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(xiàn)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(tài)相對定位的作業(yè)模式，即待定點安裝≥2臺的GPS接收機，如此對某組衛(wèi)星進行≥1～2h"的連續(xù)同步觀測，隨后再對觀測數(shù)據(jù)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(tài)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(tài)定位逐步成為短基線測量作業(yè)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(tǒng)（雙頻）對4～5顆衛(wèi)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(shù)據(jù)能夠與靜態(tài)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(guī)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(yè)等。

1.工程案例分析

廣東某三等GPS網(wǎng)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(wǎng)形布置如"圖1。

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圖1"三等GPS網(wǎng)形布置圖""""""圖2"三等GPS網(wǎng)形布置圖（部分）

2.外業(yè)測量

外業(yè)測量采用了四臺瑞士生產(chǎn)的雙頻Leica"vivaGS15"GPS接收機，靜態(tài)標稱精度為3mm+0.5ppm?！豆こ虦y量規(guī)范》GB"50026-2007"規(guī)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(tǒng)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(wǎng)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(guī)范允許的限差;每個時段觀測的同步環(huán)坐標分量相對閉合差、環(huán)線全長相對閉合差是否在規(guī)范允許的限差內;異步環(huán)坐標分量閉合差、全長閉合差是否在規(guī)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(shù)據(jù)全部導入項目中，各時段的衛(wèi)星信號情況見圖3。

在基線處理時發(fā)現(xiàn)，在解算第一個時段（1時段）時就出現(xiàn)了基線網(wǎng)形跑位，并且出現(xiàn)了點位重疊的現(xiàn)象，見"圖4。經(jīng)過檢查，1時段解算沒有問題，衛(wèi)星信號、同步環(huán)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(fā)現(xiàn)只能解算出5條基線，并出現(xiàn)明顯跑位網(wǎng)形。很明顯，問題出在7"時段，但刪除7時段所有數(shù)據(jù)后，并不能解決上述跑位問題。后來全部重來，刪除全部數(shù)據(jù)，重新導入除7時段外的其他8個時段的觀測數(shù)據(jù)，8個時段最終全部解算成功。

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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(huán)閉合差、異步環(huán)閉合差、重復基線較差等各項精度統(tǒng)計均優(yōu)于規(guī)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(wǎng)所在區(qū)域的中央子午線和某一點為固定點作依據(jù)，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(shù)、點位誤差、點間相對中誤差等三項指標來考核。

本GPS網(wǎng)最后舍去一條重復基線，取用了143條基線參與三維網(wǎng)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(qū)間，比例42%;72條基線殘差在3.1mm～6mm"區(qū)間，比例為50%;12條基線殘差在6.1mm～9.2mm區(qū)間，比例為8%?？梢?，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(jù)采用的起算基準點進行GPS網(wǎng)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(shù)較差是否在規(guī)范允許的范圍內;點間相對中誤差是否滿足規(guī)范要求。

6.結束語

經(jīng)過本次GPS測量實踐，總結幾點如下：①三等GPS網(wǎng)時段長度大于22分鐘的數(shù)據(jù)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(wǎng)整體精度合格。這驗證了工程測量規(guī)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(wǎng)的可靠性，增加觀測期數(shù)是提高網(wǎng)的可靠性的最佳方法，在GPS測量項目中應根據(jù)項目實際情況合理、靈活的設計時段長度。②靜態(tài)觀測時段長度過短的觀測數(shù)據(jù)（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(guī)范要求合理布設GPS點位，保證衛(wèi)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(yè)觀測和內業(yè)解算更為順利。

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