摘要：随着GPS测量设备以及测量理论的逐步成熟，GPS测量技术的应用水平正逐步提升，主要体现在GPS测量功能的逐步完善、GPS测量面的逐步扩展、GPS测量设备既低廉又好用，因此GPS测量的自动化以及实用化程度越来越高。文章结合实际工程对GPS测量技术的应用进行分析探讨。
关键词：GPS测量；基线；计算
引言
GPS定位技术具有精准度高、自动化程度高、潜力大的特点，因此倍受各国测量工作者的青睐。研制初期，GPS定位仅具备静态相对定位的作业模式，即待定点安装≥2台的GPS接收机，如此对某组卫星进行≥1~2h 的连续同步观测，随后再对观测数据进行后处理，并获取待定点间的基线向量。实践表明，若采用广播星历，那么静态定位所获取的基线解精度可达5mm（双频）/10mm（单频）+2*10-6D。随着研究的深入，快速静态定位逐步成为短基线测量作业的新突破，使GPS测量的效率大大提高。实践表明，在＜10km 的短边范围内，两组GPS测量系统（双频）对4~5颗卫星正常接收5min 所获取的基线解精度可达5~10mm+1*10-6D，而此数据能够与静态定位≥1~2h 的结果相媲美。鉴于此，GPS全站仪（RTK 或者RTK GPS）应运而生。与常规测量技术相比，GPS测量技术具有下列特点：测站间无需通视；定位精度高；观测时间短；提供三维坐标；操作简便；全天候作业等。
1.工程案例分析
广东某三等GPS网共有40点，其中有8个二等GPS点作为起算点，设计了24个时段，平均重复设站率为2.4（应≥2.0）。GPS网形布置如 图1。
2.外业测量
外业测量采用了四台瑞士生产的双频Leica vivaGS15 GPS接收机,静态标称精度为3mm+0.5ppm。《工程测量规范》GB 50026-2007 规定，三等GPS测量一个时段的长度是20～60分钟，本次时段长度一般取50分钟。本次为了试验研究，将1～9时段的1号机的时段长度随机取为14～51分钟，其他机子的时段长度仍为50 分钟。1号机各时段的有效观测时间见表1。
表1、1号机各时段长度统计表
3.基线向量解算
基线向量的解算采用GPS接收机附带的解算软件Leica Geo Office 7.0.1.0 完成。通常采用的是双差固定解，解算的基线向量是否合格，主要以三项指标来考核，即：复测基线长度较差最大值是否小于规范允许的限差；每个时段观测的同步环坐标分量相对闭合差、环线全长相对闭合差是否在规范允许的限差内；异步环坐标分量闭合差、全长闭合差是否在规范允许的限差内。对于超限的基线需剔除或重新解算。
一次性将1～9时段观测数据全部导入项目中，各时段的卫星信号情况见图3。
在基线处理时发现，在解算第一个时段（1时段）时就出现了基线网形跑位，并且出现了点位重叠的现象，见 图4。经过检查，1时段解算没有问题，卫星信号、同步环闭合差、残差均合格。后来依次成功解算出2、3、4、5、9、8、6时段，均无法解决上述图形跑位和点位错位重叠问题。在解算最后一个时段7 时段时，发现只能解算出5条基线，并出现明显跑位网形。很明显，问题出在7 时段，但删除7时段所有数据后，并不能解决上述跑位问题。后来全部重来，删除全部数据，重新导入除7时段外的其他8个时段的观测数据，8个时段最终全部解算成功。
剩余的15个时段，将其中边长较短的4个时段长度调整为40分钟，其余时段长度仍为50分钟。最终24个时段的144条基线全部都解算合格，共有16条重复基线，最大重复基线较差为5mm，同步环闭合差、异步环闭合差、重复基线较差等各项精度统计均优于规范要求。
4.三维无约束平差计算
三维无约束平差是在WGS84坐标系下，以控制网所在区域的中央子午线和某一点为固定点作依据，取用所有计算合格的基线进行的无约束平差。三维无约束解算的结果是否合格，主要以基线向量改正数、点位误差、点间相对中误差等三项指标来考核。
本GPS网最后舍去一条重复基线，取用了143条基线参与三维网平差。
平差结果：F-检验值为0.20（临界值0.96）；约束平差后最弱边相对中误差为1/10.4万（允许1/7万）。
其中59条基线的残差在0mm~3mm区间，比例42%；72条基线残差在3.1mm~6mm 区间，比例为50%；12条基线残差在6.1mm~9.2mm区间，比例为8%。可见，本次三等GPS测量内精度良好。
5.二维约束平差计算
主要是取用三维无约束平差检验合格后的所有基线，根据采用的起算基准点进行GPS网的缩放、平移、旋转等约束平差。平差解算的结果是否合格，主要以两项指标来考核，即：三维无约束平差与二维约束平差中同名基线改正数较差是否在规范允许的范围内；点间相对中误差是否满足规范要求。
6.结束语
经过本次GPS测量实践，总结几点如下：①三等GPS网时段长度大于22分钟的数据都能成功解算出来，且观测时间在信号较差的时候；时长14分钟的不能解算；全网整体精度合格。这验证了工程测量规范以20分钟为时长下限是合适的，单纯依靠延长观测时间不能明显提高网的可靠性，增加观测期数是提高网的可靠性的最佳方法，在GPS测量项目中应根据项目实际情况合理、灵活的设计时段长度。②静态观测时段长度过短的观测数据（比如三等GPS时段长度小于20分钟的）不宜导入分配，宜直接剔除。③严格按照规范要求合理布设GPS点位，保证卫星信号接收良好，注意基线边长的均匀性，会使GPS测量的外业观测和内业解算更为顺利。
参考文献
[1]常莉玲.GPS在城市测绘中的应用[J].铁路工程造价管理，2007(05).
[2]任幼萍.全球定位系统在工程测量中的应用研究[J].中国新技术新产品，2009(16).
[3]张跃雷.GPS在工程测量中的应用[J].太原科技，2007(05).
[4]李召,佘冬芝.GPS技术在地形控制测量中的应用探讨[J].中州煤炭,2010(03).
[5]潘文琴,周德标.GPS技术在工程测量中的作用[J].中国新技术新产品,2010(11).
论文作者:卢静维
论文发表刊物:《基层建设》2016年27期
论文发表时间:2017/1/6
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