GPS靜態作業在控制測量中的應用探討

權君娟 李新寧

（寶雞西北有色七一七總隊有限公司 寶雞 721015）

1 引言

近年來，隨著全球衛星定位系統（GPS）技術的快速發展，GPS 實時動態測量技術已完全成熟，GPS 逐漸在測圖、施工放樣、航空攝影測量、海洋測繪和地理信息數據采集等方面得到了充分的應用。目前在測量工作中，測量工作者把動態測量作為一種常用的工作方法，但GPS 靜態測量作為一種經典的測量方法，仍然活躍于測量工作領域的各個方面，特別是在控制測量工作方面的應用。本文將圍繞采用GPS靜態控制測量工作方法，全面介紹建立GPS 控制網的制作過程和方法，并著力闡述GPS 靜態測量的高效和高精度。

2 靜態GPS測量概述

2.1 GPS相對定位原理

用3 臺或3 臺以上GPS 接收機分別安置在若干條基線的端點，通過同步觀測相同GPS 衛星來確定多條基線向量。利用這些觀測量的不同給合（求差）進行相對定位，可有效的消除或減弱相關誤差（如衛星鈡差、衛星星歷誤差、電離層延遲、對流層延遲等）的影響，故可提高相對位置的精度，從而使這種方法成為精密測量定位中主要的工作方法。

2.2 GPS靜態測量的特點

（1）測量精度高

GPS測量的相對精度一般在10-5-10-9，邊長精度通常可以達到10-6以上，這是地面常規測量方法很難達到的。

（2）選點靈活，無需通視

由于GPS 測量不要求測站間通視，因而選點時只用考慮外業觀測條件和應用需求，大大提高了選點的靈活性，使控制網有較好的網形。

（3）可全天候作業

理論上，GPS 測量可以在任何時間、任何氣候條件下進行。這一特點方便了觀測作業，有利按時、高效地完成控制網建立。

（4）操作簡便

外業觀測和數據處理的自動化程度高，作業人員只需對中、整平、量取天線高、開機設置參數以及必要的記錄，剩下的觀測工作由接收機自動完成。

（5）可獲得三維坐標

GPS 測量可以直接測量定點的三維坐標（大地經緯度和大地高）。

3 靜態GPS測量應用實例

以廣東省某市某鎮某村片區GPS 控制網為例，簡單闡述GPS靜態控制和數據處理的原理及應用。

3.1 測區概況

廣東省某市某鎮測區東以S365 省道為邊，南到西江，北至山邊，面積大約1.1 平方公里，地勢平坦，交通便捷。

儀器選用三臺中海達雙頻接收機（有效檢定期內），作業方式采用混連式。精度指標；其精度滿足CJJ73-97所規定的二級平面控制網精度。

3.2 選點、布網

GPS 靜態觀測是若干接收機同時接收衛星信號而進行的定位測量。測站之間不要求互相通視，GPS 觀測精度與衛星分布有關，與地面測站位置構成的幾何現狀無關。點位網的形狀選擇比較靈活，選點工作相對比較簡單。因此，GPS點位適當選擇，對整個控制測量項目順利完成有著重要意義。所以，根據本次控制測量的目的、精度、密度要求，在充分收集和了解測區范圍、地理位置、氣候、交通條件、人文等以及原有控制點的精度、分布和保存情況的基礎上，對本區進行GPS點位的選定和布設。

3.2.1 選點原則

根據任務范圍和規范的要求，GPS 控制網以整個工作范圍為準。首先在地形圖上進行初選，然后根據初選方案，再進行實地選點，選點應遵守以下原則：

（1）測站周圍視野開闊，高度角15度以上不允許有成片的障礙物。測站上應方便安置GPS接收機。

（2）遠離大功率的無線電信號發射源（如電臺、電視臺、微波中繼站），與高壓輸電線、變壓器保持50米以上的距離，避免干擾。

（3）測站應遠離高樓、圍墻、大樹、山坡及大面積平靜的水面（湖泊、池塘）等能引起較強信號反射物，以免出現嚴重的多路徑效應。

（4）測站應位于地質條件良好、點位穩定、易于保護的地方，并盡可能顧及交通等條件。

（5）充分利用符合要求的原控制點。

3.2.2 埋石

控制點的埋石采用現場澆注的方法進行，事先在選點位置用電鉆孔，然后用混凝土將孔填充，最后將標志鑲嵌在混凝土中，埋設后，用切割機進行切割，統一編號，編號為；32Ⅱ001，32Ⅱ002，......，32Ⅱ22。具體埋設要求和編號如圖1所示。

控制點標志埋設完成后，繪制點之記，并對控制點正面以及點位周圍明顯地物進行拍照，拍照約4-6張，以表達出點位情況為準，便于以后尋找。

圖1 控制點現場埋設與編號

3.3 GPS控制網

如圖2：GPS控制網有34點組成，其中，新布設點22 個，原有控制E級點5個，導線點7個，其中32GE04、32GE06、32GE32（均為上級復檢最新成果）為起算點。以三角形作為基本圖形。

圖2 GPS控制網

4 外業觀測

4.1 外業觀測技術要求

以《衛星定位需市測量技術規范》標準中規定的GPSE級點為標準，站點觀測大于1.6時段，每個時段大于等于40min。

4.2 觀測步驟

（1）安置接收機；將接收機架設在三角架上，進行對中、整平、量取儀器高（儀器高要在接收機互120度方向量三次，互差小于3mm，取平均值）。

（2）開機觀測；開機正確設置觀測模式（靜態）、高度角（15°）和采樣間隔（30s）。

（3）觀測記錄；觀測者一律用鉛筆及時填寫GPS測量手簿各項內容（接收機型號、測站名、時段號、高度角等），手寫要認真細致，字跡清晰、工整、美觀。

（4）遷站；經認真檢查，所有預定的作業項目均已全面完成且符合要求，記錄和資料完整無誤，方可遷站。

4.3 觀測作業組的基本要求

（1）各作業組必須嚴格遵守調度命令，按規定的時間進行開機、關機的操作。

（2）按要求進行相關觀測記錄，不得改寫和涂改，不得轉抄和追記。讀寫有誤時，可用鉛筆整齊畫掉，將正確數據寫在上面并注記原因。

（3）觀測期間防止接收機震動，不得移動，要防止工作人員和其他物體碰動接收機或遮擋信號。

（4）觀測時，在接收機50m 以內不得使用電臺，10m以內不得使用對講機和手機。

（5）觀測遇到雷雨天時，應及時停止觀測，防止雷擊。

（6）在一個時段的觀測過程中，不允許進行下列操作：a、關機后重新啟動接收機；b、進行儀器自檢；c、隨意改變截止高度角或采樣間隔；d、按鍵關閉文件或刪除文件。

5 靜態數據處理

GPS 靜態數據都有專門的數據處理軟件，我們采用的是中海達HGO數據處理軟件。

5.1 數據處理流程（如圖3）

圖3 數據處理流程圖

5.2 項目總結報告（節選）

5.2.1 解算數據

觀測文件總數：129；站點個數：34；形成基線總

5.2.3 二維約束平差坐標（部分）條數：128；形成重復條數：41；合格：41；不合格：0；形成同步環個數：42；合格：42；不合格：0；形成異步環個數：190；合格：190；不合格：0；……。

5.2.2 二維約束平差結果

基線條數：128；平差點數：34；基線標準差置信度（松弛因子）：10.00σ；Tau 檢驗顯著水平：1.00%；單位權中誤差比：1.2098；x2 檢驗值：234.6929；x2 理論范圍：147.0196-248.4853；x2檢驗結果：True；

平面四參數：

X 平移（m）：-1739.54353 741482；Y 平移（m）：75610.6464 624293；旋轉：-000：14：27.92334；縮放：0.999952395 270672；……。

表1 平差坐標表

……。

平差后最弱邊和最弱點

基線名：F6190482.zsd-F6200482.zsd；中誤差_DN（mm）：2.1；中誤差_DE（mm）：2.0；中誤差（mm）：2.9；相對誤差：1：69299；站點名：I035；中誤差_N（mm）：2.8；中誤差_E（mm）：2.7；點位中誤差（mm）：3.9。

6 成果檢核

為了能夠有效確保整個GPS控制網實測精度符合相關的精度值測定要求，GPS 控制測量工作完成后，仍需對靜態GPS 測量成果進行相應的對比工作，采用高精度全站儀（2″以上）對部分相互通視站點進行邊長檢查，總共對16 邊進行檢核，檢核結果如表2。

表2 邊長檢查表

通過表2 可以看出；邊長較差最大值為0.024m，相對中誤差最大為1/31460，滿足1/20000 的規范要求。

7 探討

為確保GPS靜態測量具有精度高，操作簡單，測繪效率高，在控制測量中有很大的優勢，在實際工作中應該注意以下幾點。

（1）在選點工作中，除了考慮規范要求，還需要關注儀器和觀測人員的安全，特別在人員密集和交通要道處，避免觀測工作受來往車輛和閑雜人員的影響。

（2）將標志埋設后，用切割機進行切割有一定的危險性，因此，人員前期必須培訓或請專業人員，為了保證標志符合規范提高工作效率，我們用鋼板制作專用磨具，以方便切割，如圖4。

（3）在外業觀測前一定要制定外業觀測期間人員、設備、車輛的調度方案，它決定了GPS網的結構，是測量非常關鍵的環節。各觀測小組應注意人員的合理搭配，合理調配工作人員，每小組應至少安排一名操作熟練的技術人員。

（4）為保證各相鄰站點具有較高的相對精度，對距離較近的點一定要進行同步觀測，以獲得它們之間直接觀測基線。

（5）為防止控制網在二維約束平差中發生扭曲和變形，起算點坐標數據必須經過嚴格的檢核，應該是同一批次，且點位應均勻地分布在網GPS 網周圍和網中。

（6）GPS 網的點之間一般不要求相互通視，但是為了下一步測量對通視的要求，為了便于拓展，站點最好有一個方向通視。

圖4 專用磨具及現場效果照片

8 總結

總之，由于GPS靜態定位技術具有全天候、測站間無需通視、精度高、速度快、費用省等優點，在現在的測量工作中，已基本取代用經緯儀、全站儀、布設導線網、三角網等傳統的步設平面控制網的方法。GPS靜態測量也被廣泛應用于工程測量、變形監測、航空攝影測量和遙感工作中。