淺談山區(qū)獨(dú)立施工控制的建立-建筑論文

隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，資源的不斷開發(fā)與利用，近幾年來山區(qū)水電站，山區(qū)水庫的不斷修建，山區(qū)測繪控制的布設(shè)也日趨廣泛。GPS由于其自身的特點(diǎn)，自然是山區(qū)控制的首選，更能發(fā)揮其優(yōu)勢，但是由于特殊的地理位置及GPS本身的局限性，也存在一些不足之處。因?yàn)橐话闵絽^(qū)投影變形都會超限，為達(dá)到精度要求，必須投影到抵嘗面上，進(jìn)行邊長投影改正。為此就需要把坐標(biāo)換算到抵嘗面上，高程控制則聯(lián)測國家高程基準(zhǔn)，從而建立山區(qū)獨(dú)立控制網(wǎng)。

獨(dú)立坐標(biāo)系的建立方法：①不改變高程歸化面，只平移中央子午線。②中央子午線設(shè)在測區(qū)中央，高程歸化面選用測區(qū)的平均高程面。③中央子午線設(shè)在測區(qū)中央，高程歸化面選用一個(gè)抵償面。④中央子午線不變，高程歸化面選用一個(gè)抵償面。

針對不同的測區(qū)情況選擇一種最為適合本測區(qū)的投影改正方法。

1、控制點(diǎn)的選擇

考慮到施工的方便，在選取點(diǎn)位的時(shí)候，應(yīng)做到最少兩兩通視，使每一對點(diǎn)都相互通視，加上GPS點(diǎn)位選取的基本要求，這樣在山區(qū)選取GPS點(diǎn)位就存在一定的困難，不可避免的部分點(diǎn)會選擇在山坡下或有障礙的地方。

2、GPS觀測

GPS靜態(tài)觀測時(shí)要根據(jù)測區(qū)的衛(wèi)星情況選擇適當(dāng)?shù)臅r(shí)間進(jìn)行觀測，對于觀測條件不太好的點(diǎn)位要增加同步觀測時(shí)間。注意有效衛(wèi)星數(shù)與精度因子，認(rèn)真量取天線高，做好觀測記錄。

3、GPS誤差的主要來源

GPS衛(wèi)星定位誤差按性質(zhì)可分為系統(tǒng)誤差和偶然誤差，偶然誤差是不可避免的，下面主要是存在的系統(tǒng)誤差。認(rèn)真分析測區(qū)地理位置影響GPS誤差的因素，有針對性的調(diào)整。

與 GPS 衛(wèi)星有關(guān)的誤差

• SA

美國政府從其國家利益出發(fā)，通過降低廣播星歷精度（技術(shù)）、在GPS基準(zhǔn)信號中加入高頻抖動（技術(shù)）等方法，人為降低普通用戶利用GPS進(jìn)行導(dǎo)航定位時(shí)

的精度。

• 衛(wèi)星星歷誤差

• 衛(wèi)星鐘誤差

• 衛(wèi)星信號發(fā)射天線相位中心偏差

• 相對效應(yīng)的影響

與傳播信號有關(guān)的誤差

•電離層折射

•對流層折射

•多路徑效應(yīng)

與接收機(jī)有關(guān)的因素

•接收機(jī)鐘誤差

•接收機(jī)天線相位中心變化

•接收機(jī)軟件和硬件造成的誤差

其它

•GPS控制部分人為或計(jì)算機(jī)造成的影響

•數(shù)據(jù)處理軟件的影響

4、GPS解算

聯(lián)測國家高等級已知點(diǎn)，采用隨機(jī)軟件進(jìn)行基線處理，以合格雙差固定解作為基線處理的合格解。對于軟件未能解算出合格解的基線的處理，由于山區(qū)特殊的地理?xiàng)l件，根據(jù)觀測數(shù)據(jù)判斷其基線解算不合格的原因，從而改變解算條件重新解算。解算中可通過以下幾種方法處理：

⑴改變歷元間隔。

采集高質(zhì)量的載波相位觀測值是解決周跳問題的根本途徑，適當(dāng)增加采集密度是診斷和修復(fù)周跳的重要措施。對基線同步觀測時(shí)間較短，可縮小歷元間隔，讓更多的數(shù)據(jù)參與計(jì)算；若基線同步觀測時(shí)間長，可增加歷元間隔，減少含有質(zhì)量差數(shù)據(jù)參與計(jì)算；若數(shù)據(jù)周跳較多時(shí)，可增加歷元間隔，使解算時(shí)跳過中斷的數(shù)據(jù)繼續(xù)解算。根據(jù)點(diǎn)位環(huán)視圖有障礙，可增大高度截止角、減少歷元間隔。

⑵改變高度截止角。

同步觀測時(shí)間較長，觀測衛(wèi)星較多、GDOP較小，根據(jù)點(diǎn)位環(huán)視圖有障礙，增加高度截止角解算；若同步觀測時(shí)間短，軟件默認(rèn)解算條件下觀測衛(wèi)星不足，GDOP較大，點(diǎn)位環(huán)視條件好時(shí)可降低高度截止角解算。

⑶禁用無效歷元。

參考基線解算報(bào)表，對于衛(wèi)星的健康狀況惡劣，衛(wèi)星信號經(jīng)常失鎖，整周模糊度搜索失敗，禁用無效歷元，同時(shí)注意同一時(shí)段觀測值的數(shù)據(jù)剔除率小于數(shù)據(jù)總量的10℅。顧及時(shí)段中信號間斷引起的數(shù)據(jù)剔除、劣質(zhì)觀測數(shù)據(jù)的發(fā)現(xiàn)及剔除、星座變化引起的整周未知參數(shù)的增加等，重新解算。
重新解算后對所有解算出合格固定解的基線進(jìn)行檢核：①每個(gè)時(shí)段同步觀測數(shù)據(jù)的檢核；②重復(fù)觀測邊的檢核；③同步觀測環(huán)檢核；④異步環(huán)檢核。當(dāng)發(fā)現(xiàn)以上各步檢核超過限差，應(yīng)分析原因，平差處理后單位權(quán)中誤差一般值為0.05周以下；短基線雙差實(shí)數(shù)解、雙差固定解之間的基線向量坐標(biāo)通常要求其差小于5cm。

經(jīng)解算不合格的基線經(jīng)調(diào)整仍不合格的，必需根據(jù)前面采集的數(shù)據(jù)分析最近的最好觀測時(shí)段進(jìn)行重新觀測。由于點(diǎn)位不符合GPS測量要求而造成一個(gè)測站多次重測仍不能滿足各項(xiàng)限差技術(shù)規(guī)定時(shí)。在整網(wǎng)觀測完后重測基線、有關(guān)同步圖形或按技術(shù)設(shè)計(jì)要求另增選新點(diǎn)進(jìn)行重測。
重新采集完成后重復(fù)解算直至合格，基線解算合格后輸入已知點(diǎn)坐標(biāo)輸出成果。

1、起算邊的計(jì)算

在測區(qū)中間選擇一對相互通視且距離較長的點(diǎn)，利用全站儀精確測量其斜距。

加入棱鏡常數(shù)、溫度、氣壓改正，加常數(shù)、乘常數(shù)改正，地球曲率和大氣折光系數(shù)改正等各項(xiàng)改正后計(jì)算兩點(diǎn)平距。

測距前注意棱鏡常數(shù)、觀測時(shí)的溫度與氣壓的量取

加、乘常數(shù)用儀器檢定證書上的計(jì)算

大氣折光系數(shù)C可根據(jù)水準(zhǔn)測量成果和對向觀測的垂直角計(jì)算

2、測距邊歸算到測區(qū)平均高程面的計(jì)算

平距改化完成后，由于投影變形超限，需要把測距邊歸算到測區(qū)平均高程面上。

            S₀=S(1+H_m/R)

S為經(jīng)各項(xiàng)改正后的平距

S₀為測區(qū)平均高程水準(zhǔn)面上的距離

R為曲率半徑

H_m為測區(qū)平均高程

3、獨(dú)立坐標(biāo)系單點(diǎn)定位方位角及坐標(biāo)的確定

此兩點(diǎn)中的任意一點(diǎn)做為起算點(diǎn)，用聯(lián)測國家坐標(biāo)的GPS解算成果計(jì)算起算點(diǎn)的方位角，

α=act{ (y₀-y₁) /(x₀-x₁)}

求該點(diǎn)方位角后，再用該點(diǎn)GPS解算坐標(biāo)成果、所求方位角與上述改化后的平距求得另一點(diǎn)的精確坐標(biāo)，從而以這兩點(diǎn)的坐標(biāo)為測區(qū)已知點(diǎn)，計(jì)算其它各點(diǎn)坐標(biāo)。

   求得的獨(dú)立坐標(biāo)作為已知點(diǎn)輸入GPS重新解算得到獨(dú)立坐標(biāo)系控制點(diǎn)成果。

4、基線邊長的對比

獨(dú)立坐標(biāo)解算完成后，用成果中各基線邊長與全站儀測量后經(jīng)過改正的平距進(jìn)行比較，達(dá)到限差要求。

高程控制

測區(qū)高程一般需聯(lián)測國家高程基準(zhǔn)，在測區(qū)由于地形、交通等條件的影響，無法直接用水準(zhǔn)儀測量高程的點(diǎn)位，可采用三角高程測量。根據(jù)規(guī)范及地形的要求選擇觀測方法。

（1）    單向觀測計(jì)算高差

H=S*tgα+C*S²+i-v

H為兩點(diǎn)高差值

S為兩點(diǎn)改算后的平距

α為兩點(diǎn)的豎角

i為儀器高

v為覘標(biāo)高

C為球氣差系數(shù)    C=（1－K)*D²/2/R

（2）    對向觀測計(jì)算高差

H=S*tg((α₁₂-α₂₁)/2)+(i₁+v₁)/2- (i₂-v₂)/2+△h₁₂

其中    △h₁₂=（H_m/R-y_m/2/R²）h’

         h’  = d*tg((α₁₂-α₂₁)/2)

結(jié)語

在植被較多的山區(qū)布設(shè)控制網(wǎng)，由于觀測條件較差，如果嚴(yán)格地按照規(guī)范規(guī)定的時(shí)段長度來測量有可能成果會超限，此時(shí)應(yīng)當(dāng)根據(jù)地形條件、周邊地物及衛(wèi)星的鎖定情況靈活安排，如可根據(jù)實(shí)際情況多增加觀測時(shí)段的長度和觀測時(shí)段的時(shí)段數(shù)，這樣將有利于提高觀測成果的可靠性。

在內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理過程中，仔細(xì)分析采集數(shù)據(jù)，對于沒有固定解的基線進(jìn)行優(yōu)化處理，如果有較長的觀測時(shí)間和較多的觀測衛(wèi)星，對初次基線解算結(jié)果中的有關(guān)信息，如相位跟蹤圖、模糊度誤差及衛(wèi)星殘差曲線圖等進(jìn)行認(rèn)真的分析研究，確定是某一時(shí)間段內(nèi)觀測效果不好或是某(幾)顆衛(wèi)星的觀測數(shù)據(jù)質(zhì)量較差，進(jìn)而對觀測時(shí)間進(jìn)行裁剪或剔除某(幾)顆衛(wèi)星后再重新處理基線，一般均可以獲得滿意的基線解算結(jié)果。多數(shù)條件下，只要刪除個(gè)別衛(wèi)星數(shù)據(jù)基線就能成功解算。按這種方法重新進(jìn)行基線處理后，一般就不需再進(jìn)行外業(yè)重測，從而能夠節(jié)省大量的返工時(shí)間;優(yōu)化后的基線參與網(wǎng)平差，能有效提高網(wǎng)的精度和可靠性。

參考資料

《控制測量學(xué)》武漢測繪科技大學(xué)出版社    孔祥元  梅是義主編

劉大杰，施一民，過靜19.全球定位系統(tǒng)(GPS)的 原理與數(shù)據(jù)處理〔M].上海:同濟(jì)大學(xué)出版社，1996

陳士銀   建立地方獨(dú)立坐標(biāo)系的方法[J]   測繪通報(bào)，1997,(10)