摘 要:文章論述了在工程測量中，GPS(G1oba1P0sitioningSystem)測量技術(shù)原理和應(yīng)用的合理性，對于大比例尺的測圖、工程設(shè)計和施工放樣，國家規(guī)定的6。帶、3。帶不能滿足其精度的需要的情況下采用自選的中央子午線、計算基準(zhǔn)面，建立大型工程的獨立平面控制網(wǎng)的理論支持，在實踐中也得到了廣泛的應(yīng)用，可以供類似的工程控制建網(wǎng)參考借鑒。
　　關(guān)鍵詞:GPS工程測量；技術(shù)原理；應(yīng)用；大地測量，比較
　　1 GPS工程測量網(wǎng)的整體設(shè)計論文
　　GPS是一種高精度的連續(xù)定位系統(tǒng)，具有速度快、費用低、操作簡便等優(yōu)良特性而廣泛應(yīng)用于控制測量、工程測量、變形觀測中去，逐漸有取代常規(guī)測量的趨勢。
　　1.1 GPS工程測量控制網(wǎng)的概述論文
　　一般將GPS工程測量網(wǎng)分為兩大類：1．全球或全國性高精度的GPS測量網(wǎng)，網(wǎng)內(nèi)相鄰點的距離在數(shù)千公里左右，用于大范圍測量控制框架和科研；2．區(qū)域性的GPS測量網(wǎng)，它包括城市或施工區(qū)域控制、變形監(jiān)測等，網(wǎng)內(nèi)相鄰點距離很近，主要作用服務(wù)于國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)。下面主要闡述后者。
　　以某水電站而言，在一個區(qū)域面積較小情況適合C、D、E級GPS測量網(wǎng)或者專為工程項目布設(shè)的工程GPS測量網(wǎng)，現(xiàn)階段水電工程建立首級控制網(wǎng)的手段基本被GPS技術(shù)所取代，GPS快速靜態(tài)測量用于平面控制測量與傳統(tǒng)的全站儀和典型靜態(tài)測量相比，不僅能夠顯著提高工作效率，而且所測成果精度能夠滿足設(shè)計要求。
　　1.2 工程測量平面坐標(biāo)系的建立原理
　　(1)高斯投影長度變形公式
　　高斯投影長度變形公式地面上的邊長歸化至平均海水面上，再投影至高斯平面，變形公式如式(2)：
　　（2）
　　其中：△S為地面長度歸化的高斯投影面的總改正值；S為地面兩點間距離；△S1為地面長度歸化至海平面的改正，△S2為海平面距離投影到高斯平面的改正；V1為地面長度歸化至海平面的改正系數(shù)，V2為海平面距離投影到高斯平面的改正系數(shù)；Hm為歸算邊高出海平面的平均高程，h為平均海水面與參考橢球體之問的高差；Rn為歸算邊方向平均海水面法截弧的曲率半徑，ym為歸算邊兩端點y坐標(biāo)的平均值：Rm為平均海水面的平均曲率半徑。
　　上面公式中的Rn和Rm相差很少，在計算時，為了簡便，一般用地球平均半徑R代替，h一般也忽略不計，通常用下面的近似公式(3)：
　　（3）
　　人們無論從測圖、設(shè)計用圖到施工放樣，都希望邊長改正△S改正值盡量的小，使實地實測距離與坐標(biāo)間反算距離、實測圖上的距離吻合。因此《城市測量規(guī)范》《公路勘測規(guī)范一JTGC10—2007》中，均明確規(guī)定，每公里的改正不大于2．5cm。
　　(2)工程測量平面坐標(biāo)系建立的方法
　　從上面的公式時，可以看出，當(dāng)測區(qū)平均高程Hm在1O0m以下，Y坐標(biāo)平均值在40km以下，高斯投影改正每公里小于2．5cm。能滿足相應(yīng)規(guī)范的要求。
　　每公里距離改正2．5cm，即為：
　�。�4）
　　從公式中的△S1、△S2兩項改正，符號相反，故對以上要求，還可適當(dāng)放寬。然而，有一些測區(qū)，往往難以使。
　　為此，通過選擇某一獨立的平面坐標(biāo)系來解決，具體方法是：根據(jù)測區(qū)的具體情況，通過改變Hm和中央子午線的位置，進(jìn)而改變ym的值以抵消△S的影響。
　　1.3 GPS測量技術(shù)原理及外業(yè)施測論文
　　在GPS測量中，衛(wèi)星主要被作為位置已知的空間觀測目標(biāo)，從而形成了不需要地面點的后方交會，每臺接收機(jī)都是一個獨立的控制點，經(jīng)過接受到的數(shù)據(jù)解算出點的經(jīng)緯坐標(biāo)(WGS一84)，在多臺接收機(jī)同時接收數(shù)據(jù)便形成了很多三角網(wǎng)形參與平差解算，自由網(wǎng)無約束平差解算出WGS一84坐標(biāo)，然后把己知的控制點進(jìn)行約束平差得到BJ一54坐標(biāo)。
　　考慮到測區(qū)的實際情況，選多于4臺GPS接收機(jī)為一套設(shè)備，以兩臺儀器為一組，成對布設(shè)GPS點。在組成良好網(wǎng)形的前提下，每一對GPS點必須通視良好，其間距一般500米左右，以便于以后作為全站儀導(dǎo)線點的起始點。
　　GPS聯(lián)測和高等級導(dǎo)線在各個單位均有各自不同軟件和方法平差解算，在此不在贅述。在做較長距離導(dǎo)線時就會產(chǎn)生投影變形，投影變形處理與否將直接導(dǎo)致整個坐標(biāo)系統(tǒng)成敗。
　　2 GPS測量技術(shù)與大地測量技術(shù)的應(yīng)用及比較
　　某工程施工控制測量采用“分層布網(wǎng)•兩級控制”的原則即以該工程首級控制網(wǎng)點為已知點對分層布設(shè)的加密控制網(wǎng)點進(jìn)行測量。測量方法有常規(guī)大地測量技術(shù)和GPS靜態(tài)測量技術(shù)。對其中的兩次加密控制網(wǎng)(1、2)進(jìn)行了大地測量技術(shù)和GPS靜態(tài)測量技術(shù)測量以比較測量結(jié)果的可靠性，為工程施工控制測量采用GPS靜態(tài)測量技術(shù)提供依據(jù)。
　　2.1 網(wǎng)形介紹．
　　施工加密控制網(wǎng)是以該工程首級控制網(wǎng)點作為已知起算點，根據(jù)施工進(jìn)度進(jìn)行加密以滿足施工測量放樣工作的需要。網(wǎng)1見圖1。其中“壩下”“新壩上”為首級控制點，作為網(wǎng)1的已知起算點，EQ13～EQ18、EQ2O為加密控制點。網(wǎng)2見圖2。其已知起算點為“壩下”“新壩上”，煙雨樓、左導(dǎo)墻、EQ07、EQ19、EQ21～EQ24為加密控制點。
　　
　　圖1  GPS控制網(wǎng)l
　　
　　圖2  GPS控制網(wǎng)2
　　2.2 使用儀器、測量技術(shù)及結(jié)果
　　（1）應(yīng)用大地測量技術(shù)
　　大地測量技術(shù)主要采用大地測量儀器如經(jīng)緯儀、測距儀、干濕溫度計、氣壓計等對所布設(shè)的控制網(wǎng)進(jìn)行測量。該工程控制網(wǎng)采用測邊網(wǎng)，高程采用測距三角高程，使用WILDT2經(jīng)緯儀+DI2002測距儀按照觀測技術(shù)要求進(jìn)行施測。外業(yè)觀測數(shù)據(jù)經(jīng)數(shù)據(jù)處理并進(jìn)行平差計算其結(jié)果見表1、表2。
　　表1  網(wǎng)l大地測量技術(shù)坐標(biāo)成果表(單位：m)
　　點名 坐標(biāo)
　　 X Y H
　　EQ13 19946．451 49151．243 68．O33
　　EQ14 19989．414 48863．693 40．558
　　EQ15 19991．968 48594．686 44．873
　　EQ16 2O162．292 48733．O46 27．259
　　EQ17 20151．391 48798．830 37．687
　　EQ18 20147．350 48986．OOO 49．456
　　EQ19 20236．354 49102．340 76．484
　　EQ20 20235．874 49183．69O 76．624
　　表2  網(wǎng)2大地測量技術(shù)坐標(biāo)成果表(單位：m)
　　點名 坐標(biāo)
　　 X Y H
　　左導(dǎo)墻 20545．4894 48684．O20 7O．854
　　煙雨樓 19974．673 48373．257 76．269
　　EQ07 19924．144 48719．813 43．520
　　EQ19 20236．349 491O2．336 76．480
　　EQ21 19943．135 49061．009 59．412
　　EQ22 19875．907 48975．992 77．3O7
　　EQ23 2O248．745 48648．12O 32．178
　　EQ24 20159．302 48747．912 31．797
　�。�2）應(yīng)用GPS靜態(tài)測量技術(shù)
　　GPS靜態(tài)測量技術(shù)就是根據(jù)制定的觀測方案，將幾臺GPS接收機(jī)安置在構(gòu)成同步環(huán)的待定點(未知點)上同時接收衛(wèi)星信號，直至將所有環(huán)路觀測完畢。然后使用Trimble公司的GPSSurvey或武漢天任公司的PowerAdj2．0軟件進(jìn)行基線向量的解算和網(wǎng)平差。網(wǎng)1的觀測數(shù)據(jù)經(jīng)平差計算得到54北京坐標(biāo)系的坐標(biāo)，經(jīng)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換后得到某坐標(biāo)系的坐標(biāo)成果見表3。
　　表3  網(wǎng)1GPS測量坐標(biāo)成果表(單位：m)
　　點名 GPS坐標(biāo)
　　 XGPS YGPS HGPS
　　EQ13 19946．455 49151．248 68．O34
　　EQ14 19989．412 48863．696 40．562
　　EQ15 19991．965 48594．689 44．873
　　EQ16 2O162．288 48733．O50 27．259
　　EQ17 20151．387 48798．840 37．693
　　EQ18 20147．348 48986．OO1 49．455
　　EQ19 20236．348 49102．340 76．477
　　EQ20 20235．876 49183．692 76．627
　　為檢驗大地測量技術(shù)與GPS測量技術(shù)其起算點不同對測量結(jié)果的影響，對網(wǎng)2的部分點用GPS靜態(tài)測量技術(shù)進(jìn)行檢測并更換網(wǎng)的起算數(shù)據(jù)組成網(wǎng)2′，見圖3。將54北京坐標(biāo)系的平差結(jié)果轉(zhuǎn)換為某坐標(biāo)系的結(jié)果見表4。
　　表4  網(wǎng)2′GPS測量坐標(biāo)成果表(單位：m)
　　點名 GPS坐標(biāo)
　　 XGPS YGPS HGPS
　　ZBDD 19688．714 49184．437 89．O58
　　壩下 20523．777 48187．172 113．999
　　EQ07 19924．153 48719．819 43．52O
　　EQ19 20236．355 491O2．340 76．480
　　EQ21 19943．143 49061．014 59．422
　　EQ22 19875．912 48975．997 77．3O5
　　EQ23 20248．748 48648．124 32．187
　　
　　
　　圖3  GPS靜態(tài)測量技術(shù)
　　（3）GPS測量技術(shù)與大地測量技術(shù)結(jié)果比較
　　兩種結(jié)果的比較如表5和表6所示。
　　表5  網(wǎng)1坐標(biāo)差值比較表(單位：mm)
　　點名 X大地-XGPS Y大地-YGPS H大地-HGPS
　　EQ13 +6 -5 —1
　　EQ14 +2 -3 —4
　　EQ15 +3 -3 O
　　EQ16 +4 -4 O
　　EQ17 +4 -10 —6
　　EQ18 +2 -1 +1
　　EQ19 +6 O +7
　　EQ20 -2 -2 —3
　　表6  網(wǎng)2與網(wǎng)2′坐標(biāo)差值比較表(單位：mm)
　　點名 X大地-XGPS Y大地-YGPS H大地-HGPS
　　EQ07 -9 -6 0
　　EQ19 -6 -4 0
　　EQ21 -8 -5 -10
　　EQ22 -5 -5 -2
　　EQ23 -3 -4 -9
　　EQ24 -5 -6 -7
　　由表5、表6可知：兩種測量方法的結(jié)果存在差值是由于兩種測量方法本身的測量誤差和坐標(biāo)轉(zhuǎn)換數(shù)學(xué)模型誤差以及在平差計算中觀測量權(quán)配置不合理引起的，其三維坐標(biāo)差值均小于±1O唧，可以滿足工程砼澆筑對加密施工控制網(wǎng)的精度要求。
　　3 總結(jié)
　　(1)采用本方法建立的工程控制網(wǎng)，其長度變形很小，可忽略不計。對于測圖、設(shè)計和施工放樣，都可以做到圖紙與實際對照，不必考慮投影改正。
　　(2)測區(qū)中心點A的坐標(biāo)與國家坐標(biāo)完全相同，其他各點由于旋轉(zhuǎn)和到中心A的距離差別，與國家坐標(biāo)有較小的差異。
　　(3)用該坐標(biāo)系統(tǒng)測出的大比例地形圖，可以通過相應(yīng)的數(shù)字化軟件縮小為1：1萬地形圖，插入國家l：l萬標(biāo)準(zhǔn)圖幅中，這時在測區(qū)的周邊與國家標(biāo)準(zhǔn)1：1萬圖紙會出現(xiàn)不完全銜接，但這種不銜接在誤差允許的范圍內(nèi)，可以利用軟件進(jìn)行必要的修飾。采用工程坐標(biāo)系所成地形圖插入l：1萬地形圖中，進(jìn)行同等使用，設(shè)計的工程在不同比例的地形圖中坐標(biāo)一致，位置相同。這將對工程的設(shè)計、施
　　工放樣人員使用不同比例尺地形圖帶來許多方便。
　　參考文獻(xiàn)
　　[1]焦素朝．GPS在三峽二期工程施工控制測量中的應(yīng)用[J]．中國三峽建設(shè)，l999，(11)．
　　[2]周建鄭．GPS測量定位技術(shù)[M]．北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2O04．
　　[3]孔祥元，梅是義．控制測量學(xué)(下)．武漢：武漢大學(xué)出版社，2001．
　　[4]李清岳，陳永奇．工程測量[M]．北京：測繪出版社，1995．
　　[5]DL／T5l73—2003，水電水利工程施工測量規(guī)范[S]．宜昌：中國葛洲壩水利水電工程集團(tuán)有限公司，2003．
　　[6]CJJ8—99，城市測量規(guī)范[S]．北京：北京市測繪設(shè)計研究院，1999．
　　[7]JTGCl0—2007，公路勘測規(guī)范[S]．北京：中交第一公路勘察設(shè)計研究院，2007．