GPS靜態測量在控制測量中的應用分析

袁霆

（天津華北地質勘查總院，天津 300000）

1 GPS靜態測量概述

GPS靜態測量是一種利用測量型GPS接收機與定位衛星進行定位測量的測量方法。GPS靜態測量過程中，認為GPS接收機的天線在整個觀測過程中是靜止的，因此，在進行處理數據時，天線的位置可以認為是一個不會改變的量，從而可以通過求衛星數據的變化來獲得待定點的坐標值。這種測量方法常用于建立長距離的檢校基線、地殼運動檢測網、大陸和島嶼聯測工作，具有廣泛的應用價值。此外，GPS靜態測量還具有測站間不需要通視、定位精確度高、全天候、操作簡便等優勢，并在軍事、國防、交通等領域發揮重要作用。

2 具體應用分析

本文的應用分析以某地GPS靜態測量為例，選擇目標位置點，并進行點位置信息的提取，從而就GPS靜態測量在控制測量中的具體應用分析進行論述。

2.1 外業選點與觀測

選點與觀測是GPS靜態測量的主要外業工作，也是整個實驗過程中的基礎。此項工作的主要原理是：平面連接測量采用5臺已經經過檢測合格并達到相應的測量標準的中海達雙頻GPS接收機，接收機的數量和精度都應該滿足測量要求。測量過程中，接收機運用靜態相對定位模式，整個GPS網根據《GPS規范》中E級網標準進行，以確保整體GPS準則的規范性。觀測網是由兩個基準點和目標地區組成的GPS觀測網。

（1）選點。選點的原則：①點的位置選擇要在視野開闊，空間延展性好的地區，以便于觀察，并選擇不易破壞的位置，有利于日后的觀測與記錄；②點要選擇在遠離大功率無線電設備，高壓設備的區域，由此避免電磁場對信號的干擾，避免由此產生的測量數據的誤差；③每一點的選擇盡量與某一點通視，以方便后續工作的有效進行；④點的周圍高度角15°以上盡量避免障礙物的存在，防止信號被遮擋或吸收，保障信號的穩固性，減少由此帶來的測量誤差；⑤結束選點后，按照測量要求對點的位置、周圍環境等信息進行詳細記錄；此次應用分析的目標點則選在視野開闊的道路中央，并且在點位置周圍200m區域沒有無線電發射裝置，高壓輸電線等可能會對信號產生干擾的設備，同時，點的周圍也避免了能對電磁波信號進行強烈反射的地形與地物。點的位置確定后，在目標位置設置相應的儀器設備，并由專業的測量技術人員進行測量。通常情況下，測量工作兩人一組，一人負責測量，一人負責記錄數據。

（2）觀測。設置完監測網絡后，將上述提及的GPS接收機投入應用，采用上述選擇的5臺中海達雙頻GPS接收機，在已經確定的觀察位置安置好這幾臺GPS接收機，并進行事前準備工作：對中、整平、量取天線高度（觀測時接收機天線相位中心至測站中心標志面的高度），兩個方向量之間的差距需要≤3mm，開機進行正式測量工作，并將采樣間隔設置為5s，衛星截止高度角設置為10，衛星狀態達到記錄要求時5臺接收機便開始同步記錄觀測數據。本次測量實驗過程的觀測共分為幾個時段，分別是：將點名、天線高、開機時間、觀測時間，并將以上數據記錄到觀測手簿上，以方便后期對實驗數據的整理與分析。除此之外，應當注意在觀測過程中，投入應用的5臺GPS接收機需要同步記錄，并對處理過程加以規范，并在最終輸出成果。同時，觀測也需要分兩個時段進行：觀測1h后結束第1時段的觀測，在比較數據結果沒有較大誤差后進行第2時段的觀測。觀測完畢后需要整收儀器。

2.2 觀測數據的處理

在結束外業工作階段，獲得所需數據后要對數據進行處理分析，數據處理過程如圖1所示。

此次測量實驗過程中采用的數據處理軟件為中海達隨機軟件HDS2003，靜態相對測量數據處理的基本操作過程分為以下幾個步驟：粗加工、預處理、基線解算、GPS網與地面網的聯合網平差處理、坐標轉換、高程轉換、粗加工。

圖1

在對數據進行平差處理后還要進行相應的精度分析，對外業測量結果進行精度檢驗。通過此步驟，可以及時發現測量過程中是否存在較大的數據誤差，可以及時采取相關辦法進行平差處理，使數據精度達到實驗要求。本次實驗中的誤差值較小（如表1），點位精度符合要求，這同時也極好地證明了GPS靜態測量的高精度優點。網平差工作結束后可以選擇word形式輸出平差報告。

表1 最終坐標平差值

2.3 討論與分析

在此次實驗中，實驗過程嚴格遵循控制測量的方法，并采取了與傳統測量技術有所區別的GPS靜態測量，通過此次實驗過程，可以發現，傳統的測量技術已經不能滿足現代信息社會對于測量結果的要求，如：在較大范圍測量時，傳統測量方法不僅費時費力，而且測量所得結果數據也無法滿足精度要求。所以，在更多的應用領域內，GPS靜態測量為工作的簡潔、準確、高效提供了技術保證。

盡管如此，GPS靜態測量的過程中仍然會產生一些誤差，這些誤差的主要來源是GPS衛星、衛星信號的傳播過程中，地球潮汐等因素造成的，這些客觀因素有時可能會嚴重影響數據的準確性，有時可以部分消除誤差，有時則無法避免這些誤差。因此，如何正確處理這些誤差也是GPS靜態測量過程中的關鍵，我們必須對這些誤差進行消除和削弱，來達到對實驗數據精度的要求。而消除誤差的主要方法有：建立模型法、求差法、參數法、回避法。同時，在實驗過程中，采取一些必要的手段同樣也可以提高實驗數據精度，例如：保證被測物的高精準度測量，保證被測物的高效率測量，保證被測物的全天候測量，保證被測物的短時間測量，保證控制網的合理布置，保證測量地的空曠，保證避免人為失誤，保證測量系統的大范圍使用。除此之外，在處理實驗數據的過程中，采用更加精密的處理軟件，也會有利于實驗數據精度的提升，有利于保證測量精度。

3 應用前景

為解決傳統測量技術的種種弊端，GPS靜態測量技術應運而生，這項技術也可以稱作是測量技術發展的轉折點。GPS靜態測量及時很好的適應人們的測量需求，融合了傳統布網技術，接收觀測點傳回的實時數據，并加以處理和分析，獲得更加精確的數據結果。在當今時代背景下，GPS靜態測量技術在許多領域中起到了積極的作用，在測量、軍事、交通等各個方面體現出巨大的價值。可以說，GPS靜態測量技術具有無限廣闊的應用前景。

4 結語

綜上所述，相比于傳統測量方法，GPS靜態測量能夠在較短時間內高效率完成測量工作，在控制測量的過程中具有顯著的高測量精確度，數據質量好，全天候測量等優點，換言之，在某些應用領域，GPS靜態測量能夠替代傳統測量方法。此外，GPS靜態測量方法對于當今社會科學技術的發展也起著重要的作用，它能夠幫助實現多維度、高精度的測量工作，它的應用展現出其在測量方面的優越性，被廣泛應用，具有廣闊的發展前景。

[1] 章如芹，徐良冀，高雙. GPS靜態測量在控制測量中的應用[J].北京測繪 2014,26（1）：125-126.

[2] 高群，尚穎娟。 靜態GPS在控制測量中的應用分析[J]. 西南農業大學學報（社會科學版）. 2010,8（1）：231-232.

[3] 黃小華，曾龍. GPS靜態測量在控制測量中的應用 [J] 江西建材 2015（22）：221.

[4] 葉文龍，熊牧野. 芻議控制測量中GPS靜態測量的應用[J].江西建材， 2014，18:228.

[5] 許寶華. GPS技術在靜態控制測量中的應用 測繪技術裝備2001（1）.