杨 纲

兰州市城市建设设计院，甘肃兰州 730050

全球定位系统GPS是通过卫星对地面的某些或某个地点位置进行定位的一种新型技术，该系统中主要包括太空、地面控制以及用户端这三个主要的部分。由于GPS技术的定位精度比较高，而且受天气因素和通视条件的影响比较小，其布点和操作比较灵活简便，因此被应用在了很多工程项目的测量工作中。特别是GPS测量所具有的不受距离限制、能够进行全天候的测量观测活动、测量中的误差不会形成累积效果等优点，所以比较适合应用于在建工程控制网的布设工作，不仅有效地提高了测量的精度，而且使得工程控制网的测量工作更加便捷，极大地促进了测量效率的提升。

1 GPS测量在建工程控制网的项目分析内容

建立工程控制网的主要目的是为工程项目的顺利施工创造良好的条件。由于不同的工程项目在工程性质、建设规模以及阶段具有较大的差异性，因此，GPS测量在建工程控制网的控制等级、布网形式以及投影变换和基线边长的计算方法等也都各不相同，所以GPS测量在建工程控制网中应用前要首先分析工程项目的特点。

1.1 根据工程对控制区面积的具体要求来确定首级网的等级

所有工程在布设首级控制网时都应使用GPS控制网，其主要是为施工放样、施测地形图以及加密控制创造条件。在布设控制线时应沿工程轴线进行，布设形式通常采取链接大地四边形的方式。工程控制网的面积应根据工程的规模、施工的需要以及其平面控制要求、控制点密度要求、下级加密要求等因素，严格按照测量规范来加以确定。

一般来说，首级网的每个点对之间应间隔5～10km。如果工程需要较大的控制范围时，布网应采取边连接的方式，每个点应保证重复设站不少于两次，以保证其准确性。另外，首级网要与其相邻的国家网进行联测，且联测点应累积超过3个。这主要是由于GPS在高程测量时的测量精度下降，难以满足不同工程项目以及施工放样的实际需要。在进行高程测量时应采取常规或者与国家级水准点进行联测的方式来进行。

1.2 在建工程控制网的选点分析

不同的工程项目在选择工程控制网的点位时也各不相同。例如，在勘查阶段的控制网，其建立目的主要是为测图工作提供便利，因此要按照具体的地形条件来选择点位。而在施工阶段布设的工程控制网则要根据工程的规模和作业面大小来选择点位，为施工放样创造便利条件，例如，在布设隧道控制网时应保证其两端出口处均设有控制点。

虽然GPS测量在选择工程控制网点时对通视条件的要求不高，但是仍要保持网点与卫星之间的通视，因此应选择视野比较开阔，且周围没有高压电线和无线电的大功率发射源的位置，防止周边磁场干扰卫星信号的正常传输。同时还要减少多路径所造成的误差，以免影响观测结果，且这种误差难以利用模型进行修正。在网点选位是要注意周边是否存在大面积的金属物或其他反射体，并尽量远离水域面积较大的地区，从而减少由于多路径而造成的观测误差。选择网点时还应便于交通，为测量人员的到达以及观测操作提供便利条件。

1.3 在建工程控制网对精度的具体要求分析

由于不同的工程项目对GPS控制网有不同的精度要求，因此要根据工程的具体性质来确定控制网精度。对所有基线进行同步观测时应保证其观测时间达到测量要求。当观测条件比较差时，应适当延长观测的时间。测量仪器在观测中应保证其误差值在2mm范围内，且两次测量之间的误差值应控制在3mm范围内。为进一步提高测量的精度，要尽量在观测的最佳时间里开展测量工作。通过对GPS测量的实践应用发现，由GPS的4台接收机所构成观测机组，并结合连接大地四边形边的测量方式具有较好的精度和测量效率，同时也便于测量数据的平差计算。

1.4 在建工程网的坐标系以及投影面选择分析

为了提高GPS测量工程控制网的精度，一般采用的是WGS-84坐标系，但在建工程控制网大多属于我国的大地坐标，因此需要将GPS定位数据进行转换，使其与在建工程实际使用的坐标系相一致。在选择GPS控制网点位时应保证与原地面的控制点有一定数量的相互重合，而这些重合点也就是约束工程控制网的基准点，这样就可以通过约束平差来对其进行转换。而基准点将对GPS控制网的可靠性以及精度产生直接的影响。另外，可以将在建工程所在区域的平均高程面作为工程控制网的投影面，其中央子午线可以采用测区中心通过的子午线，并根据高斯投影的计算方法来对其坐标进行计算。

2 在建工程控制网中GPS测量的应用设计分析

建立工程控制网时要按照合同要求、行业规范、实际用途以及控制网对基准、密度和精度的要求来设计GPS测量技术的应用方案。

2.1 以WGS-84坐标系为基准建立工程控制网

在利用GPS测量技术对基线向量网进行无约束三维平差后，应通过WGS-84坐标对基线向量进行归算，然后在高斯投影面中归算椭球面中的边长。归算时路任选一点，将其单点WGS-84坐标定位作为起算的基础数据，并通过投影归算后的修正基线向量来对其相邻坐标。

2.2 以国家坐标系为基准建立工程控制网

该方法主要是利用地面电磁波对边长进行测距，并根据其与基线向量边长的比值对基线向量网进行整体性的伸缩以及无约束三维平差，之后在高斯投影面上归算其椭球面边长。归算选择起算数据时应采用已知坐标在联测后的两点地面坐标，以对其相邻点坐标进行推算。这种方法主要用于建立测图控制网。

2.3 以独立坐标系为基准建立工程控制网

该方式利用地面电磁波对鞭策进行测距，然后根据其与基线向量之间的比值对基线向量网进行整体性的伸缩以及平差处理，并在特定椭球面对基线向量进行归算后，将其边长在高斯投影面进行归算。归算的起算数据应采取已知坐标在联测后的两点地面坐标，从而对其相邻点的坐标进行推算。这种方式主要用于建立精密工程以及施工安装的控制网。

3 在建工程控制网中GPS测量的观测作业和计算分析

在完成选点和埋石作业后，应在至少一个雨季结束后才能进行观测作业，如果工程项目所在区域的冻土深度超过0.8m时还需要增加1个冻解周期；如果标石埋设在了岩层上则需要经过一个月后，才能根据预定的观测纲进行测量。接受外业观测作业后，要传输数据，并开始内业处理。计算时注意数据要在提取基线向量和无约束三维平差以后才能变换尺度。另外，对GPS定位数据进行坐标转换时可以采取两种方法，其一，首先对两个转换坐标系中的投影方式和椭球参数分别进行计算，并获得其旋转和平移参数，然后再转换两坐标系；另外一种方法是通过已知点获得联测数据，然后对不同坐标的旋转和平移阐述进行反推，从而完成坐标数据的转换处理。

4 GPS测量在建工程控制网中的实际应用

以某公路工程的建设为例，该工程项目位于我国西北地区，其中需要对V标段上的某段隧道工程进行施工，该隧道长度达到了10km左右。由设计单位首先提供了首级控制网的相关数据信息，而后需要在此基础上进行隧道地面工程的GPS控制网，以保证隧道工程能够进行双向施工。布设工程控制网时采用的设备有6台套GPS双频接收机，3台套全站仪，并配置相应的GPS数据处理系统。根据工程的特点，分别在隧道进出口设置了控制点，并进行相关的测量，经过测量计算该工程控制区的实际面积大于10m2，因此按照GPS工程二级控制网来进行施测作业。

在该工程控制中采用了独立坐标系，并通过与国家大地坐标进行联测的方式来进行GPS定位。其椭球面投影经过测区的正常平均高程面，同时高斯投影采用隧道出入口间的子午线作为其中央子午线。然后通过GPS工程控制网点的空间向量在椭球面上的投影来测得其平面控制网的坐标，并利用高斯投影计算其在独立坐标系中的坐标。其带宽为20''，中央子午线为103°，投影面的大地高为500.12m。隧道进出口控制点的水平间距为499.723m，经过二等约束平差后，其Δd值为-3mm，达到了GPS工程二等控制网的技术规定。

5 结语

随着GPS测量技术的发展，其在工程测量工作中发挥了重要的作用。GPS测量在建工程控制网的应用既有效的提高了测量的效率和精度，同时也减轻了工程测量人员的劳动强度，从而能够更好的适应我国现代化建设的需要。但是由于工程控制网的测量具有较强的不确定性，因此未来还要进一步加强对GPS测量技术的分析和研究，根据工程项目特点制定更有针对性的应用方案，并充分考虑其在布网设计、选择控制点位、确定坐标基准、网平差以及外业观测中的各种因素，以避免影响测量精度，从而获得准确性更高、更为可靠的测量结果，为后续的工程建设奠定坚实的基础。