论文部分内容阅读
摘 要：控制点的精度和稳定程度对后续施工至关重要，控制网的复测是保证施工的有效手段，文章阐述城万快速通道（旧院镇-石塘镇）段GPS控制网的复测，具体对复测程序、作业要求，坐标系统的选取、数据的处理进行详细介绍，通过对数据结果的精度分析，表明城万快速通道（旧院镇-石塘镇）段GPS控制网的复测成果精度良好，可以作为后续施工的起算数据。
关键词： GPS控制测量 ；复测；平差
城（口）万（源）快速公路通道工程起于城口县三塘坝，途经城口县葛城镇、龙田乡、高燕乡、坪坝镇、双河乡5个乡镇和万源市堰塘乡、八台乡、石塘乡3个乡镇，在石塘乡与达陕高速公路互通立交连接，路线全长66.582公里，其中城口段43.151公里，万源段长23.431公里。该项目全线采用二级公路技术标准，设计速度60公里/小时，路基宽度12米。项目总投资25.58亿元，建设工期为36个月。城万快速公路建成后，将极大地缓解城口县交通瓶颈制约。城万快速公路将成为连通巴蜀秦楚的重要通道，对构建“西三角”经济区产生重大而深远的影响。受城万快速通道（CW13，CW14）的委托， 我们对城万快速通道（旧院镇-石塘镇）隧道段GPS控制点进行测量复核工作。
复测前首先进行现场勘查， 检查标石的完好性，对丢失和损失较严重的标石按原控制点恢复。采用的仪器设备等级、计算软件精度不低于原测， 观测方法要求、精度指标、网形结构与原测相同。城万快速通道CW14，CW15标段范围内地势崎岖，山坡较多，点间交通多不便，因此，不仅必须制定严格的作业计划，分配好作业时间。而且，复测应按国家要求进行 。本文结合城万快速通道CW14，CW15标段的控制网复测，对复测的程序、技术要求和内容进行解释，借以对复测工作的工作流程进行总结。
1 、复测程序[1]
为了保证复测工作的顺利和复测成果的有效性，我国对复测工作的程序有一定的要求。
施工单位会同设计单位参加由业主组织监理单位参与的控制桩和测量成果资料交接工作；提交复测方案与技术设计报监理、业主审批 ；复测外业测量，监理平行作业或旁站；测量内业资料处理；提交复测成果报告，报监理业主审批复查。
2、复测方案与设计
复测工作应按照一定的要求进行方案设计。
复测方案与技术内容有[2]：测量项目概况：任务来源、测区范围、地形情况、已知数据和资料的情况等；作业依据：技术规范，设计资料等；测量仪器设备，人员配备情况；设计资料及坐标系统参数；测量实施方案：包括测量精度要求，控制网网型设计，观测作业技术要求；测量进度安排要求、测量精度保证等；数据处理软件选取，数据处理方法选取，外业数据检核方案，平差方法选择等。
3、平面控制网的复测内容
对CW14，CW15标段测量成果进行全面复测，控制点复测坐标较差对比，计算分析相邻点间坐标差之差的相对精度。
4、技术依据
（1）《公路勘测规范》（JTGC10-2007）；（2）《全球定位系统（GPS）测量规范》（GBT 18314-2009）；（3）《GB 50026-2007 工程测量规范》；（4）《CH 1002-1995 测绘产品检查验收标准》；（5）《CH1003-1995 测绘产品质量评定标准》；（6）批复后的本专业设计书
5、城万快速通道的控制网复测实施
（1）测区概况
测区位于重庆与四川省萬源市交界处，隧道以西北（石塘镇）方向与东南（旧院镇）贯通，测区内大部分为山区，主要林种为灌木林，林木覆盖率达90％，信号接收条件较差，给野外GPS观测带来一定的难度。
（2）工作安排
本次测量工作由湖南省地球物理地球化学勘查院承担，我方予以配合，于2011年7月7日进入测区作业，并于2011年7月11日完成测区外业工作，由于工程时间紧、精度要求高，为了确保测绘质量和工期，作业工程中先后投入一个外业小组共计4人，投入的主要测量设备见下表一：
（4）采用的坐标系及高程系统
本次测量平面采用独立坐标系，中央子午线为108°18′，投影面高程为800米。平差椭球采用1954年北京坐标系的椭球体参数，参考椭球参数为：
长半轴：a=6378245m
扁率：e=1:298.3
高程系统采用正常高系统，高程基准采用1985国家高程基准。
（5）GPS外业观测技术要求
为了保证测量精度，应该按照相关规范规定，本GPS控制测量作业均满足以下要求。见表二
（6）GPS复测网的网形设计
按照复测技术要求，平面控制网复测与勘测设计单位构网原则相同，采用边连式构网，以大地四边形为基本图形，网型见下图
（7）GPS控制网的观测和计算
① GPS点测量采用4台Trimble 5700双频GPS接收机进行静态观测。观测前，对仪器内的采样率按作业依据进行了重新设置。D级GPS点GPS观测组网按边连接，观测时段长度一般大于60min。复核GPS控制点13个点，并对基线向量进行严密平差。② 基线解算采用美国Trimble TGO 1.63版数据处理软件。D级GPS点观测的基线解算采用双差固定解。在同步观测的同一时段中，基线解算采用单基线模式解算。同一时段观测值基线处理中，数据采用率全部大于98%。③ D级GPS网中所构成的三边同步基线环在无约束平差前按要求进行了验算。在各项质量检验符合要求的条件下，对所有独立基线组成的闭合图形，以三维基线向量及其相应方差协方差阵作为观测信息，进行D级GPS网的无约束平差，平差软件采用美国Trimble TGO 1.63版数据处理软件。④D级GPS网平面起算点采用GPS控制点CW60、CWD2、G003、G004、G027五点成果。D级GPS点高程拟合，采用整体拟合，大地水准面模型采用EGM2008 (Global)， 高程起算数据采用CW60点高程，在无约束平差确定的有效观测量基础上，采用独立坐标系进行三维约束平差，平差软件采用美国Trimble TGO 1.63版数据处理软件。
6、精度评定
（1）基线向量精度评定[3]
①RMS
RMS 即均方根误差（Root Mean Square），即：
RMS=(1)
其中：V为观测值的残差；P为观测值的权；n-T为观测值的总数减去未知数个数。
RMS表明了观测值的质量。RMS越小，观测值质量越好；反之，表明观测值质量越差。它不受观测条件（如卫星分布好坏）的影响。
依照数理统计的理论，观测值误差落在1.96 倍RMS 的范围内的概率是95%。
② RATIO
RATIO即整周模糊度分解后，次最小RMS与最小RMS的比值。即：
RATIO 反映了所确定出的整周未知数参数的可靠性，这一指标取决于多种因素，既与观测值的质量有关，也与观测条件的好坏有关。RATIO是反映基线质量好坏的最关键值，通常情况下，要求RATIO值大于3。
③ 数据删除率在基线解算时，如果观测值的改正数大于某一个阈值时，则认为该观测值含有粗差，则需要将其删除。被删除观测值的数量与观测值的总数的比值就是所谓的数据删除率。数据删除率从某一方面反映出了GPS 原始观测值的质量。数据删除率越高，说明观测值的质量越差。
④ RDOP RDOP 值指的是在基线解算时，待定参数的协因数阵的迹的平方根，即：
(3)
RDOP 值的大小与基线位置、卫星在空间中的几何分布及运行轨迹（即观测条件）有关。当基线位置确定后，RDOP 值就只与观测条件有关了。而观测条件又是时间的函数，因此实际上对与某条基线向量来讲，其RDOP 值的大小与观测时间段有关。RDOP 表明了GPS 卫星的状态对相对定位的影响，即取决于观测条件的好坏，它不受观测值质量好坏的影响。
（2）外业数据质量检查和数据预处理：对GPS观测数据进行同步环、异步环、重复基线进行计算捡和。及时进行观测数据的处理和质量分析，检查其是否符合规范和技术要求。
由独立观测边组成的闭合环的坐标分量闭合差应符合下式：
(4)
其中， n----为闭合环的边数 ，δ---为标准差
（3） 平差精度分析通过平差，得到以下数据报告：
①D级GPS网中三边闭合环全长相对闭合差最大为14.251ppm，无约束平差最弱边相对精度为1/37142（CW60-E04）。② 约束平差后D级GPS网最弱边长相对中误差为1/23863（CW60-E04），平面最弱点位中误差为±2.5cm（E04）。具体精度见表四
7、上交资料
（1） GPS控制点成果表
（2） GPS控制点复核成果对照表
（3） GPS控制网图
（4） GPS网平差报告
（5） 技术小结
8、结束语
通过对表四各项精度指标的统计分析，表明城万快速通道的GPS控制网复测成果良好，原控制点经复测平面位置无明显变形。
参考文献
[1] 冯上朝.铁路客运专线GPS首级控制网复测设计要点[J].山西建筑，2010（6）：356.
[2] 何佳.成都地铁1号线控制网复测成果分析[J].城市勘测，2010（3）：56~58
[3] 徐绍铨，张华海，杨志强，王泽民.GPS测量原理及应用[M].武汉：武汉大学出版社，2008
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
关键词： GPS控制测量 ；复测；平差
城（口）万（源）快速公路通道工程起于城口县三塘坝，途经城口县葛城镇、龙田乡、高燕乡、坪坝镇、双河乡5个乡镇和万源市堰塘乡、八台乡、石塘乡3个乡镇，在石塘乡与达陕高速公路互通立交连接，路线全长66.582公里，其中城口段43.151公里，万源段长23.431公里。该项目全线采用二级公路技术标准，设计速度60公里/小时，路基宽度12米。项目总投资25.58亿元，建设工期为36个月。城万快速公路建成后，将极大地缓解城口县交通瓶颈制约。城万快速公路将成为连通巴蜀秦楚的重要通道，对构建“西三角”经济区产生重大而深远的影响。受城万快速通道（CW13，CW14）的委托， 我们对城万快速通道（旧院镇-石塘镇）隧道段GPS控制点进行测量复核工作。
复测前首先进行现场勘查， 检查标石的完好性，对丢失和损失较严重的标石按原控制点恢复。采用的仪器设备等级、计算软件精度不低于原测， 观测方法要求、精度指标、网形结构与原测相同。城万快速通道CW14，CW15标段范围内地势崎岖，山坡较多，点间交通多不便，因此，不仅必须制定严格的作业计划，分配好作业时间。而且，复测应按国家要求进行 。本文结合城万快速通道CW14，CW15标段的控制网复测，对复测的程序、技术要求和内容进行解释，借以对复测工作的工作流程进行总结。
1 、复测程序[1]
为了保证复测工作的顺利和复测成果的有效性，我国对复测工作的程序有一定的要求。
施工单位会同设计单位参加由业主组织监理单位参与的控制桩和测量成果资料交接工作；提交复测方案与技术设计报监理、业主审批 ；复测外业测量，监理平行作业或旁站；测量内业资料处理；提交复测成果报告，报监理业主审批复查。
2、复测方案与设计
复测工作应按照一定的要求进行方案设计。
复测方案与技术内容有[2]：测量项目概况：任务来源、测区范围、地形情况、已知数据和资料的情况等；作业依据：技术规范，设计资料等；测量仪器设备，人员配备情况；设计资料及坐标系统参数；测量实施方案：包括测量精度要求，控制网网型设计，观测作业技术要求；测量进度安排要求、测量精度保证等；数据处理软件选取，数据处理方法选取，外业数据检核方案，平差方法选择等。
3、平面控制网的复测内容
对CW14，CW15标段测量成果进行全面复测，控制点复测坐标较差对比，计算分析相邻点间坐标差之差的相对精度。
4、技术依据
（1）《公路勘测规范》（JTGC10-2007）；（2）《全球定位系统（GPS）测量规范》（GBT 18314-2009）；（3）《GB 50026-2007 工程测量规范》；（4）《CH 1002-1995 测绘产品检查验收标准》；（5）《CH1003-1995 测绘产品质量评定标准》；（6）批复后的本专业设计书
5、城万快速通道的控制网复测实施
（1）测区概况
测区位于重庆与四川省萬源市交界处，隧道以西北（石塘镇）方向与东南（旧院镇）贯通，测区内大部分为山区，主要林种为灌木林，林木覆盖率达90％，信号接收条件较差，给野外GPS观测带来一定的难度。
（2）工作安排
本次测量工作由湖南省地球物理地球化学勘查院承担，我方予以配合，于2011年7月7日进入测区作业，并于2011年7月11日完成测区外业工作，由于工程时间紧、精度要求高，为了确保测绘质量和工期，作业工程中先后投入一个外业小组共计4人，投入的主要测量设备见下表一：
（4）采用的坐标系及高程系统
本次测量平面采用独立坐标系，中央子午线为108°18′，投影面高程为800米。平差椭球采用1954年北京坐标系的椭球体参数，参考椭球参数为：
长半轴：a=6378245m
扁率：e=1:298.3
高程系统采用正常高系统，高程基准采用1985国家高程基准。
（5）GPS外业观测技术要求
为了保证测量精度，应该按照相关规范规定，本GPS控制测量作业均满足以下要求。见表二
（6）GPS复测网的网形设计
按照复测技术要求，平面控制网复测与勘测设计单位构网原则相同，采用边连式构网，以大地四边形为基本图形，网型见下图
（7）GPS控制网的观测和计算
① GPS点测量采用4台Trimble 5700双频GPS接收机进行静态观测。观测前，对仪器内的采样率按作业依据进行了重新设置。D级GPS点GPS观测组网按边连接，观测时段长度一般大于60min。复核GPS控制点13个点，并对基线向量进行严密平差。② 基线解算采用美国Trimble TGO 1.63版数据处理软件。D级GPS点观测的基线解算采用双差固定解。在同步观测的同一时段中，基线解算采用单基线模式解算。同一时段观测值基线处理中，数据采用率全部大于98%。③ D级GPS网中所构成的三边同步基线环在无约束平差前按要求进行了验算。在各项质量检验符合要求的条件下，对所有独立基线组成的闭合图形，以三维基线向量及其相应方差协方差阵作为观测信息，进行D级GPS网的无约束平差，平差软件采用美国Trimble TGO 1.63版数据处理软件。④D级GPS网平面起算点采用GPS控制点CW60、CWD2、G003、G004、G027五点成果。D级GPS点高程拟合，采用整体拟合，大地水准面模型采用EGM2008 (Global)， 高程起算数据采用CW60点高程，在无约束平差确定的有效观测量基础上，采用独立坐标系进行三维约束平差，平差软件采用美国Trimble TGO 1.63版数据处理软件。
6、精度评定
（1）基线向量精度评定[3]
①RMS
RMS 即均方根误差（Root Mean Square），即：
RMS=(1)
其中：V为观测值的残差；P为观测值的权；n-T为观测值的总数减去未知数个数。
RMS表明了观测值的质量。RMS越小，观测值质量越好；反之，表明观测值质量越差。它不受观测条件（如卫星分布好坏）的影响。
依照数理统计的理论，观测值误差落在1.96 倍RMS 的范围内的概率是95%。
② RATIO
RATIO即整周模糊度分解后，次最小RMS与最小RMS的比值。即：
RATIO 反映了所确定出的整周未知数参数的可靠性，这一指标取决于多种因素，既与观测值的质量有关，也与观测条件的好坏有关。RATIO是反映基线质量好坏的最关键值，通常情况下，要求RATIO值大于3。
③ 数据删除率在基线解算时，如果观测值的改正数大于某一个阈值时，则认为该观测值含有粗差，则需要将其删除。被删除观测值的数量与观测值的总数的比值就是所谓的数据删除率。数据删除率从某一方面反映出了GPS 原始观测值的质量。数据删除率越高，说明观测值的质量越差。
④ RDOP RDOP 值指的是在基线解算时，待定参数的协因数阵的迹的平方根，即：
(3)
RDOP 值的大小与基线位置、卫星在空间中的几何分布及运行轨迹（即观测条件）有关。当基线位置确定后，RDOP 值就只与观测条件有关了。而观测条件又是时间的函数，因此实际上对与某条基线向量来讲，其RDOP 值的大小与观测时间段有关。RDOP 表明了GPS 卫星的状态对相对定位的影响，即取决于观测条件的好坏，它不受观测值质量好坏的影响。
（2）外业数据质量检查和数据预处理：对GPS观测数据进行同步环、异步环、重复基线进行计算捡和。及时进行观测数据的处理和质量分析，检查其是否符合规范和技术要求。
由独立观测边组成的闭合环的坐标分量闭合差应符合下式：
(4)
其中， n----为闭合环的边数 ，δ---为标准差
（3） 平差精度分析通过平差，得到以下数据报告：
①D级GPS网中三边闭合环全长相对闭合差最大为14.251ppm，无约束平差最弱边相对精度为1/37142（CW60-E04）。② 约束平差后D级GPS网最弱边长相对中误差为1/23863（CW60-E04），平面最弱点位中误差为±2.5cm（E04）。具体精度见表四
7、上交资料
（1） GPS控制点成果表
（2） GPS控制点复核成果对照表
（3） GPS控制网图
（4） GPS网平差报告
（5） 技术小结
8、结束语
通过对表四各项精度指标的统计分析，表明城万快速通道的GPS控制网复测成果良好，原控制点经复测平面位置无明显变形。
参考文献
[1] 冯上朝.铁路客运专线GPS首级控制网复测设计要点[J].山西建筑，2010（6）：356.
[2] 何佳.成都地铁1号线控制网复测成果分析[J].城市勘测，2010（3）：56~58
[3] 徐绍铨，张华海，杨志强，王泽民.GPS测量原理及应用[M].武汉：武汉大学出版社，2008
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。