GPS静态测量在控制测量中的应用分析

袁霆

（天津华北地质勘查总院，天津 300000）

1 GPS静态测量概述

GPS静态测量是一种利用测量型GPS接收机与定位卫星进行定位测量的测量方法。GPS静态测量过程中，认为GPS接收机的天线在整个观测过程中是静止的，因此，在进行处理数据时，天线的位置可以认为是一个不会改变的量，从而可以通过求卫星数据的变化来获得待定点的坐标值。这种测量方法常用于建立长距离的检校基线、地壳运动检测网、大陆和岛屿联测工作，具有广泛的应用价值。此外，GPS静态测量还具有测站间不需要通视、定位精确度高、全天候、操作简便等优势，并在军事、国防、交通等领域发挥重要作用。

2 具体应用分析

本文的应用分析以某地GPS静态测量为例，选择目标位置点，并进行点位置信息的提取，从而就GPS静态测量在控制测量中的具体应用分析进行论述。

2.1 外业选点与观测

选点与观测是GPS静态测量的主要外业工作，也是整个实验过程中的基础。此项工作的主要原理是：平面连接测量采用5台已经经过检测合格并达到相应的测量标准的中海达双频GPS接收机，接收机的数量和精度都应该满足测量要求。测量过程中，接收机运用静态相对定位模式，整个GPS网根据《GPS规范》中E级网标准进行，以确保整体GPS准则的规范性。观测网是由两个基准点和目标地区组成的GPS观测网。

（1）选点。选点的原则：①点的位置选择要在视野开阔，空间延展性好的地区，以便于观察，并选择不易破坏的位置，有利于日后的观测与记录；②点要选择在远离大功率无线电设备，高压设备的区域，由此避免电磁场对信号的干扰，避免由此产生的测量数据的误差；③每一点的选择尽量与某一点通视，以方便后续工作的有效进行；④点的周围高度角15°以上尽量避免障碍物的存在，防止信号被遮挡或吸收，保障信号的稳固性，减少由此带来的测量误差；⑤结束选点后，按照测量要求对点的位置、周围环境等信息进行详细记录；此次应用分析的目标点则选在视野开阔的道路中央，并且在点位置周围200m区域没有无线电发射装置，高压输电线等可能会对信号产生干扰的设备，同时，点的周围也避免了能对电磁波信号进行强烈反射的地形与地物。点的位置确定后，在目标位置设置相应的仪器设备，并由专业的测量技术人员进行测量。通常情况下，测量工作两人一组，一人负责测量，一人负责记录数据。

（2）观测。设置完监测网络后，将上述提及的GPS接收机投入应用，采用上述选择的5台中海达双频GPS接收机，在已经确定的观察位置安置好这几台GPS接收机，并进行事前准备工作：对中、整平、量取天线高度（观测时接收机天线相位中心至测站中心标志面的高度），两个方向量之间的差距需要≤3mm，开机进行正式测量工作，并将采样间隔设置为5s，卫星截止高度角设置为10，卫星状态达到记录要求时5台接收机便开始同步记录观测数据。本次测量实验过程的观测共分为几个时段，分别是：将点名、天线高、开机时间、观测时间，并将以上数据记录到观测手簿上，以方便后期对实验数据的整理与分析。除此之外，应当注意在观测过程中，投入应用的5台GPS接收机需要同步记录，并对处理过程加以规范，并在最终输出成果。同时，观测也需要分两个时段进行：观测1h后结束第1时段的观测，在比较数据结果没有较大误差后进行第2时段的观测。观测完毕后需要整收仪器。

2.2 观测数据的处理

在结束外业工作阶段，获得所需数据后要对数据进行处理分析，数据处理过程如图1所示。

此次测量实验过程中采用的数据处理软件为中海达随机软件HDS2003，静态相对测量数据处理的基本操作过程分为以下几个步骤：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、粗加工。

图1

在对数据进行平差处理后还要进行相应的精度分析，对外业测量结果进行精度检验。通过此步骤，可以及时发现测量过程中是否存在较大的数据误差，可以及时采取相关办法进行平差处理，使数据精度达到实验要求。本次实验中的误差值较小（如表1），点位精度符合要求，这同时也极好地证明了GPS静态测量的高精度优点。网平差工作结束后可以选择word形式输出平差报告。

表1 最终坐标平差值

2.3 讨论与分析

在此次实验中，实验过程严格遵循控制测量的方法，并采取了与传统测量技术有所区别的GPS静态测量，通过此次实验过程，可以发现，传统的测量技术已经不能满足现代信息社会对于测量结果的要求，如：在较大范围测量时，传统测量方法不仅费时费力，而且测量所得结果数据也无法满足精度要求。所以，在更多的应用领域内，GPS静态测量为工作的简洁、准确、高效提供了技术保证。

尽管如此，GPS静态测量的过程中仍然会产生一些误差，这些误差的主要来源是GPS卫星、卫星信号的传播过程中，地球潮汐等因素造成的，这些客观因素有时可能会严重影响数据的准确性，有时可以部分消除误差，有时则无法避免这些误差。因此，如何正确处理这些误差也是GPS静态测量过程中的关键，我们必须对这些误差进行消除和削弱，来达到对实验数据精度的要求。而消除误差的主要方法有：建立模型法、求差法、参数法、回避法。同时，在实验过程中，采取一些必要的手段同样也可以提高实验数据精度，例如：保证被测物的高精准度测量，保证被测物的高效率测量，保证被测物的全天候测量，保证被测物的短时间测量，保证控制网的合理布置，保证测量地的空旷，保证避免人为失误，保证测量系统的大范围使用。除此之外，在处理实验数据的过程中，采用更加精密的处理软件，也会有利于实验数据精度的提升，有利于保证测量精度。

3 应用前景

为解决传统测量技术的种种弊端，GPS静态测量技术应运而生，这项技术也可以称作是测量技术发展的转折点。GPS静态测量及时很好的适应人们的测量需求，融合了传统布网技术，接收观测点传回的实时数据，并加以处理和分析，获得更加精确的数据结果。在当今时代背景下，GPS静态测量技术在许多领域中起到了积极的作用，在测量、军事、交通等各个方面体现出巨大的价值。可以说，GPS静态测量技术具有无限广阔的应用前景。

4 结语

综上所述，相比于传统测量方法，GPS静态测量能够在较短时间内高效率完成测量工作，在控制测量的过程中具有显著的高测量精确度，数据质量好，全天候测量等优点，换言之，在某些应用领域，GPS静态测量能够替代传统测量方法。此外，GPS静态测量方法对于当今社会科学技术的发展也起着重要的作用，它能够帮助实现多维度、高精度的测量工作，它的应用展现出其在测量方面的优越性，被广泛应用，具有广阔的发展前景。

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