GPS靜態定位在測量中的應用

唐占友

摘要：隨著科學技術的發展，我國的GPS技術有了很大進展，并在工程測量中得到了廣泛的應用。近年來，常規性的測量手段得以逐步改善或替換，而GPS靜態定位便是其中之一。目前，GPS靜態定位在測量中被廣泛用于工程測量、大地測量、地籍測量、各類變形監測等，其中主要用于驗證、建立各種類型和等級的控制網。采用GPS靜態測量，在驗證和布設控制網方面具有精度高、選點靈活、全天候作業、觀測時間短、數據處理自動化程度高等特點；GPS技術已基本取代了常規的測量方法。本文結合自身工作經驗及某工程案例淺談GPS靜態定位在現代測量中的應用。

關鍵詞：GPS；靜態測量；RTK；控制網

引言

近年來，隨著GPS（GlobalPositionSystem）技術的飛速發展，用GPS監測地面位移已成為業界的主流，不過所用的方法一般是靜態監測法，即用GPS監測網通過一系列的解算，求得監測點的位移量。最近，隨著GPS精度的提高，GPS的快速靜態方式也可滿足采煤塌陷地位移監測的精度要求，且方便快速，可實時監測，工作費用也大規模降低。

1GPS靜態測量

GPS靜態測量，是GPS定位測量的一種。在觀測過程中，使用兩臺或以上接收設備，分別安放在一條或多條基線的端點，同步觀測4顆或4顆以上衛星，每時段觀測時長40分鐘以上，整個過程中，接收機位置靜止，不隨時間變化而變化。

2工程概況

某市是典型的資源型城市，該市境內煤炭資源豐富，含煤面積357km2，占境域面積的22%，地下煤炭儲量達41×108t，是全國8大煤炭生產基地之一。多年來，煤炭開采在帶動地方經濟快速發展的同時，也帶來了采煤區塌陷等毀壞耕地、破壞生態等人為地質災害方面的問題。

3監測方法

3.1控制點的布設

為滿足位移監測的精度要求，必須建立穩定的控制點作為基礎，以監測地表的位移情況。采煤區的特點就是，采煤掘進區是始終在變化的，而其工業廣場在開采過程中是不會變化的。因此，我們選擇兩煤礦（鮑店煤礦和橫河煤礦）的工業廣場作為基準點的待選區域，另取遠離測區的兩點作為基本控制點。GPS快速靜態測量的特點是在基準點以內（內含）測得的GPS點比在基準點之外（外延）測得的GPS點精度高，外圍必須有足夠的等級較高的控制點才能保證其內部點的平面位置精度。根據測區和調查取得的實際控制點的情況，我們取鮑店礦、楊村礦、橫河、騎嶺4點作為GPS快速靜態的首級控制點，按殘差最小的原則求取7參數。

3.2地面位移監測點的布設

⑴GPS監測點位選定要求。根據GPS監測的特點。⑵平面位移監測墩的建立。根據本工程的設計要求，本工程的位移監測點包括兩部分：一部分是監測平面位移的監測點，另一部分是監測治理工程之一——擋墻的監測點。根據《工程測量規范》（GB50026-2007）要求，本工程水平位移監測采用GPS網的形式。根據本工程的設計要求，GPS監測網應滿足三等水平位移監測基準網的要求，即相鄰基準點的點位中誤差不大于6.0mm。為了提高位移監測點的成果精度，也為了本工程長期監測（監測期為10年）需要，必須制作強制對中觀測墩。根據本項目設計要求，地面位移監測點采用監測區均勻布設的原則，在此原則之下，適當考慮煤炭開采活動的重點區域，適當增加GPS監測點的密度。擋墻監測點的作用就是監測治理工程已建立的擋土墻，視其變化是否超出一定的范圍，主要監測其安全性，次要功能是監測擋墻是否出現整體位移，以判定地下煤炭開采和地面位移的關系。

3.3地面位移監測方法

地面位移監測采用GPS快速靜態1+1的監測方法，即固定一臺GPS作為基準站，另一臺為GPS快速靜態的流動站。所用儀器為美國天寶光譜EPOCH50GNSS，精度指標：碼差分定位測量，水平0.25mm+1ppm；垂直：0.50mm+1ppm。靜態測量及快速靜態測量，平面3mm+0.1ppm，垂直：3.5mm+0.4ppm，動態測量，水平10mm+1ppm，垂直20mm+1ppm。由此看出，天寶光譜EPOCH50GNSS的快速靜態方式可以獲得較高的平面位置精度（3mm+0.1ppm）。為了精確測得位移監測點的坐標，將基準站架設在預設觀測墩的高層建筑物上，以保證GPS信號的強度與精度。進行快速靜態觀測時，首先在GPS手簿中設置好基準轉換7參數等相關參數，每次作業開始時，將流動站放置在已知點上，以檢驗GPS手簿設置及其功能的正確性。測量過程中，及時觀察GPS手簿中顯示的各項精度指標，包括水平精度和和垂直精度，每點靜態測量的時間在10min以上。為了滿足位移觀測的高精度要求，作業中，采取了2項措施提高GPS快速靜態的水平測量精度：①選擇最有利的觀測時間。快速靜態的測量實踐表明，上午11點之前和下午3點之后，快速靜態測量成果最穩定，測量信號固定也快，故選擇最有利觀測時段進行位移點監測；②為了保證位移監測點的精度和可靠性，位移監測點皆在不同的時段重測一次，2次水平較差控制在5mm之內。

4布設GPS工程控制網的工作步驟及要點

（1）測前工作。GPS控制網測量實施前，需對控制網的各項技術要求進行詳細的了解及掌握，然后按照所述要求編制技術設計書以指導后期的測量實施。通常情況下，需核實的信息包含測區的地理位置、范圍；控制網的控制面積、用途、精度等級、點位分布、點的數量及密度要求；所用坐標系統；對提交成果的時限要求等。在核實以上信息并完成技術設計書編寫后，進入測量前的準備工作具體包括以下幾步。一是測繪資料的搜集與整理，對已有或新建控制網需要收集整理的資料主要包括測區及周邊地區可利用的已知點的相關資料和測區地形圖等；二是儀器的檢驗，對各種儀器包括GPS接收機及相關設備進行檢驗，以確保能夠正常工作；三是踏勘、選點、埋石。（2）測量實施。當負責GPS測量作業的隊伍到達測區后，需先對測區的情況作一個詳細的了解。根據測區的地理位置，以及最新的衛星星歷，對衛星狀況進行預報，作為選擇觀測時間段的依據。根據衛星狀況、測量作業的實際情況，結合技術設計書確定具體作業方案以指導外業測量工作。在進行外業觀測時，外業觀測人員要嚴格按照作業規范、作業指令進行操作。在一段外業觀測結束后，應及時將觀測數據傳輸到計算機中，并根據要求進行備份。對所獲得的外業數據及時地進行處理，解算出基線向量，并對解算結果進行質量評估，質量符合要求后再進行下一步測量直至完成所有GPS觀測工作。（3）后期數據處理。采用GPS配套平差軟件，對外業觀測所得的基線向量進行質量檢驗，并對由合格的基線向量所構建成的GPS基線向量網進行平差解算，得出網中各點的坐標成果。如果需要利用GPS測定網中各點的正高或正常高，還需要進行高程擬合。根據整個GPS控制網的觀測及數據處理情況，進行全面的技術總結。

結束語

綜上所述，GPS靜態測量可以順利完成控制網的建立、已有控制網的驗證及其他廣泛的測量任務。GPS靜態測量的高效率高質量特性，已在現代測量中得到廣泛使用。

參考文獻

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（作者單位：遼寧城建設計院有限公司）