GPS靜態(tài)測(cè)量在控制測(cè)量中的應(yīng)用分析

袁霆

（天津華北地質(zhì)勘查總院，天津 300000）

1 GPS靜態(tài)測(cè)量概述

GPS靜態(tài)測(cè)量是一種利用測(cè)量型GPS接收機(jī)與定位衛(wèi)星進(jìn)行定位測(cè)量的測(cè)量方法。GPS靜態(tài)測(cè)量過(guò)程中，認(rèn)為GPS接收機(jī)的天線在整個(gè)觀測(cè)過(guò)程中是靜止的，因此，在進(jìn)行處理數(shù)據(jù)時(shí)，天線的位置可以認(rèn)為是一個(gè)不會(huì)改變的量，從而可以通過(guò)求衛(wèi)星數(shù)據(jù)的變化來(lái)獲得待定點(diǎn)的坐標(biāo)值。這種測(cè)量方法常用于建立長(zhǎng)距離的檢?；€、地殼運(yùn)動(dòng)檢測(cè)網(wǎng)、大陸和島嶼聯(lián)測(cè)工作，具有廣泛的應(yīng)用價(jià)值。此外，GPS靜態(tài)測(cè)量還具有測(cè)站間不需要通視、定位精確度高、全天候、操作簡(jiǎn)便等優(yōu)勢(shì)，并在軍事、國(guó)防、交通等領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。

2 具體應(yīng)用分析

本文的應(yīng)用分析以某地GPS靜態(tài)測(cè)量為例，選擇目標(biāo)位置點(diǎn)，并進(jìn)行點(diǎn)位置信息的提取，從而就GPS靜態(tài)測(cè)量在控制測(cè)量中的具體應(yīng)用分析進(jìn)行論述。

2.1 外業(yè)選點(diǎn)與觀測(cè)

選點(diǎn)與觀測(cè)是GPS靜態(tài)測(cè)量的主要外業(yè)工作，也是整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的基礎(chǔ)。此項(xiàng)工作的主要原理是：平面連接測(cè)量采用5臺(tái)已經(jīng)經(jīng)過(guò)檢測(cè)合格并達(dá)到相應(yīng)的測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)的中海達(dá)雙頻GPS接收機(jī)，接收機(jī)的數(shù)量和精度都應(yīng)該滿足測(cè)量要求。測(cè)量過(guò)程中，接收機(jī)運(yùn)用靜態(tài)相對(duì)定位模式，整個(gè)GPS網(wǎng)根據(jù)《GPS規(guī)范》中E級(jí)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，以確保整體GPS準(zhǔn)則的規(guī)范性。觀測(cè)網(wǎng)是由兩個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)和目標(biāo)地區(qū)組成的GPS觀測(cè)網(wǎng)。

（1）選點(diǎn)。選點(diǎn)的原則：①點(diǎn)的位置選擇要在視野開(kāi)闊，空間延展性好的地區(qū)，以便于觀察，并選擇不易破壞的位置，有利于日后的觀測(cè)與記錄；②點(diǎn)要選擇在遠(yuǎn)離大功率無(wú)線電設(shè)備，高壓設(shè)備的區(qū)域，由此避免電磁場(chǎng)對(duì)信號(hào)的干擾，避免由此產(chǎn)生的測(cè)量數(shù)據(jù)的誤差；③每一點(diǎn)的選擇盡量與某一點(diǎn)通視，以方便后續(xù)工作的有效進(jìn)行；④點(diǎn)的周圍高度角15°以上盡量避免障礙物的存在，防止信號(hào)被遮擋或吸收，保障信號(hào)的穩(wěn)固性，減少由此帶來(lái)的測(cè)量誤差；⑤結(jié)束選點(diǎn)后，按照測(cè)量要求對(duì)點(diǎn)的位置、周圍環(huán)境等信息進(jìn)行詳細(xì)記錄；此次應(yīng)用分析的目標(biāo)點(diǎn)則選在視野開(kāi)闊的道路中央，并且在點(diǎn)位置周圍200m區(qū)域沒(méi)有無(wú)線電發(fā)射裝置，高壓輸電線等可能會(huì)對(duì)信號(hào)產(chǎn)生干擾的設(shè)備，同時(shí)，點(diǎn)的周圍也避免了能對(duì)電磁波信號(hào)進(jìn)行強(qiáng)烈反射的地形與地物。點(diǎn)的位置確定后，在目標(biāo)位置設(shè)置相應(yīng)的儀器設(shè)備，并由專業(yè)的測(cè)量技術(shù)人員進(jìn)行測(cè)量。通常情況下，測(cè)量工作兩人一組，一人負(fù)責(zé)測(cè)量，一人負(fù)責(zé)記錄數(shù)據(jù)。

（2）觀測(cè)。設(shè)置完監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)后，將上述提及的GPS接收機(jī)投入應(yīng)用，采用上述選擇的5臺(tái)中海達(dá)雙頻GPS接收機(jī)，在已經(jīng)確定的觀察位置安置好這幾臺(tái)GPS接收機(jī)，并進(jìn)行事前準(zhǔn)備工作：對(duì)中、整平、量取天線高度（觀測(cè)時(shí)接收機(jī)天線相位中心至測(cè)站中心標(biāo)志面的高度），兩個(gè)方向量之間的差距需要≤3mm，開(kāi)機(jī)進(jìn)行正式測(cè)量工作，并將采樣間隔設(shè)置為5s，衛(wèi)星截止高度角設(shè)置為10，衛(wèi)星狀態(tài)達(dá)到記錄要求時(shí)5臺(tái)接收機(jī)便開(kāi)始同步記錄觀測(cè)數(shù)據(jù)。本次測(cè)量實(shí)驗(yàn)過(guò)程的觀測(cè)共分為幾個(gè)時(shí)段，分別是：將點(diǎn)名、天線高、開(kāi)機(jī)時(shí)間、觀測(cè)時(shí)間，并將以上數(shù)據(jù)記錄到觀測(cè)手簿上，以方便后期對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的整理與分析。除此之外，應(yīng)當(dāng)注意在觀測(cè)過(guò)程中，投入應(yīng)用的5臺(tái)GPS接收機(jī)需要同步記錄，并對(duì)處理過(guò)程加以規(guī)范，并在最終輸出成果。同時(shí)，觀測(cè)也需要分兩個(gè)時(shí)段進(jìn)行：觀測(cè)1h后結(jié)束第1時(shí)段的觀測(cè)，在比較數(shù)據(jù)結(jié)果沒(méi)有較大誤差后進(jìn)行第2時(shí)段的觀測(cè)。觀測(cè)完畢后需要整收儀器。

2.2 觀測(cè)數(shù)據(jù)的處理

在結(jié)束外業(yè)工作階段，獲得所需數(shù)據(jù)后要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析，數(shù)據(jù)處理過(guò)程如圖1所示。

此次測(cè)量實(shí)驗(yàn)過(guò)程中采用的數(shù)據(jù)處理軟件為中海達(dá)隨機(jī)軟件HDS2003，靜態(tài)相對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)處理的基本操作過(guò)程分為以下幾個(gè)步驟：粗加工、預(yù)處理、基線解算、GPS網(wǎng)與地面網(wǎng)的聯(lián)合網(wǎng)平差處理、坐標(biāo)轉(zhuǎn)換、高程轉(zhuǎn)換、粗加工。

圖1

在對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行平差處理后還要進(jìn)行相應(yīng)的精度分析，對(duì)外業(yè)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行精度檢驗(yàn)。通過(guò)此步驟，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)測(cè)量過(guò)程中是否存在較大的數(shù)據(jù)誤差，可以及時(shí)采取相關(guān)辦法進(jìn)行平差處理，使數(shù)據(jù)精度達(dá)到實(shí)驗(yàn)要求。本次實(shí)驗(yàn)中的誤差值較?。ㄈ绫?），點(diǎn)位精度符合要求，這同時(shí)也極好地證明了GPS靜態(tài)測(cè)量的高精度優(yōu)點(diǎn)。網(wǎng)平差工作結(jié)束后可以選擇word形式輸出平差報(bào)告。

表1 最終坐標(biāo)平差值

2.3 討論與分析

在此次實(shí)驗(yàn)中，實(shí)驗(yàn)過(guò)程嚴(yán)格遵循控制測(cè)量的方法，并采取了與傳統(tǒng)測(cè)量技術(shù)有所區(qū)別的GPS靜態(tài)測(cè)量，通過(guò)此次實(shí)驗(yàn)過(guò)程，可以發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)的測(cè)量技術(shù)已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代信息社會(huì)對(duì)于測(cè)量結(jié)果的要求，如：在較大范圍測(cè)量時(shí)，傳統(tǒng)測(cè)量方法不僅費(fèi)時(shí)費(fèi)力，而且測(cè)量所得結(jié)果數(shù)據(jù)也無(wú)法滿足精度要求。所以，在更多的應(yīng)用領(lǐng)域內(nèi)，GPS靜態(tài)測(cè)量為工作的簡(jiǎn)潔、準(zhǔn)確、高效提供了技術(shù)保證。

盡管如此，GPS靜態(tài)測(cè)量的過(guò)程中仍然會(huì)產(chǎn)生一些誤差，這些誤差的主要來(lái)源是GPS衛(wèi)星、衛(wèi)星信號(hào)的傳播過(guò)程中，地球潮汐等因素造成的，這些客觀因素有時(shí)可能會(huì)嚴(yán)重影響數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，有時(shí)可以部分消除誤差，有時(shí)則無(wú)法避免這些誤差。因此，如何正確處理這些誤差也是GPS靜態(tài)測(cè)量過(guò)程中的關(guān)鍵，我們必須對(duì)這些誤差進(jìn)行消除和削弱，來(lái)達(dá)到對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)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(shù)法、回避法。同時(shí)，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，采取一些必要的手段同樣也可以提高實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)精度，例如：保證被測(cè)物的高精準(zhǔn)度測(cè)量，保證被測(cè)物的高效率測(cè)量，保證被測(cè)物的全天候測(cè)量，保證被測(cè)物的短時(shí)間測(cè)量，保證控制網(wǎng)的合理布置，保證測(cè)量地的空曠，保證避免人為失誤，保證測(cè)量系統(tǒng)的大范圍使用。除此之外，在處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的過(guò)程中，采用更加精密的處理軟件，也會(huì)有利于實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)精度的提升，有利于保證測(cè)量精度。

3 應(yīng)用前景

為解決傳統(tǒng)測(cè)量技術(shù)的種種弊端，GPS靜態(tài)測(cè)量技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，這項(xiàng)技術(shù)也可以稱作是測(cè)量技術(shù)發(fā)展的轉(zhuǎn)折點(diǎn)。GPS靜態(tài)測(cè)量及時(shí)很好的適應(yīng)人們的測(cè)量需求，融合了傳統(tǒng)布網(wǎng)技術(shù)，接收觀測(cè)點(diǎn)傳回的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，并加以處理和分析，獲得更加精確的數(shù)據(jù)結(jié)果。在當(dāng)今時(shí)代背景下，GPS靜態(tài)測(cè)量技術(shù)在許多領(lǐng)域中起到了積極的作用，在測(cè)量、軍事、交通等各個(gè)方面體現(xiàn)出巨大的價(jià)值?？梢哉f(shuō)，GPS靜態(tài)測(cè)量技術(shù)具有無(wú)限廣闊的應(yīng)用前景。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，相比于傳統(tǒng)測(cè)量方法，GPS靜態(tài)測(cè)量能夠在較短時(shí)間內(nèi)高效率完成測(cè)量工作，在控制測(cè)量的過(guò)程中具有顯著的高測(cè)量精確度，數(shù)據(jù)質(zhì)量好，全天候測(cè)量等優(yōu)點(diǎn)，換言之，在某些應(yīng)用領(lǐng)域，GPS靜態(tài)測(cè)量能夠替代傳統(tǒng)測(cè)量方法。此外，GPS靜態(tài)測(cè)量方法對(duì)于當(dāng)今社會(huì)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展也起著重要的作用，它能夠幫助實(shí)現(xiàn)多維度、高精度的測(cè)量工作，它的應(yīng)用展現(xiàn)出其在測(cè)量方面的優(yōu)越性，被廣泛應(yīng)用，具有廣闊的發(fā)展前景。

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