/ppm 个数
0～2 5
2～4 1
4～6 1
6～8 0
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7 结论
全球定位系统(GPS)试验阶段至今，己经发展几十年了，无论从其定位理论还是其
定位精度，都发展到一个比较系统、完善的阶段，具有其它传统勘测手段所不能比拟的 特性，其用户也逐渐从开始以军用为主过渡到民用为主。全球定位系统观测简便、定位 精度高等特性，决定其在工程勘测领域方面有着广泛的应用前景。并且GPS在公路工程测量中技术将会得到进一步发展。本文对GPS在公路控制测量中的应用进行了系统的研究，包括平面控制网和高程控制网的建立，并通过工程实例得到以下结论：
1）对于公路测量长度变形问题，我们可以选择抵偿坐标系来限制长度变形。抵偿坐标系的选择有三种方法，即选择合适的高程参考面作为抵偿投影面，使得在该高程参考面上，长度变形为0；选择抵偿投影中央子午线；具有高程抵偿面的任意带投影坐标系。
2）GPS起算数据对GPS基线有影响，起算点坐标误差越大,对基线向量解算结果影响也越大。GPS起算数据误对高程精度有影响，用2个起算数据拟合和用3个起算数据拟合进行比较，距离第3个已知控制点方向越远，高程变化量越大。
3)对于高程拟合来说，控制点的布设方式对精度的影响很大，而且并不是控制点布设的越多越好，高程拟合面的求解方法运用最小二乘法得到的精度较高。
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