浅析两种常用静态GPS控制网作业方式优化

罗绍波 王文化 葛正枝

【摘 要】随着现代科学技术的迅速发展，在当代，GPS全球卫星定位系统已经广范应用于测量的各个方面。在控制测量方向上，静态GPS控制测量取代了常规的测量方法，成为主要手段。主要用于建立各种类型和等级的控制网。其作业方式有很多种，本文通过介绍两种常用的方法在两个工程实例中的实际应用来阐述如何根据实际情况选用合适的作业方式，从而达到既满足用户需要，又快速经济的目的。

【关键词】GPS定位系统；控制测量；精度

1.GPS静态测量概述

1.1 GPS静态测量原理

GPS静态测量原理是以卫星至观测站之间的伪距为观测量，采用两台（或两台以上）测量型GPS卫星接受设备，分别安置在一条或数条基线的两个端点，基线的定位精度可达厘米级，同步观测至少4颗以上卫星，根据已知卫星的瞬时坐标来确定观测站的坐标位置的定位测量。通过数据处理软件来计算观测站的坐标值。观测采集数据的时段长一般在45min至2h或更多。主要用于建立全球性或国家级大地控制网，建立地壳运动监测网、变形监测控制网、钻井定位及精密工程控制网建立等。在测量时，所有的观测基线一般组成一系列封闭图形，这样能有助于进一步提高定位精度。

1.2 GPS测量的优点

GPS 静态定位测量与传统的测量方法相比，优点是：①测站间不需要通视，能保障测量控制网有良好图形，点位的选择十分灵活。②定位精度高，观测时间短，随着 GPS 测量技术的不断完善，静态相对测量仅需30 min左右。③全天候作业，作业过程基本不受天气状况的影响。④操作简便，GPS 接收机自动化程度极高，工作效率高。

1.3外业观测

GPS测量的外业工作，主要包括踏勘选点，埋石、架设仪器、观测等工作。在选点时应考虑每点最好与某一点通视，以便后续测量工作的使用，周围高度角15°以上不要有障碍物，以免信号被遮挡或吸收，点位要远离大功率无线电发射源、高压电线等，以免电磁场对信号的干扰，点位应选在视野开阔、交通方便、有利扩展、易于保存的地方，以便观测和日后使用，在选点结束后，按要求填写点之记。准备工作做好之后，在观测点上架设仪器，对中、整平、量取天线高及开机后设置参数，然后让仪器自动按时段采集数据。

1.4内业数据处理

此两次观测所使用的数据处理软件是中海达HD8200随机自带软件HDS2003，静态测量数据处理基本步骤有粗加工、预处理、基线解算、GPS网与地面网的联合网平差处理、坐标转换、高程转换等步骤。

2.静态控制测量常用的两种经典作业方式

2.1多基准站式布网

用两台或两台以上接收机在一段时间里长期固定在某几个点上进行长时间的观测，这些测站也称为基准站，在基准站进行观测的同时，另外一些接收机则在基准站周围相互之间进行同步观测。用多基准站式所布设的GPS控制网，由于在各个基准站之间进行了长时间的观测，因此，可以获得较高的精度的定位结果，这些高精度的基线向量又可以作为整个GPS网的骨架，具有较强的图形结构，此种布网方式一般常用于一般工程的首级控制网。

2.2同步图形扩展式

多台接收机在不同测站上进行同步观测，在完成一个时段的同步观测后，迁移到其它的测站上进行同步观测，每次同步观测都可以形成一个同步图形，在测量过程中，不同的同步图形间一般有若干个公共点相连，整个GPS网由这些同步图形构成。同步图形扩展式布设GPS控制网具有扩展速度快，图形强度较高等特点。且作业方法简单等优点，故此种GPS控制网形式也是工程控网布设中最常用的一种布网方式。

2.3仪器选择：此两次测量采用的是经检验合格的中海达HD8200四台套件接收机进行测量。布设的控制网等级为GPS E级点，控制点均按国家标准埋设。

3.多基准站式布网应用实例：贵定县铁厂乡峰坡煤矿测量

3.1 测区情况：该矿区位于贵定县铁厂乡，处于贵定县与平塘县的交界位置，面积为5.8平方公里，在勘查区内地势起伏较大，森林覆盖率较高，通视情况较差。该矿区内交通不发达，矿区只有一条乡村公路与外界相连，很多地方只能徒步到达，给测量工作带来了一定的难度。如果用传统的测量方法很难在要求的时间内完成，为了能够圆满完成此次测量任务，节省人力和财力，同时能够达到项目的要求，经过研究决定，采用多基准站式布网，具体作业方式如下：

3.2作业顺序：在测区范围内首选取了FP1和FP3（点名按地名选取）两个控制点与国家高等级控制点GPS C 级点进行了同时段连测，观测时间为2小时。观测成果作为下一步观测的基准点，把控制点坐标引测到矿区范围内。在矿区范围内，以FP1和FP3为基准点，保持不动，在同时段内分别按两个点一组如：FP2、FP4， FP5、FP6……FP11、FP12进行同时段观测，观测时长为1小时。直到观测完整个矿区，外业观测完成后采用中海达软件HDS2003进行数据处理软件对数据进行处理。精度分析结果如下：

在本次测量中，平面位置点位中误差和高程中误差在最弱点FP5号点上，其值分别为0.0098m、0.0091m，精度较高点为FP1点，其值分别为0.0024m、0.0021m；国家标准全球定位系统（GPS）测量规范 GB/T 18314-2009为0.010m，测量精度完全符合GPS E级网精度要求，测量成果真实可靠，可以放心使用。

4.同步图形扩展式布网应用实例： 瓮福磷矿延伸开采技改拟扩界范围1/2000地形图测绘

4.1测区情况：该矿区位于福泉市英坪村，面积21.9平方公里，是贵州省瓮福磷矿的延伸开采技改矿区，测区位于福泉市牛场镇S205省道旁侧，生活区至矿区有矿山专用公路和县道相通，由于矿区经过多年的开采，矿区有很多矿山公路相连，每一个地方都容易到达，交通极为方便。但测区内部分地区房屋密集，高差较大，地物繁多，灌木林较大，露天开采对原始地貌破坏较大等因素，给测量工作带来了一定的难度。如果用传统的测量方法很难在要求的时间内完成，为了能够圆满完成此次测量任务，为了节省人力和财力，同时为了能够达到项目的要求，经过研究决定，采用同步图形扩展式具体操作方法如下

4.2 作业顺序： 在测区范围内首先选取了GPS1和GPS2两个点与国家高等级控制点H059和H061进行了同时段连测，观测时间为2小时。把控制点坐标引测到矿区范围内。在矿区范围内，以GPS1和GPS2为基准点，在同时段观测GPS3和GPS4，观测时长为1小时。观测完成之后保持GPS3和GPS4点上的两台机子不动，移动GPS1和GPS两个点上的接收机到GPS5和GPS6上来，同样进行1小时观测，以此类推，只到完成整个矿区12个点的外业观测工作。外业观测完成后采用软件HDS2003进行数据处理软件对数据进行处理，精度分析结果如下：

本次测量中，最弱点为GPS 2号点，其平面位置中误差、高程中误差为分别为0.0043、0.0037，精度最好的点为GPS6、7号点，其平面位置中误差、高程中误差为分别为0.0022m、 0.0018m，国家标准全球定位系统（GPS）测量规范 GB/T 18314-2009为0.010m，测量精度完全符合GPS E级网精度要求，测量成果真实可靠，可以放心使用。

5.结论

通过实践证明，以上两种GPS静态控制测量作业方式的精度都能达到GPS E级网的精度要求，同时在数据处理的过程中发现，在数据删除率、同步环闭合差、异步环闭合差、相邻点相对中误差、点位中误差等方面，同步图形扩展式布网要比多基准站式布网方式要低一些，在精度分布方面要更稳定，更均匀、更有规律性。在实际的工作中，不盲目追求高精度，根据实际情况，选择合适的布网形式，不仅能满足用户要求，同时能够有效地减少经费、时间、和人力的消耗。达到既满足用户需要，又快速经济的目的。

参考文献：

[1]张序《测量学》[M]福建：东南大学出版社 2007

[2] 刘大杰 全球定位系统（GPS）的原理与数据处理[M]上海：同济大学出版社，2007

[3] 全球定位系统（GPS）测量规范[S]（GB/T 18314-2009）中华人民共和国国家标准 凤凰出版社 2009

[4]孔祥元，梅是义等.《控制测量学》[M]，武汉大学出版社，2006