浅谈运用GPS静态方法建立施工控制网

摘要：当前随着科学的进步和不断发展，测绘行业的自动化程度得到了很大的提升，GPS的出现大大提高了测量的效率，本文结合工程项目的实际需要，简要阐述了用GPS静态建立施工控制网的过程和内业的解算。

【关键词】静态  GPS  施工控制网

1.概述：

施工控制网是在工程建设施工而布设的测量控制网，，它的作用是控制该区域施工三维位置（平面位置和高程）。施工控制网是工程竣工，建筑物沉降观测以及将来建筑物改建、扩建的依据。施工控制网可以单独建立或由原始地面测绘控制网代替。但是，由于控制网的密度和精度有时不能满足施工测量要求，因此有必要对控制加密点进行补充。并以高精度重新测量控制网。根据需要和地形因素影响，可以使用GPS，全站仪，经纬仪等设备以三角测量和导线的形式实现平面控制测量。过去是测量角度和测量边的传统方法建立的，根据评级机构，逐步控制的原则将国家原点的坐标转移到需要逐步确定的标志。它在当时的城市建设发展中发挥了重要作用。

1.1项目概况

金盛快速路工程北段，起讫桩号为K14+559～K17+120，全长2561m。南起大黑河南岸，北接三分部。包括大黑河斜拉桥、大黑河高架桥、地下通道、两段路基。进口敞开段260m（U型槽），明挖暗埋段770m（单箱双室矩形），出口敞开段210m （U型槽）。其中地道出口段（K16+615 ～ K16+655）40m上跨新建地铁二号线，地道于K16+070 ～ K16+615穿过福利园。大黑河高架桥上部结构采用 4×28+大黑河斜拉桥（单列）+10×31+（34+55+35）m 跨径组合装配式预制混凝土连续箱梁及钢箱梁结构，下部采用大悬臂预应力混凝土盖梁花瓶墩，肋板台，钻孔灌注桩基础。

2 GPS静态测量的主要特征

2.1优点

观测站之间无需通视。在传统测量中难以实现的困难之一是保持良好的通视性和具有良好的网状形状。GPS静态测量不需要站之间的相互观察，因此不需要相互通视。同时也使控制点的布设变的更加方便。定位精度高。根据相关数据和规范，在基线小于50km时，相对精度目前为1-2ppm。观测时间短。目前，使用经典的静态定位方法，根据精度需求，基线的观察时间也不同，通常约1-3小时左右。提供高程的测量，GPS测量虽然可以精确平面位置，但也可以准确地测量高程。操作简单。GPS静态测量的自动化很高。在野外现场观察的工作是同时开关仪器，使三台仪器同时联测采集数据，大大提高了工作效率。

2.2原则

GPS网通常使用单独的查看边来形成闭合图形，例如三角形，多边形等，以增加检查条件提高准确性。GPS网作为测量控制网，相邻点之间的基线矢量长度应均匀分布。GPS加密点应与原始地面控制网络一起使用。控制点一般不小于3个（当不足时，应联合测量）。并且应该均匀地分布在控制网中，以便可靠地确定GPS网和原始控制网之间的转换参数。为便于GPS测量观测和高程测量，加密点的布设一般位于视野开阔，远离高压线的地方。本项目结合实际情况采用三角形网。

2.3三角形网的优缺点

优点：强大的图形结构，良好的自检能力，能有效发现观察结果的总差异，保证控制网的可靠性;在调整之后，控制网中相邻点之间的基线矢量的准确度是均匀分布的，如图1所示。

缺点：观测工作量大。

3 操作流程

用GPS建立测量控制网首先与设计院，业主，施工方三方一起实地交桩并保管交桩记录表，交接桩之后在奥维图和 CAD上选取加密点并绘制控制网，现场进行选点埋石。观测需在埋石一星期之后，提前做好野外观测的准备工作，并记录好野外观测数据，采集完后进行数据的传输和处理。

3.1 交桩记录表

3.2 CAD图上选取加密点绘制控制网

通过外业选址，确定出加密点布设位置，并采集坐标上图。绘制完成后CAD图如图3所示。

3.3选点埋石

选址要求：应在具有平坦土壤的坚固地方选择该点，以便于保护标志和安装仪器。

相邻点之间的可见性良好，便于观察。

分布均匀，便于控制整个测区。

加密点的埋设：本工程加密点的布设为永久性导线点，在北方冻土层的地区埋深不少于140cm，非冻土层不少于100cm。标石应按规范要求进行配筋，配筋直径不少于12mm，一般纵向在四角处配四条通筋和箍筋，标石的横断面尺寸为12X12cm，在断面处应配一根长度不小于30cm的定位筋，并刻制十字交叉点或凹形点。点位选取好后，埋标石时应竖直埋设，并在底部用水泥和碎石浇筑固定，上部用素土回填夯实。加密点应统一编号，不可出现重复，如图4所示。

3.4观测前的准备

准备稳定性好的木质脚架

备好3m的卷尺，观测记录表

保证基头电池电量充足同时把基头的工作模式设置为静态模式，参数默认设置卫星截止高度角15°，采样间隔5s，选择一个好的天气进行观测。

3.5 野外观测记录

量取仪高，做好记录如图5和表3所示。

4 数据的传输

采集的数据保存在基头的静态文件下，用数据线连接电脑，找到后缀为 GNS格式文件所在的位置将数据导入到电脑，并按照加密点的编号区分开采集的数据和时间。如图7所示。

5 数据处理

利用海兴达自带的HGO平差软件进行平差处理，其操作简洁功能强大，以项目的方式管理及处理GPS观测数据。

5.1项目建立

在项目属性限差目录下，将测量规范设置为《全球定位系统（GPS）测量规范》2001版，控制网等级为E级。将坐标系统的的当地椭球设置为国家30，源椭球设置为WGS84。投影采用高斯自定义投影，将中央子午线修改为呼和浩特市的111°经线。如图8，图9所示。

5.2 数据处理

5.2.1同步环观测数据的检核

同步环是指使用GPS进行测量时的三个接收器或更多个接收器。由通过观察（同步观察）同一组卫星获得的基线矢量形成的闭合多边形。理论上，同步环中每个加密点的坐标增量闭合差应该等于零，因为每个接收器的观测不是严格同步的。并且可能存在其他观察到的缺陷，这些缺陷将导致同步环闭合差不等于零，但不超过指定的限差。如果同步环闭和差很大，则表明观察或基线向量的计算存在严重错误，同步环闭合差不能超过允许的规定值。它只是表示观测没有严重误差并且基线矢量的解算是合格的，但还不足以表明观测的精度，因为它只采用一组基线组成的环做数据处理，是不可避免的结果。解算应由多个星历历元进行同步解算，解算的内容包括基线的解算和基线的残差序列。

5.2.1.1基线的解算

a增加截止高度角并消除受电离层影响的低空观测数据。由于高度角的影响只是其中一个因素，因此不一定受电离层的影响最大。

b修改采样间隔时间，将时间修改为5s，10s，15s依次尝试修改。

c修改卫星星历，将星历依次修改，直到基线解算合格。在基线解算过程中，应充分考虑各种影响因素，采用不同的方法使基线解算合格。RATIO值是响应基线质量的关键值，通常情况下RATIO值应≥3。

5.2.1.2 基线的残差序列解算

a将信号不好，基线不完整的数据删除掉。

b基于RMS（均方根差）确定基线的质量。

5.2.3 重复基线数据解算

a在正常情况下，基线的解是合格的，并且重复基线的解算也是合格的。

b重复基线意味着在相同的基线边缘观察到多个时间段（≥2），并且可以获得多个边的结果，多个独立观察的该条基线称之为重复基线。

5.3 异步环观测数据校核

不完全由同步观察基线组成的闭合环称为异步环，当异步环闭合差不满足精度要求时，可以确定异步环的基线变量之一是不合格的。要确定哪个基线质量不合格，可以通过多个相邻的异步环或重复的基线来完成检查。

5.4  GPS网平差处理

在基线处理、同步环和异步环处理完都符合要求之后，选择已知控制点作为计算。

选择菜单下的网平差，然后选择网平差设置，进入网络平差设置窗口，选择三维自由网平差全自动平差，坐标系统选择WGS84坐标系。建议基线标准差设置（松弛因子）按照推荐的输入。

6 成果的输出

6.1生成报告格式有文本格式，网页格式和文档格式，依据不同的需求采用不同的格式输出，

本次采用文本格式如图14所示。

6.2  本次数据处理的精度相对误差为1：54055，符合E级控制网1：45000精度要求如图15所示。

7 结语

GPS静态控制网的建立和使用比传统的测控网方法具有更高的精度，高效率和低成本的优点。要充分利用这些优势，应对测区有详细的了解，布设控制点也应符合规范要求，每一个阶段的工作都要进行精心的准备。严格遵守GPS静态的技术规定，尽可能减少误差的影响，使静态测量工作的测量精度更高。

参考文献

[1] 《全球定位系统（GPS）测量规范》2001版.

[2] 测量学清华大学出版社.

[3] 中海达数据处理教程.