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摘要：GPS全球定位系统是随着现代科学技术的迅速发展而建立起来的新一代精密卫星定位系统, GPS静态定位在测量中主要用于建立各种类型和等级的控制网,在这些方面,GPS技术已基本上取代了常规的测量方法,成为了主要手段。本文将以山南新区实习基地GPS静态测量为例阐述GPS控制测量实际工作中关于外业观测和内业数据处理方面的一些体会。
关键词：GPS定位系统；静态测量；控制测量
Abstract: the global positioning system (GPS) is along with the rapid development of modern science and technology and set up a new generation of precision positioning system, GPS positioning in the measurement of the static mainly used to establish various types and levels of control network, in these aspects, GPS technology has basically replace the conventional method of measurement, become the main means. This paper will take the new practice base in shannan GPS the static measurement for example expounds GPS control survey in the actual work on the field observation and data processing in the industry to some experience.
Keywords: GPS positioning system; The static measurement; Control measure
中图分类号：P221 文献标识码：A 文章编号：
1 GPS静态测量概述
1.1 GPS静态测量原理
GPS静态测量是利用测量型GPS接收机进行定位测量的一种。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、建立长距离检校基线、进行岛屿与大陆联测、钻井定位及精密工程控制网建立等。进行GPS静态测量时，认为GPS接收机的天线在整个观测过程中的位置是静止，在数据处理时，将接收机天线的位置作为一个不随时间的改变而改变的量，通过接收到的卫星数据的变化来求得待定点的坐标。在测量中GPS静态测量的具体观测模式是采用两台（或两台以上）接受设备，分别安置在一条或数条基线的两个端点，同步观测4颗以上卫星，每时段长45min至2h或更多。基线的定位精度可达 ,D为基线长度（km）。测量时，所有已观测基线应组成一系列封闭图形，有助于进一步提高定位精度。
1.2 GPS测量的优点
1.测站间不需要通视
这是 GPS 定位的最大优点, 既要保持良好的通视条件, 又要保障测量控制网的良好图形是传统测量技术难以解决的矛盾。而 GPS 测量由于不要求测站之间相互通视, 因此使点位的选择变得十分灵活, 而且保证控制网有良好的图形。
2. 定位精度高
短距离(15km以内)精度可达毫米级, 中、长距离(几十公里甚至几百公里)相对精度可达到 。
3.全天候作业
GPS 卫星数目多, 且分布均匀, 可保证在任何时间、任何地点连续进行观测, 保障了连续的三维定位,一般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, 在外业观测中只需对中、整平、量取天线高及开机后设置参数, 其他工作仪器自动完成,工作效率高。
5. 观测时间短
随着 GP S 测量技术的不断完善,静态相对测量仅需30 min左右。而动态GPS定位仅需数秒钟即可达到厘米级甚至毫米级的精度。
6. 提供三维坐标
GPS 测量可同时精确测定测站点的三维坐标。
2实例分析
以山南新区实习基地GPS静态测量为例, 简述GPS静态控制测量和数据处理的原理及应用。
2.1测区背景介绍
山南新区简介：2004年6月，经国务院批准原长丰县的7个乡镇划归淮南市管辖，同年7月，山南新城区正式纳入淮南城市规划体系。山南新区规划面积98平方公里，规划协调面积220平方公里，规划建设用地60多平方公里，规划人口60万人。山南新区背靠舜耕山，西邻瓦埠湖，东邻高塘湖，区位优越，交通便利。
2.2外业观测
观测工作是GPS测量的主要外业工作，平面连接测量采用检验合格的5台GPS 接受机采用静态相对定位模式进行，整个GPS网按照《GPS规范》中E级网标准进行。这5台GPS接收机是：中海达双频接收机，接收机的数量和精度均满足E级GPS测量的要求。观测网是由两个基准点（CAUST、D014）和山南新区（共十三个点）组成的GPS观测网。
2.2.1选点
选点时应考虑
①每点最好与某一点通视，以便后续测量工作的使用；
②点周围高度角15°以上不要有障碍物，以免信号被遮挡或吸收；
③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；
④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；
⑤选点结束后，按要求填写点之记；
此次山南新区的点位均位于道路中央，各测站上空间较开阔，并且点位周围200m范围内无大功率无线电发射设施、高压输电线，这就减少了各种电磁波对GPS卫星信号的干扰，点位周围没有对电磁波信号反射强烈的地形、地物。
2.2.2观测
布设好监测网后，采用上述5台GPS接收机，在已选好的观测点上安置好中海达GPS接收机, 对中、整平、量取天线高( 观测时接收机天线相位中心至测站中心标志面的高度) 两个方向量取的差值不得超过 3 mm , 开机测量, 采样间隔设置为 5 s,卫星截止高度角设置为10 , 卫星状态达到采集要求时4台接收机便开始同步记录观测数据。这时将点名、天线高、开机时间、观测时段记录到观测手簿。本次观测分为5个时段。
2.3观测数据的处理
此次观测所使用的数据处理软件是中海达随机软件HDS2003，静态相对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、粗加工。具体的数据处理过程如图一所示。
图一 数据处理过程
数据平差处理( 见表 1) 后进行精度分析, 对外业观测成果质量做检核, 这样可以及时发现不合格成果并采取相应措施从而达到 预期的平差精 度要求。本次对山南GPS 外业观测成果检核的平均方差( rms) 最大值为 0.0039m(见表 2) , 点位精度符合精度要求, 这有力地证明了 GPS 测量的高精度优点。
表一 最终平面距离平差值
表二 最终坐标平差值
3 讨论与分析
传统的测量技术已无法满足现代信息社会高效、便捷的要求。例如在较大地域范围的测量，若利用传统的全站仪施测需要测许多转折点，既耗时而误差又大，若用GPS测量只需如上述实验所述采集一定时段的卫星信号数据而后经过强大的 GP S 数据处理软件处理, 便可得到高精度的测量数据, 较传统方法高效、便捷。在许多应用领域中 GPS 测量技术的这些优点成为技术保障, 特别是 GP S 和 GIS、RS的综合应用在国土监测方面发挥重要作用, 利用这些技术可以准确、高效地获得土地资源调查数据、地籍测量数据等, 为土地统计、土地利用动态监测提供有力的基础资料, 对保护耕地具有重要作用 。
GPS测量也会产生一些误差，这些误差主要来源于GPS卫星、卫星信号的传播过程和地面接收设备。在高精度的GPS测量中，还应注意到与地球整体运动有关的地球潮汐、负荷潮及相对论效应等的影响。其中由于外部原因或接收机质量问题产生的周跳会严重影响观测值的精度，处理数据时，大于十周的周跳容易消除；小于10周的周跳不易消除，为此可以利用软件中高阶差数学算法来放大周跳，进而探测和修复周跳。正确处理周跳是提高GPS测量的关键，因此要达到厘米级的GPS测量结果必须清除观测数据中的全部周跳。上述各项误差对测距的影响可达数十米，有时甚至可超过百米，比观测噪声大几个数量级。因此必须加以消除和削弱。消除或削弱这些误差所造成的影响的方法主要有： （1）建立误差改正模型，采用模型对观测值进行修正. （2）求差法，通过观测值间一定方式的相互求差，消去或消弱求差观测值中所包含的相同或相似的误差影响。（3）参数法，采用参数估计的方法，将系统性偏差求定出来。（4）回避法，选择合适的观测地点，避开易产生误差的环境；采用特殊的观测方法；采用特殊的硬件设备，消除或减弱误差的影响。此外, 已知起算点坐标精度也会影响 GPS 测量精度, 在实际的工程测量中一定要有高精度的起算点坐标。对于精密工程控制网要选择性能较好的专业解算软件, 这样才能保证测量精度。
4 结语
GPS测量技术以全天候、高精度、自动化、高效益等显著特点，赢得了广大测绘者的信赖，并成功地应用于大地测量、工程测量、航空摄影测量、运载工具导航和管制、地壳运动监测、工程变形监测、资源勘察、地球动力学等多种学科，从而给测绘领域带来一场深刻的技术革命。
参考文献
[1]赵春城. GPS 快速静态测量技术在陆地测量中的应用[J].中国水运,2007,7（8）:175-176.
[2] 孟庆森,陶琳,李继秀等. GPS快速静态法在地质工程测量中的应用研究[J].吉林地质.2009,28(2):106-109.
[2]徐绍铨,张华海,杨志强等.GPS测量原理及应用.武汉大学出版社.2008.
注：文章内所有公式及圖表请用PDF形式查看。
关键词：GPS定位系统；静态测量；控制测量
Abstract: the global positioning system (GPS) is along with the rapid development of modern science and technology and set up a new generation of precision positioning system, GPS positioning in the measurement of the static mainly used to establish various types and levels of control network, in these aspects, GPS technology has basically replace the conventional method of measurement, become the main means. This paper will take the new practice base in shannan GPS the static measurement for example expounds GPS control survey in the actual work on the field observation and data processing in the industry to some experience.
Keywords: GPS positioning system; The static measurement; Control measure
中图分类号：P221 文献标识码：A 文章编号：
1 GPS静态测量概述
1.1 GPS静态测量原理
GPS静态测量是利用测量型GPS接收机进行定位测量的一种。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、建立长距离检校基线、进行岛屿与大陆联测、钻井定位及精密工程控制网建立等。进行GPS静态测量时，认为GPS接收机的天线在整个观测过程中的位置是静止，在数据处理时，将接收机天线的位置作为一个不随时间的改变而改变的量，通过接收到的卫星数据的变化来求得待定点的坐标。在测量中GPS静态测量的具体观测模式是采用两台（或两台以上）接受设备，分别安置在一条或数条基线的两个端点，同步观测4颗以上卫星，每时段长45min至2h或更多。基线的定位精度可达 ,D为基线长度（km）。测量时，所有已观测基线应组成一系列封闭图形，有助于进一步提高定位精度。
1.2 GPS测量的优点
1.测站间不需要通视
这是 GPS 定位的最大优点, 既要保持良好的通视条件, 又要保障测量控制网的良好图形是传统测量技术难以解决的矛盾。而 GPS 测量由于不要求测站之间相互通视, 因此使点位的选择变得十分灵活, 而且保证控制网有良好的图形。
2. 定位精度高
短距离(15km以内)精度可达毫米级, 中、长距离(几十公里甚至几百公里)相对精度可达到 。
3.全天候作业
GPS 卫星数目多, 且分布均匀, 可保证在任何时间、任何地点连续进行观测, 保障了连续的三维定位,一般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, 在外业观测中只需对中、整平、量取天线高及开机后设置参数, 其他工作仪器自动完成,工作效率高。
5. 观测时间短
随着 GP S 测量技术的不断完善,静态相对测量仅需30 min左右。而动态GPS定位仅需数秒钟即可达到厘米级甚至毫米级的精度。
6. 提供三维坐标
GPS 测量可同时精确测定测站点的三维坐标。
2实例分析
以山南新区实习基地GPS静态测量为例, 简述GPS静态控制测量和数据处理的原理及应用。
2.1测区背景介绍
山南新区简介：2004年6月，经国务院批准原长丰县的7个乡镇划归淮南市管辖，同年7月，山南新城区正式纳入淮南城市规划体系。山南新区规划面积98平方公里，规划协调面积220平方公里，规划建设用地60多平方公里，规划人口60万人。山南新区背靠舜耕山，西邻瓦埠湖，东邻高塘湖，区位优越，交通便利。
2.2外业观测
观测工作是GPS测量的主要外业工作，平面连接测量采用检验合格的5台GPS 接受机采用静态相对定位模式进行，整个GPS网按照《GPS规范》中E级网标准进行。这5台GPS接收机是：中海达双频接收机，接收机的数量和精度均满足E级GPS测量的要求。观测网是由两个基准点（CAUST、D014）和山南新区（共十三个点）组成的GPS观测网。
2.2.1选点
选点时应考虑
①每点最好与某一点通视，以便后续测量工作的使用；
②点周围高度角15°以上不要有障碍物，以免信号被遮挡或吸收；
③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；
④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；
⑤选点结束后，按要求填写点之记；
此次山南新区的点位均位于道路中央，各测站上空间较开阔，并且点位周围200m范围内无大功率无线电发射设施、高压输电线，这就减少了各种电磁波对GPS卫星信号的干扰，点位周围没有对电磁波信号反射强烈的地形、地物。
2.2.2观测
布设好监测网后，采用上述5台GPS接收机，在已选好的观测点上安置好中海达GPS接收机, 对中、整平、量取天线高( 观测时接收机天线相位中心至测站中心标志面的高度) 两个方向量取的差值不得超过 3 mm , 开机测量, 采样间隔设置为 5 s,卫星截止高度角设置为10 , 卫星状态达到采集要求时4台接收机便开始同步记录观测数据。这时将点名、天线高、开机时间、观测时段记录到观测手簿。本次观测分为5个时段。
2.3观测数据的处理
此次观测所使用的数据处理软件是中海达随机软件HDS2003，静态相对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、粗加工。具体的数据处理过程如图一所示。
图一 数据处理过程
数据平差处理( 见表 1) 后进行精度分析, 对外业观测成果质量做检核, 这样可以及时发现不合格成果并采取相应措施从而达到 预期的平差精 度要求。本次对山南GPS 外业观测成果检核的平均方差( rms) 最大值为 0.0039m(见表 2) , 点位精度符合精度要求, 这有力地证明了 GPS 测量的高精度优点。
表一 最终平面距离平差值
表二 最终坐标平差值
3 讨论与分析
传统的测量技术已无法满足现代信息社会高效、便捷的要求。例如在较大地域范围的测量，若利用传统的全站仪施测需要测许多转折点，既耗时而误差又大，若用GPS测量只需如上述实验所述采集一定时段的卫星信号数据而后经过强大的 GP S 数据处理软件处理, 便可得到高精度的测量数据, 较传统方法高效、便捷。在许多应用领域中 GPS 测量技术的这些优点成为技术保障, 特别是 GP S 和 GIS、RS的综合应用在国土监测方面发挥重要作用, 利用这些技术可以准确、高效地获得土地资源调查数据、地籍测量数据等, 为土地统计、土地利用动态监测提供有力的基础资料, 对保护耕地具有重要作用 。
GPS测量也会产生一些误差，这些误差主要来源于GPS卫星、卫星信号的传播过程和地面接收设备。在高精度的GPS测量中，还应注意到与地球整体运动有关的地球潮汐、负荷潮及相对论效应等的影响。其中由于外部原因或接收机质量问题产生的周跳会严重影响观测值的精度，处理数据时，大于十周的周跳容易消除；小于10周的周跳不易消除，为此可以利用软件中高阶差数学算法来放大周跳，进而探测和修复周跳。正确处理周跳是提高GPS测量的关键，因此要达到厘米级的GPS测量结果必须清除观测数据中的全部周跳。上述各项误差对测距的影响可达数十米，有时甚至可超过百米，比观测噪声大几个数量级。因此必须加以消除和削弱。消除或削弱这些误差所造成的影响的方法主要有： （1）建立误差改正模型，采用模型对观测值进行修正. （2）求差法，通过观测值间一定方式的相互求差，消去或消弱求差观测值中所包含的相同或相似的误差影响。（3）参数法，采用参数估计的方法，将系统性偏差求定出来。（4）回避法，选择合适的观测地点，避开易产生误差的环境；采用特殊的观测方法；采用特殊的硬件设备，消除或减弱误差的影响。此外, 已知起算点坐标精度也会影响 GPS 测量精度, 在实际的工程测量中一定要有高精度的起算点坐标。对于精密工程控制网要选择性能较好的专业解算软件, 这样才能保证测量精度。
4 结语
GPS测量技术以全天候、高精度、自动化、高效益等显著特点，赢得了广大测绘者的信赖，并成功地应用于大地测量、工程测量、航空摄影测量、运载工具导航和管制、地壳运动监测、工程变形监测、资源勘察、地球动力学等多种学科，从而给测绘领域带来一场深刻的技术革命。
参考文献
[1]赵春城. GPS 快速静态测量技术在陆地测量中的应用[J].中国水运,2007,7（8）:175-176.
[2] 孟庆森,陶琳,李继秀等. GPS快速静态法在地质工程测量中的应用研究[J].吉林地质.2009,28(2):106-109.
[2]徐绍铨,张华海,杨志强等.GPS测量原理及应用.武汉大学出版社.2008.
注：文章内所有公式及圖表请用PDF形式查看。