1、GPS 控制网高斯投影及高程投影变形消除分析摘要： GPS 对目标进行测量之前，必须先充分了解测量对象的特点，并结合测量对象的特点合理地选择坐标系统。在测量的过程中，工作人员需要把测得数据转化到坐标上，进而满足项目需求。在城市中，GPS 网的主要任务是合理发展城市内部的控制网，为项目的施工服务。GPS 网控制的范围比较小，观测的时间相对较短。如今，GPS 控制网坐标的选择更加合理，投影的程度必须小于 2.6cm/km。投影数据的准确性受到两种因素的影响：一种是投影面选择的合理性，二是投影带的长度。只有合理的控制这两种影响因素，才能保证投影数据的准确性，避免投影变形。 关键词： GPS 控制网；
2、高程投影；变形 中图分类号： TB 文献标识码：A 文章编号：16723198（2015）21021002 GPS 测量技术的应用，大大提高了项目测量的效率。GPS 测量受外界因素影响小，适应能力比较强，减轻了工作人员的工作压力。GPS 技术是在传统测量技术基础上研究发明出来的。但是，应用 GPS 技术测量的过程中，高斯投影和高程投影变形会导致测量的数据出现误差，影响测量结果。 1GPS 技术在应用过程中存在的问题 以我国电厂项目为例，电厂项目的测量必须使用统一的坐标系，电厂项目的测量也必须符合国家标准。通常情况下，电厂项目测量坐标系为平面控制网，测量区域内投影的长度必须小于 2.5cm/km
3、。在这样的情况下，应用 GPS 技术进行测量就出现了很多问题。按照国家规定，电厂项目需要采用 3.1的高斯投影，平面坐标系的角度为 90。当测量的范围离 3.1的高斯投影距离比较远时，高斯和高程投影的变形就会比较严重，进而影响项目测量的准确性。虽然采用国家制定的测量角度进行测量，可以满足电厂项目的测量需求，但是测量过程中，高斯和高程投影的变形程度已经超出了可控制的范围，影响项目施工放样。 如果测量人员随意改变测量角度，那就无法满足电厂项目的测量要求。要想保证 GPS 测量的准确性，就要采取措施消除投影变形。 2 投影变形的消除方法 事实上，只有两种因素会导致高斯投影发生变形：一方面是测量人员把
4、实际测量的数据放置到椭球体上，导致投影发生一定程度的变形，另一方面是把椭球体上测量的数据放置到高斯投影上，导致投影发生变形。当测量区域内的平均高度小于 100m，纵坐标的数值小于 40km 时，投影变形就不会超过 2.5cm，完全符合电厂的测量要求。如果测量区域的高度在允许的范围内，且投影的变形可以互相抵消，那测量人员就不需要考虑投影变形的问题。但是，在实际 GPS 测量过程中，测量区域的高度和角度都无法满足测量的要求，测量人员必须采取措施消除投影变形。如果测量人员使用国家测量点对项目进行测量，那计算得出的坐标位置就和电厂要求的坐标位置存在差异。要想更好的消除差异，测量人员可以分阶段对投影变形
5、进行控制。 判断投影是否变形，首先要选择一个基点，以这个基点为准则，如果投影离基点的距离越远，投影变形就越严重。测量人员可以分步骤布置 GPS 控制网，首先，测量人员需要在测量的区域内确定基点，把电厂确定的基点放置到测量区域内，基点应该放置在区域的中心位置。其次，设置完基点以后，测量人员就可以在测量区域内布置 GPS 控制网。通过分步骤布置，可以准确计算出投影的调整平差。通常情况下，电厂项目都是在平地上施工的，对平地测量都是参考椭球面的。因此，测量人员需要把实际测量的数值移到椭球面上。实际测量换算到椭球面的方法是：点 A 和点 B 距离地面的高度分别是 HA 和 HB，GPS 控制网中基线的距
6、离是D，RA 是 AB 基线的半径，投影在椭球面上的投影基点为 a.b，椭球面的长度是 S。实际数值换算到椭球面的示意图如图 1 所示。 实际数值换算到椭球面的公式为：S=D-H2/2D-HM/RA+S3/24R2，通过计算就可以把实际测量的数值转换到椭球面上。 要想更好的消除投影变形，测量人员需要结合测量区域的高度，合理的选择投影面，这样才能让投影变形的长度为 0。从上面的计算公式可以看出，当测量人员把高度较高的椭球面换算到高度较低椭球面时，投影变形是负数，测量区域内基线的长度也是逐渐减小的。当椭球面的参数保持不变时，通过调整经度可以确定 GPS 控制网的投影坐标。 案例：四川某电厂采用 G
7、PS 控制网对项目进行检测，该电厂要求测量的坐标系为西安 1989 坐标系。分析显示：该电厂属于边缘地带，该电厂附近已经有其他国家的 GPS 控制网坐标系，测量区域内的子午线是8937，而其他国家坐标系的子午线是 91，测量区域的平均高度是85m，测量区域变形点的数值是 14.5cm/km。为了满足电厂项目的测量需求，测量人员采用分步骤布网的方法来消除投影变形差。测量人员首先要把电厂规定的测量基点和实际测量基点连结在一起，然后进行数据平差，在保证基点的精度符合检测要求的前提下，计算出测量区域的坐标系。由于电厂项目投影变形超过了 25cm/km，测量人员需要对投影变形进行调整。通过计算可以得出，
8、投影抵偿面是 990m，测量人员需要使用全站仪对抵偿面的边长进行检测。 测量人员使用全站仪对抵偿面进行检测时，测量人员需要先对 GPS倾斜角进行调整。该电厂 GPS 控制网的基线共有 17 条，占控制网总基线数量的 49%。电厂项目应用 GPS 控制网进行测量，主要的目的是确定监测点的坐标系。 2001 年，国家下发了相关文件，文件中指出各个城市在项目测量的过程中应该尽可能的选用 1980 西安坐标系，这样可以方便国家对 GPS 控制网的管理，多个坐标系会给城市管理增加难度，导致坐标系出现混乱的现象。GPS 控制网可以分为两类：第一类是国家的 GPS 控制网，国家GPS 控制网基点之间的距离都
9、比较远，可以达到数千公里，国家 GPS 控制网的设置主要用于确定国家坐标系，并和其他国家的坐标系数据进行计算转换，为科学研究提供数据。另一类是局部性的 GPS 控制网，也就是地方性的 GPS 控制网，地方性的 GPS 控制网基点之间的距离相对较近，保持在几十公里之内，地方性 GPS 控制网的任务是为地方项目的建设提供服务。消除 GPS 控制网投影变形可以更好的保证控制网的精度。 测量人员在坐标系中平差时，GPS 的向量实际上是三维坐标差。GPS控制网具有控制范围广、坐标系计算复杂的特点，很多城市都选用二级GPS 作为本地的控制网。在对投影变形进行消除的过程中，检测人员需要根据 GPS 控制网的
10、位置影像和项目检测的实际情况来制定消除的方案。GPS 检测人员需要在专业检测人员的带领下外出作业，项目检测必须符合国家检测标准。要想更好的保证测量数据的准确性，消除投影变形，测量人员需要多连接测量基点，而且应该保证测量数据的质量和合理性。如果测量数据不准确，必定会给项目施工带来影响，给项目施工企业带来巨大的经济损失。 3 结语 GPS 检测不受外界因素的影响，也不受到距离的限制，这也是 GPS 被广泛应用的原因。在工程项目测量中，测量人员一定要结合项目的特点合理的选择坐标系，否则不仅会增加测量工作的难度，也会影响测量数据的准确性。要想提高测量数据的准确性，测量人员需要充分考虑子午线的长度、抵偿
11、面对投影变形的影响。通常情况下，GPS 控制网投影变形不能大于 25cm/km。如果测量的区域跨度比较大，测量人员可以在测量区域建立独立的坐标。判断投影是否变形，首先要选择一个基点，以这个基点为准则，如果投影离基点的距离越远，投影变形就越严重。因此，测量人员还必须合理的确定测量基点。 参考文献 1常晴.工程测量中 GPS 控制网的高斯投影变形处理C.江苏省测绘学会 2011 年学术年会论文集，2011. 2王辉.高斯投影独立坐标系投影面和投影带选取算法的研究C.第四届“测绘科学前沿技术论坛”论文精选，2012. 3洪伟.GPS 控制网环检验程序的设计C.广东省测绘学会第九次会员代表大会暨学术交流会论文集，2010. 4施宝湘.宁波市第二代 GPS 控制网的实践与探讨C.华东地区第九次测绘学术交流大会论文集，2005. 5马琴.“数字贵州”B、C、E 级 GPS 控制网数据处理与分析C.第四届“测绘科学前沿技术论坛”论文精选，2012.
