關于GPS測量技術在實際工程中的應用

摘要：隨著GPS測量設備以及測量理論的逐步成熟，GPS測量技術的應用水平正逐步提升，主要體現在GPS測量功能的逐步完善、GPS測量面的逐步擴展、GPS測量設備既低廉又好用，因此GPS測量的自動化以及實用化程度越來越高。文章結合實際工程對GPS測量技術的應用進行分析探討。

關鍵詞：GPS測量;基線;計算

引言

GPS定位技術具有精準度高、自動化程度高、潛力大的特點，因此倍受各國測量工作者的青睞。研制初期，GPS定位僅具備靜態相對定位的作業模式，即待定點安裝≥2臺的GPS接收機，如此對某組衛星進行≥1～2h"的連續同步觀測，隨后再對觀測數據進行后處理，并獲取待定點間的基線向量。實踐表明，若采用廣播星歷，那么靜態定位所獲取的基線解精度可達5mm（雙頻）/10mm（單頻）+2*10-6D。隨著研究的深入，快速靜態定位逐步成為短基線測量作業的新突破，使GPS測量的效率大大提高。實踐表明，在<10km"的短邊范圍內，兩組GPS測量系統（雙頻）對4～5顆衛星正常接收5min"所獲取的基線解精度可達5～10mm+1*10-6D，而此數據能夠與靜態定位≥1～2h"的結果相媲美。鑒于此，GPS全站儀（RTK"或者RTK"GPS）應運而生。與常規測量技術相比，GPS測量技術具有下列特點：測站間無需通視;定位精度高;觀測時間短;提供三維坐標;操作簡便;全天候作業等。

1.工程案例分析

廣東某三等GPS網共有40點，其中有8個二等GPS點作為起算點，設計了24個時段，平均重復設站率為2.4（應≥2.0）。GPS網形布置如"圖1。

""

圖1"三等GPS網形布置圖""""""圖2"三等GPS網形布置圖（部分）

2.外業測量

外業測量采用了四臺瑞士生產的雙頻Leica"vivaGS15"GPS接收機，靜態標稱精度為3mm+0.5ppm。《工程測量規范》GB"50026-2007"規定，三等GPS測量一個時段的長度是20～60分鐘，本次時段長度一般取50分鐘。本次為了試驗研究，將1～9時段的1號機的時段長度隨機取為14～51分鐘，其他機子的時段長度仍為50"分鐘。1號機各時段的有效觀測時間見表1。

表1、1號機各時段長度統計表

時段號

1

2

3

4

5

9

8

6

7

1號機觀測時間（分鐘）

50′

51′

49′

38′

26′

22′

38′

24′

14′

1～9時段網圖見圖2，施測順序按時段號依次是1-2-3-4-5-9-8-6-7。

3.基線向量解算

基線向量的解算采用GPS接收機附帶的解算軟件Leica"Geo"Office"7.0.1.0"完成。通常采用的是雙差固定解，解算的基線向量是否合格，主要以三項指標來考核，即：復測基線長度較差最大值是否小于規范允許的限差;每個時段觀測的同步環坐標分量相對閉合差、環線全長相對閉合差是否在規范允許的限差內;異步環坐標分量閉合差、全長閉合差是否在規范允許的限差內。對于超限的基線需剔除或重新解算。

一次性將1～9時段觀測數據全部導入項目中，各時段的衛星信號情況見圖3。

在基線處理時發現，在解算第一個時段（1時段）時就出現了基線網形跑位，并且出現了點位重疊的現象，見"圖4。經過檢查，1時段解算沒有問題，衛星信號、同步環閉合差、殘差均合格。后來依次成功解算出2、3、4、5、9、8、6時段，均無法解決上述圖形跑位和點位錯位重疊問題。在解算最后一個時段7"時段時，發現只能解算出5條基線，并出現明顯跑位網形。很明顯，問題出在7"時段，但刪除7時段所有數據后，并不能解決上述跑位問題。后來全部重來，刪除全部數據，重新導入除7時段外的其他8個時段的觀測數據，8個時段最終全部解算成功。

"""

圖3""""""""""""""""""""""""""""圖4

剩余的15個時段，將其中邊長較短的4個時段長度調整為40分鐘，其余時段長度仍為50分鐘。最終24個時段的144條基線全部都解算合格，共有16條重復基線，最大重復基線較差為5mm，同步環閉合差、異步環閉合差、重復基線較差等各項精度統計均優于規范要求。

4.三維無約束平差計算

三維無約束平差是在WGS84坐標系下，以控制網所在區域的中央子午線和某一點為固定點作依據，取用所有計算合格的基線進行的無約束平差。三維無約束解算的結果是否合格，主要以基線向量改正數、點位誤差、點間相對中誤差等三項指標來考核。

本GPS網最后舍去一條重復基線，取用了143條基線參與三維網平差。

平差結果：F-檢驗值為0.20（臨界值0.96）;約束平差后最弱邊相對中誤差為1/10.4萬（允許1/7萬）。

其中59條基線的殘差在0mm～3mm區間，比例42%;72條基線殘差在3.1mm～6mm"區間，比例為50%;12條基線殘差在6.1mm～9.2mm區間，比例為8%。可見，本次三等GPS測量內精度良好。

5.二維約束平差計算

主要是取用三維無約束平差檢驗合格后的所有基線，根據采用的起算基準點進行GPS網的縮放、平移、旋轉等約束平差。平差解算的結果是否合格，主要以兩項指標來考核，即：三維無約束平差與二維約束平差中同名基線改正數較差是否在規范允許的范圍內;點間相對中誤差是否滿足規范要求。

6.結束語

經過本次GPS測量實踐，總結幾點如下：①三等GPS網時段長度大于22分鐘的數據都能成功解算出來，且觀測時間在信號較差的時候;時長14分鐘的不能解算;全網整體精度合格。這驗證了工程測量規范以20分鐘為時長下限是合適的，單純依靠延長觀測時間不能明顯提高網的可靠性，增加觀測期數是提高網的可靠性的最佳方法，在GPS測量項目中應根據項目實際情況合理、靈活的設計時段長度。②靜態觀測時段長度過短的觀測數據（比如三等GPS時段長度小于20分鐘的）不宜導入分配，宜直接剔除。③嚴格按照規范要求合理布設GPS點位，保證衛星信號接收良好，注意基線邊長的均勻性，會使GPS測量的外業觀測和內業解算更為順利。

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