1、附件公路全球定位系统CGPS)测量规范(JTJ/T 066-98) 条文说明1总则1. 0.1 自1980年第一台商用GPS接收机问世以来，随着GPS工作卫星的不断入轨和GPS接收机性能的不断提高和改进，GPS测量技术己广泛应用于我国国民经济建设的各个部门。公路测设部门是80年代后期开始运用GPS测量技术的。由于公路建设的特点，无论是在测量原则，还是在测量精度和作业方法等方面均有别于其它行业。因此，为了将GPS测量技术更好地应用于公路工程建设，有必要制定本规范。目前GPS测量技术在公路测设中主要用于建立公路工程测量控制网。最近推出RTK方法后虽可使运用范围扩大，但由于尚处于推广阶段，故本规范规
2、定的应用范围是公路测量控制网的布设与测量。作为建立公路测量控制网的主要手段之一，GPS定位技术应用于公路建设的主要方法是静态相对定位及快速静态定位。因为这两种方法能够获得高精度的定位，故本规范规定了按静态相对定位及快速静态定位建立测量控制网的方法。1. O. 4 (公路勘测规范)(JTJ061)中根据公路等级及所需的测量精度等规定了相应的控制测量等级。GPS测量作为建立公路测量控制网的有效手段之一，为保证各规范间的衔接和一致，GPS控制网的等级是根据公路勘测规范)(JTJ061)中相对应的具体规定确定的。1.0.6 GPS测量的时间系统采用协调世界时(UTC)，而实际作业人员为调度方便起见，一
3、般在记录时采用北京标准时也ST)。因此本规范规定在GPS观测手梅中的有关观测作业计划及开关机时间可采用北京标准时BST)。两者可用BST=UTC+8h式进行换算。26 3 GPS控制网分级与设计3. 1. 1 GPS控制网分级GPS测量技术具有精度高、灵活性强等特点，各等级的观测方法和观测时间没有很大差异，但为了和公路勘测规范)(JTJ061)相适应，根据公路勘测的特点，将GPS控制网分为一、二、三、四级共四个等级。GPS控制网与公路勘测规范)(JTJ061)中公路平面控制测量等级关系见表3.1.10 表3.1.1GPS控制网与公路平面控制测量等级关系GPS控制网|公路平面控制测量11GPS控
4、制网|公路平面控制测量一级| 二等三角| 三级| 四等三角、导线二级| 三等三角、导线l 四级| 一级小三角、导线GPS控制网等级与主要技术指标中有关每对相邻点间的平均距离，是根据公路勘测中的实际情况确定的。如四级GPS控制网主要是直接作为高速公路的施工控制网，其平均距离规定为500m较为适宜;三级GPS控制网主要是作为高速公路的首级控制网，测设时还需在此基础上加密低一级控制网，GPS控制网中的点作为加密低一级控制网的起算数据，其每对相邻点间的平均距离规定为lkm较为适宜F一、二级GPS控制网，主要应用于大型桥梁、隧道等测量控制网的建立，其实际作业中要求相邻点间的平均距离较快。表中固定误差和比
5、例误差的规定是既考虑到施测控制网的等级，又结合目前GPS接收机发展的状况而确定的。点位中误差是指GPS控制网中的点相对于联测的高等级控制点的相对点位误差。27 3.2 GPS控制网设计3.2.2 为了使GPS控制网投影长度变形值小于2.5cm/km，必要时可采用公路抵偿坐标系。公路抵偿坐标系除可移动中央子午线外，亦可选择自己的参考椭球。一般情况下该椭球的中心、轴向和扁率与国家参考椭球相同，只不过其长半径有一改正量。设某公路抵偿坐标系位于海拔高程为h的曲面上，该地的大地水准面差距为巳，则该曲面离国家参考椭球的高度(hn)为:hn=h+t (3.2.2-1) 长半径的改正量为:d.= (a/N)h
6、n (3.2.2-2) 式中:d.一一椭球长半径的改正量(m);a一一国家参考椭球的长半径(m);N一一抵偿坐标系控制网原点在国家参考椭球中卵西圈的曲率半径(m)。则公路抵偿坐标系参考椭球的长半径aL为:aL=a+d. (3.2.2-3) GPS定位成果是相对于WGS-84椭球而言的，地方抵偿坐标系坐标是相对于某一地方椭球而言的，因此必须将GPS定位成果投影成与国家大地测量控制网或地方独立控制网相匹配兼容。其要点是使GPS基线向量网与常规地面测量控制网原点重合，起始方位一致，这样使两者在方向和尺度上均具有可比性。两者在起始方向上的偏差可利用地面网原点至起始方位点的大地方位角Ao和GPS控制网相
7、应方位上的大地方位角A求得。显然，两坐标系在起始方向上的偏差对转换精度具有直接的影响。坐标系转换关系的确定是根据两坐标系公共点的坐标来确定的，其公式如下:fFEJl+ (3.2.2-4) 28 式中zT= .1X LlY LlZ Ky n 0 0 X j, 0 - Z Y j l C=lo 1 0 Yj, Z 0 -Xul LO 0 1 Zj, - Yj, X j, 0 J X，.Y，.Z川X，.Y.Zu一一公共点在两坐标系中的坐标$萃，鸟，z一一两坐标系间的旋转参数;K一一两坐标系阔的尺度比。影响转换参数求定精度的主要因素有:(1)地面网观测值与卫星网观测值不匹配;(2)地面网坐标精度和卫星
8、网的精度p(3)公共点的分布情况等。3.2.4 必要时是指东西方向的路线过长时，即使采用抵偿坐标系，仍然难以保证其投影长度变形值小于2.5cm/km.为此，可将整个路线分成多个投影带。在分带附近布设一对相互通视的GPS点，是为使采用其它测量方法进行加密和扩展时两分带在该处的坐标能统一和唯一。3.2.5 一项公路工程中往往分布着多种大型构造物，如桥梁、互通立交、隧道等，为保持GPS控制网精度的一致性，使构造物测量控制网与路线测量控制网协调一致，无论其等级如何，应一次设计、布设、平差。而对于特殊构造物，由于它们对测量精度要求高，故在进行GPS控制网平差时，可以先将特殊构造物按首级控制网平差，然后把
9、首级控制网点作为固定点，对次级网平差。为提高GPS控制网的精度，也可将两级网联合进行统平差。3.2.6 GPS控制网作为公路工程项目的首级控制网时，每隔5km应布设一对相互通视的GPS点，是为在采用其它测量方法进行加密时可布设成附合导线的形式。当GPS控制网直接作为施工控制网时，每一点至少应与一个相邻点通视，是为了便于施工放样顺利进行。3.2.7 衡量GPS控制网测量质量高低的主要指标与其它测量方29 法一样，同样是精度和可靠性。采用不同的布网方法，其总基线数、独立基线数、剩余独立基线数均不会相等，其同步环闭合条件、异步环闭合条件亦不相同，因而控制网的精度、可靠性等也不同。显然，闭合条件越多，
10、其精度和可靠性越好，因此在布网时应尽可能使整个网中包含较多闭合条件。3.2.8 评定基线处理结果质量的重要依据之一是非同步环闭合差。为避免基线过多时误差可能相互掩盖，所以组成非同步环的基线数不宜过多F根据经验与测算，对不同等级的基线数作了具体的规定。3.2.9 所谓网连式布网，是指相邻同步图形之间有两个以上公共点相连接的布网方法;所谓边连式布网，是指相邻同步图形之间仅有两个公共点相连的布网方法p所谓伎链导线式布网是指沿路线方向，布设成具有多个结点且同步环与同步环相套的布网方法z所谓点连式布网，是指相邻同步图形之间仅有一个公共点连接的布网方法。显然依图形几何强度和可靠性指标由强到弱的布网方式分别
11、为网连式、边连式、佼链导线式和点连式，据此规定了各级网的布网方式。3.2.10要求GPS控制网应同附近国家平面控制点联测，是将国家平面控制点坐标作为GPS控制网成果转换的起算数据，因此要求联测点应具有高的精度、一定的数量和密度。联测的点数必须是两个以上，其中一个作为GPS控制网在地面坐标系中的定位起算点，这两个点间的方位和长度作为GPS控制网在地面坐标系内的定向、长度的起算数据z为保证地面点的正确性和可靠性，至少还需一个点作为检核点，所以规定联测的国家平面控制点应不少于3个。当测区较大时，还应适当增加联测点的数量。根据国内外的研究和实践证明，应联测35个精度高、分布均匀的点;为了能使各个投影带
12、分带平差，在分带附近还应联测一个平面控制点。3.2.11 GPS控制网进行高程联测的目的是使GPS控制网所测的大地高有效地转化为海拔高程。GPS控制网所测高程是大地高，它是相对于数字表面一一椭球面的高程，而我们实际使用的是正常高，是相对于大地水准面的高程。大地水准面和参考椭球面之间存在着一个差值，称之为大地水准面差距。该差距是一个变化量，随地点的不同而不同。求大地水准面差距有两种方法，一是大地水准面模型法，目前使用较多的模型有美国的RappOsu91A、英国的osu91A等z二是利用GPS网中的水准点，求其正常高与GPS大地高之差，然后对其它各点求出改正数。一般进行二次多项式拟合zdH=ao+
13、atx+a2Y十a3xy十向x2十a5y2(3.2.11) 式中:dH一-GPS点正常高与大地高之差(mm);a，(=O.5)一-二次多项式系数zx.y一一GPS点的纵横坐标(m)。为了使求得的正常高准确，至少应联测6个以上的水准点，如少于6个则只能进行线性改正。另外，水准点的分布应均匀并在测区的周边，以尽可能避免外推和保证内插的精度。根据我国对GPS高程联测的经验，当水准点间距在20km30km时，平原和丘陵地区高程精度可达到厘米级，山区也可达到10cm-20cm。当测区内地形复杂时，则联测点的数量和分布要求较高，这是由于需要详细的大地水准面才能有效地解决GPS大地高往海拔高程转换的问题。至
14、于联测点的高程精度问题，只要求达到不对求定大地水准面差距产生显著影响的程度即可。另外理论和试验表明，大地离误差除使高程方向产生的变形最大外，还使平面路线方向产生较大的变形。当高程基准误差等于O.5m时，进行三维约束平差造成GPS控制网的变形已大于网的观测误差，因此，对作为基准点的高程联测点的精度也应引起足够的重视。四等水准测量可达到要求并且较易施测，因此规定应以不低于四等水准测量的方法进行联测。31 4 选点与埋石4.2.4 GPS卫星定位误差主要有三种原因:(1) GPS信号的自身误差(包括SA技术带来的人为干涉误差)，简称卫星误差川2)GPS信号的传播误差;(3)GPS信号接收机的误差。对
15、于GPS相对定位而言，关键在于传播误差，它是由电离层和对流层的时延误差以及多路径误差所致。对于前者在观测和数据处理时采用一定的措施可有所减弱，而多路径误差则与点位的选择相关，因此选择的点位附近不应有强烈干扰卫星信号接收的物体。点位离开高压输电线路的距离除与输电线路的电压高低有关外，还与输电线路的走向、卫星分布象限等因素有关，比较复杂，实际作业过程中应尽量远离高压输电线路。4.3.2 GPS点埋设后，均需等待一段时间后方可认为稳定。时间长短与点的等级、点位埋设位置等情况有关，一般对冰凉地区至少要经过一个解冻期F位于软土地区至少要经过一个雨季。4.3.4 GPS标石埋设于非耕地时应露出地面少许，是
16、为便于寻找p当埋设于耕种地时应埋设于耕种表土层以下，是为利于标石的保存。32 5观测5.1.1 一个完整的载波相位观测值应由整周未知数No、整周数部分Int(和不足一整周的部分Fr(科等构成。其中不足一整周的部分可以通过相位差法准确确定，整周数部分亦可利用卫星间求差等方法对周跳进行探测及修复而得出正确的数值，因此能否正确确定整周未知数是定位精度的关键所在。静态定位中之所以要观测较长时间，其主要目的就是为了正确确定整周未知数。快速静态定位是利用初次平差中所提供的所有信息，如解矢量、相应的协因数阵、单位权方差等采用假设检验的方法进行基线解算。在短基线上进行快速静态定位时，采用双频接受机只需观测lm
17、in便能成功地确定整周未知数，单频接收机观测7-8颗卫星也能在几分钟内确定整周未知数。一般快速静态定位在己解出整周未知数的情况下观测lmin-2min就可达到厘米级的精度，但为保险起见，给予一定的精度储存，对各级GPS控制网仍规定了较长的观测时间。当单频接收机采用快速静态定位方法施测GPS控制网时，其观测时间均应大于15min。一级GPS控制测量主要应用于跨江河、海峡等施工时对测量精度具有特殊要求的桥梁、隧道等特殊构造物的测量控制网，可靠性及精度要求较高，而快速静态定位方法对直接观测基线不构成闭合图形，因此本规范不提倡使用快速静态定位方法建立类似的测量控制网。33 6 基线解算与检核6. O.
18、 2 基线解算时，必须固定一点作为起算点。该起算点在WGS一84坐标系中的坐标精度，将会影响基线解算结果的精度。根据研究，为达到lppm的相对定位精度，要求起始点坐标的精度达到士2.5m;要达到10ppm的相对定位精度，则要求起始点的坐标精度为:f:25m。因此，为达到各类接收机的标称精度lcm+O. 2)ppm，基线解算时起始点坐标误差应小于20m，即起算点坐标的精度水平应值得重视。鉴于此，本规范对基线解算时WGS-84坐标系中的参考点的获取方法作了具体的规定，目的是为了使参考点能保证一定的精度。当采用单点定位方法获取坐标值时，实践证明，要获得上述精度的坐标值，则定位时间至少要大于础。6.0
19、.3 电离层折射误差、对流层折射误差是影响GPS定位精度的两个主要因素。据国外资料报道，在太阳活动激烈的年份中，利用广播星历中给出的系数进行单频电离层折射改正，残余误差对较长基线的影响可达3ppm，电离层折射中的残余误差的影响将导致无法准确确定整周未知数。特别是当基线长度较长(大于20km.30km)时，电离层折射与对流层折射的影响将越来越明显，因此规定当控制网点间距离大于20km时，应加入对流层和电离层的修正。一般情况下，GPS控制网的边挺不会超过20km，但当GPS控制网与国家点联测或为加强GPS控制网的图形结构而进行图形间联测时，边长可能超过20km，此时应加入对流层和电离层修正。电离层
20、和对流层的修正模型，不同的GPS接收机生产厂家所采用的标准模型各不相同，因此应采用随机购进的软件进行修正。34 6.0.4 就理论而言，在同一观测时间段所形成的闭合环称为同步环。但在实际观测过程中，由于种种原因，如某台仪器未准时到位、观测过程中仪器或信号出现故障等，同一组观测并未能在同一时间段进行，严格地讲应为未同步观测。可是从另一方面讲，尽管观测时并未同步，但实际上毕竟还是形成了一个闭合环E这种闭合环是同步环还是异步环，这要看同步观测的时间比而定。本规范中所规定的40%、80%只是力求从量上作出具体的规定，实际作业中可视具体情况而定。6.0.5 如何正确评定基线处理结果，是一个值得继续探讨的
21、问题。基线处理结果的评定，本规范采用全球定位系统(GPS)测量规范)(CH2001-92)中的方法。实际作业过程中也可根据作业条件和GPS接收机的性能按接收机的标称精度来评定基线的处理结果，其闭合差限差为zA限=2rn./e2+(d. p)2 (6. o. 5) 式中:限一一同步环或异步环闭合差;n一一|可步环或异步环中的基线数Fd一一同步环或异步环中基线的平均长度(km);h户一-GPS接收机标称精度的加、乘常数。35 7 GPS控制网平差计算7. O. 2 影响伪距定位结果的一个主要原因是使用了工作状态不佳的卫星数据，因而删除工作状态不佳的卫星数据是提高伪距定位精度的重要途径。如果对某一或
22、某几个卫星在某段时间内的残差过大且有明显的系统误差，则表明这些卫星在这一时间段内的伪距质量欠佳，应予删除。7.0.3 根据实践经验，起算数据在平差计算时起着至关重要的作用，但往往却是容易被忽略的问题。为了使GPS基线向量网能与地面网的成果兼容一致，必须将GPS基线向量归化到地面相应的坐标系中去。但GPS控制网的相对精度一般要比地面网的精度高，这一点可通过比较GPS控制网无约束平差结果的精度和固定地面已知点的GPS控制网约束平差结果的精度而明显看出F特别是当地面已知点误差较大或含有粗差时，将严重影响GPS控制网约束平差的精度。已知数据本身是肯定含有误差的，关键是误差的大小，如果已知数据对GPS控制网最后平差结果的影响在测量生产的精度要求范围之内，则认为所采用的起算数据的可靠性和精度是合理的。7.0.4 本规范规定当采用三维平差时，一般只假定一个点的大地高作为起算数据，主要是考虑到我国目前三角点高程精度较低的原因。当所联测的三角点高程精度较高，不至于影响平差结果时则应尽可能地采用。7.0.5 按误差理论，同精度两次测设同一点的互差限差为2.f2 倍的点位中误差，考虑到公路设计施工精度的需要，将重合点位的互差限差定为两倍的点位中误差。36 no nu qLM-什一元4-o 噜Ez-r，、l Rd-my 咱i- 轧一价斗一定统一
