高精度GPS控制測量相關問題的分析

黃太康（貴州黔聚龍投資有限公司，貴州貴陽550000）

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高精度GPS控制測量相關問題的分析

黃太康（貴州黔聚龍投資有限公司，貴州貴陽550000）

GPS是一種隨著經濟的發展、人民的需求而發展起來的代表現在科學技術的定位技術和導航技術。在現如今的高精度工程建設中，GPS在控制測量方面占據著舉足輕重的地位，它提高了建設的精確度。在本文中，筆者將針對GPS的測量原理、GPS的測量特點及相關熱點問題進行闡述，促進我國的GPS控制測量技術的發展。

高精度GPS；控制；質量；測量

1　引言

高精度的GPS技術具有效率高、精度準、成本低、實時性、操作方便等優點而被廣泛的應用在各個領域。隨著高精度GPS的廣泛應用，它的使用方法和數據處理技術也在不斷發生改變，都在一定程度上得到了提升。由于GPS的普遍性，高精的GPS技術也在不斷完善，用GPS測量已經精確到厘米，有的甚至達到亞毫米程度，這使得大大擴展了它的使用范圍和精確程度。

2　GPS測量的基本原理

GPS測量的最基本的原理是將兩臺及兩臺以上的GPS接收機分別安裝在預先規劃好的測量基線的兩側，一同分別觀測兩臺GPS接收機。測量好GPS和用戶接收機之間的距離，以此作為測量的基礎，來確定在協議地球坐標系的基線向量和相對位置。獲得的相對位置和基線向量將在GPS平差軟件中進行計算。

3　GPS測量的特點

3.1高精度定位

在實踐中和實驗研究的大量實例證明，用載波相位的方法進行靜態相對靜態的測量時，在基線長度小于50km時，達到的測量精度為1ppm，當長度長達100～150km時，精度更是達到0.1ppm。隨著應用范圍的不斷擴展和科學技術的不斷改進，用GPS測量的技術也將不斷被優化，在長度不斷增加的程度上，精確度也將不斷被提高，以此來滿足各行各業的測量要求。

3.2全天候

GPS的定位通道主要是通過衛星信號。我國現在具備的GPS專用衛星共有24顆，3顆作為備用的GPS衛星，分別安置在由6個等間隔的軌道上，其中每個軌道共存在4顆GPS衛星，該軌道的傾斜角度為55°，歸劃面的交點差60°，相鄰的軌道面衛星的交角差30°，衛星的運行周期為11h58min。這與衛星圖的分布大致相同，這可以確保能夠覆蓋全球，同時保證每位用戶在任何時間都可以觀測到4顆和4顆以上的衛星，但這受雷雨天氣的影響，除此之外，衛星可全天候的工作。

3.3高效率

普通的測量技術受兩點觀測的距離的極大限制，同時也要求有極好的通視效果，還需要大規格的建造，這給測量帶來了極大的困難，也加大了時間的用量。然而新型的GPS技術，在測量時只需站在視野開闊的區域內，與衛星保持極好的聯系，這比普通的測量方法在使用要求上方便了許多，同時也節省了大量的時間和費用。用高精度GPS工作時，操作也非常的靈活簡單，可以根據具體的實施需求來確定具體的位置，這可以忽略在普通測量中測算傳算點和過渡點的步驟。在不久的將來，高精度GPS技術將不斷被優化，同時產生的數據在處理時用到的軟件工具也將更加強大，即使在較短的時間內測量的結果也將比花費大量心血的普通測量精確度高，這大大提高了工作的效率。

3.4功能多和操作簡單

GPS接收機的改進也將是一個必然發展趨勢，而且形式也將多樣化，自動化的能力也將提高。高精度GPS的測量形式包括快速靜態測量、靜態測量、實時動態測量和實時差分定位等，這已經被廣泛的應用到各個領域。高精度GPS的數據處理過程已經達到高度的自動化，有的已經幾乎成“傻瓜”形式，而用高精度GPS測量的觀測員的工作任務也已經被簡化，只是在工作中安裝相關儀器，連接電線，確定天線的高度，記錄天氣的數據，和檢查儀器的工作情況，掌管儀器的開機關機，甚至還可以實施某些無人看管模式，比如數據的采集，這是將采集的數據直接通過通訊傳達到數據處理中心，來實現某些階段的全自動化。

3.5應用廣

普通的測量方法是對高程和平面分別進行測量，而新興的高精度GPS測量方法更加簡單，可以同時測量高程和平面，而且高程測量可以達到四等的測量精度，平面測量也可以將觀測位置精確化。這一高精度GPS的測量特點使得為研究地面存在物的形狀和地面的具體高程提供了更精確的數據，同時也為高空作業和導航提供了精確的數據。使用的行業的數量增多，不僅可以用在路面的導航和工程的建設，還可以用在航空方面的監控與測量，并且這都取得了不同程度的成功。在海洋方面，為海域的精確繪制也提供了精確的數據，也得到了大量的應用。

4　GPS的定位原理

高精度GPS的定位原理是在物理和幾何的基礎上演化而來，同時利用衛星在空間中的不同分布和距離地面的距離交匯的位置。在測量時，在后面進行匯合時，可以在相同的時間內確定測量時的三個距離才能夠進行定位。但是從分析的方面來說，如果想實現同步性，必須確定時間的同一性。并且要確保距離要至少有4顆衛星的長度方可確定具體的位置。所以，要想應用高精度GPS技術，必須要知道觀測地點距離衛星的精確長度。

圖1　GPS定位原理圖

5　相關熱點問題

鑒別GPS控制網有無粗差，是否符合質量要求：

用高精度GPS進行踩點時，要嚴格按照《全球定位系統城市測量技術規程》的相關規定。在數據采集后要將數據通過通訊渠道傳送到數據處理中心進行計算。這個過程也可以完全自動化，但是外部觀測不像是常規的測量那樣簡單，而是通過回數的測量，這可以使得數據結果更為精確，同時也可以通過基線的處理結果來對基線的質量進行嚴格的檢驗。對基線的結果的處理方式包括單基線處理模式和多基線處理模式，根據邊長的不用可以選擇不同的分解方式，其包括三差法、浮點法、固定法。當基線的長度在8km內時，則需要用固定法；當在30km內時，固定法和浮點點皆可；當長度超過30km時，則需要采用三差法。不同的數學計算模式，在執行時要逐步進行嚴格的檢驗。

5.1單基線處理模式

在采用單基線處理的數學模式時，通過同一種模式得到的數據結果，它的任何環的坐標的分量長度都有相應的規定長度；在通過不同數學模式得到數的規定，也需要檢驗。

5.2閉合差規定

不管是用單模式還是多模式的計算方式，都需要在高精度GPS網中選擇完全獨立的一組基線，并由此構成獨立環。全長的閉合差和坐標的閉合差都有相應的計算公式，如下：

WX，WY，WZ≤2nδ

W≤23nδ

式中：W———環閉合差，W=Wx2+Wy2+Wz2；

n———獨立環中的邊數；

δ———弦長精度標準差，δ=a2+（bd）2，按不同控制等級取固定系數a，比例系數b的值，d為基線長。

5.3復測基線的長度測量結果不好，最好不可超過ds≤22δ。

5.4在計算起點時，要嚴格按照《規程》中的相關規定，在選擇時要按照優先的原則確定起點的坐標值在此過程中要注意的是，每個同步環的起點只能選擇一個。基線的修改后的數據結果的絕對值要符合：V△x，V△y，V△z≤3δ。

6　總結

從上面的分析中可以看出，在使用高精度GPS技術時，需要注意的主要問題是控制網有無粗差，是否符合質量要求的問題，并采取相應的應對措施，就可以更好的實施高精度GPS測量來做控制測量。隨著我國高精度GPS測量技術的不斷改善，將會被更熟練更廣泛的應用到各行各業中，帶動我國行業和經濟的發展。

［1］傅曉明.工程GPS網平差起算點坐標的誤差分析［J］.工程勘察，2004，2.

［2］王增學.如何提高GPS在工程測量應用中的精度［J］.科技創新導報，2009（1）：62～66.

［3］張勤，李家權.GPS測量原理及應用［M］.北京：科學出版社，2005：1～210.

黃太康（1972-），貴州道真人，高級工程師，本科，主要從事測繪工作。

P228.4

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2095-2066（2016）10-0070-02

2016-3-5