淺析兩種常用靜態(tài)GPS控制網作業(yè)方式優(yōu)化

羅紹波 王文化 葛正枝

【摘 要】隨著現代科學技術的迅速發(fā)展，在當代，GPS全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)已經廣范應用于測量的各個方面。在控制測量方向上，靜態(tài)GPS控制測量取代了常規(guī)的測量方法，成為主要手段。主要用于建立各種類型和等級的控制網。其作業(yè)方式有很多種，本文通過介紹兩種常用的方法在兩個工程實例中的實際應用來闡述如何根據實際情況選用合適的作業(yè)方式，從而達到既滿足用戶需要，又快速經濟的目的。

【關鍵詞】GPS定位系統(tǒng)；控制測量；精度

1.GPS靜態(tài)測量概述

1.1 GPS靜態(tài)測量原理

GPS靜態(tài)測量原理是以衛(wèi)星至觀測站之間的偽距為觀測量，采用兩臺（或兩臺以上）測量型GPS衛(wèi)星接受設備，分別安置在一條或數條基線的兩個端點，基線的定位精度可達厘米級，同步觀測至少4顆以上衛(wèi)星，根據已知衛(wèi)星的瞬時坐標來確定觀測站的坐標位置的定位測量。通過數據處理軟件來計算觀測站的坐標值。觀測采集數據的時段長一般在45min至2h或更多。主要用于建立全球性或國家級大地控制網，建立地殼運動監(jiān)測網、變形監(jiān)測控制網、鉆井定位及精密工程控制網建立等。在測量時，所有的觀測基線一般組成一系列封閉圖形，這樣能有助于進一步提高定位精度。

1.2 GPS測量的優(yōu)點

GPS 靜態(tài)定位測量與傳統(tǒng)的測量方法相比，優(yōu)點是：①測站間不需要通視，能保障測量控制網有良好圖形，點位的選擇十分靈活。②定位精度高，觀測時間短，隨著 GPS 測量技術的不斷完善，靜態(tài)相對測量僅需30 min左右。③全天候作業(yè)，作業(yè)過程基本不受天氣狀況的影響。④操作簡便，GPS 接收機自動化程度極高，工作效率高。

1.3外業(yè)觀測

GPS測量的外業(yè)工作，主要包括踏勘選點，埋石、架設儀器、觀測等工作。在選點時應考慮每點最好與某一點通視，以便后續(xù)測量工作的使用，周圍高度角15°以上不要有障礙物，以免信號被遮擋或吸收，點位要遠離大功率無線電發(fā)射源、高壓電線等，以免電磁場對信號的干擾，點位應選在視野開闊、交通方便、有利擴展、易于保存的地方，以便觀測和日后使用，在選點結束后，按要求填寫點之記。準備工作做好之后，在觀測點上架設儀器，對中、整平、量取天線高及開機后設置參數，然后讓儀器自動按時段采集數據。

1.4內業(yè)數據處理

此兩次觀測所使用的數據處理軟件是中海達HD8200隨機自帶軟件HDS2003，靜態(tài)測量數據處理基本步驟有粗加工、預處理、基線解算、GPS網與地面網的聯合網平差處理、坐標轉換、高程轉換等步驟。

2.靜態(tài)控制測量常用的兩種經典作業(yè)方式

2.1多基準站式布網

用兩臺或兩臺以上接收機在一段時間里長期固定在某幾個點上進行長時間的觀測，這些測站也稱為基準站，在基準站進行觀測的同時，另外一些接收機則在基準站周圍相互之間進行同步觀測。用多基準站式所布設的GPS控制網，由于在各個基準站之間進行了長時間的觀測，因此，可以獲得較高的精度的定位結果，這些高精度的基線向量又可以作為整個GPS網的骨架，具有較強的圖形結構，此種布網方式一般常用于一般工程的首級控制網。

2.2同步圖形擴展式

多臺接收機在不同測站上進行同步觀測，在完成一個時段的同步觀測后，遷移到其它的測站上進行同步觀測，每次同步觀測都可以形成一個同步圖形，在測量過程中，不同的同步圖形間一般有若干個公共點相連，整個GPS網由這些同步圖形構成。同步圖形擴展式布設GPS控制網具有擴展速度快，圖形強度較高等特點。且作業(yè)方法簡單等優(yōu)點，故此種GPS控制網形式也是工程控網布設中最常用的一種布網方式。

2.3儀器選擇：此兩次測量采用的是經檢驗合格的中海達HD8200四臺套件接收機進行測量。布設的控制網等級為GPS E級點，控制點均按國家標準埋設。

3.多基準站式布網應用實例：貴定縣鐵廠鄉(xiāng)峰坡煤礦測量

3.1 測區(qū)情況：該礦區(qū)位于貴定縣鐵廠鄉(xiāng)，處于貴定縣與平塘縣的交界位置，面積為5.8平方公里，在勘查區(qū)內地勢起伏較大，森林覆蓋率較高，通視情況較差。該礦區(qū)內交通不發(fā)達，礦區(qū)只有一條鄉(xiāng)村公路與外界相連，很多地方只能徒步到達，給測量工作帶來了一定的難度。如果用傳統(tǒng)的測量方法很難在要求的時間內完成，為了能夠圓滿完成此次測量任務，節(jié)省人力和財力，同時能夠達到項目的要求，經過研究決定，采用多基準站式布網，具體作業(yè)方式如下：

3.2作業(yè)順序：在測區(qū)范圍內首選取了FP1和FP3（點名按地名選取）兩個控制點與國家高等級控制點GPS C 級點進行了同時段連測，觀測時間為2小時。觀測成果作為下一步觀測的基準點，把控制點坐標引測到礦區(qū)范圍內。在礦區(qū)范圍內，以FP1和FP3為基準點，保持不動，在同時段內分別按兩個點一組如：FP2、FP4， FP5、FP6……FP11、FP12進行同時段觀測，觀測時長為1小時。直到觀測完整個礦區(qū)，外業(yè)觀測完成后采用中海達軟件HDS2003進行數據處理軟件對數據進行處理。精度分析結果如下：

在本次測量中，平面位置點位中誤差和高程中誤差在最弱點FP5號點上，其值分別為0.0098m、0.0091m，精度較高點為FP1點，其值分別為0.0024m、0.0021m；國家標準全球定位系統(tǒng)（GPS）測量規(guī)范 GB/T 18314-2009為0.010m，測量精度完全符合GPS E級網精度要求，測量成果真實可靠，可以放心使用。

4.同步圖形擴展式布網應用實例： 甕福磷礦延伸開采技改擬擴界范圍1/2000地形圖測繪

4.1測區(qū)情況：該礦區(qū)位于福泉市英坪村，面積21.9平方公里，是貴州省甕福磷礦的延伸開采技改礦區(qū)，測區(qū)位于福泉市牛場鎮(zhèn)S205省道旁側，生活區(qū)至礦區(qū)有礦山專用公路和縣道相通，由于礦區(qū)經過多年的開采，礦區(qū)有很多礦山公路相連，每一個地方都容易到達，交通極為方便。但測區(qū)內部分地區(qū)房屋密集，高差較大，地物繁多，灌木林較大，露天開采對原始地貌破壞較大等因素，給測量工作帶來了一定的難度。如果用傳統(tǒng)的測量方法很難在要求的時間內完成，為了能夠圓滿完成此次測量任務，為了節(jié)省人力和財力，同時為了能夠達到項目的要求，經過研究決定，采用同步圖形擴展式具體操作方法如下

4.2 作業(yè)順序： 在測區(qū)范圍內首先選取了GPS1和GPS2兩個點與國家高等級控制點H059和H061進行了同時段連測，觀測時間為2小時。把控制點坐標引測到礦區(qū)范圍內。在礦區(qū)范圍內，以GPS1和GPS2為基準點，在同時段觀測GPS3和GPS4，觀測時長為1小時。觀測完成之后保持GPS3和GPS4點上的兩臺機子不動，移動GPS1和GPS兩個點上的接收機到GPS5和GPS6上來，同樣進行1小時觀測，以此類推，只到完成整個礦區(qū)12個點的外業(yè)觀測工作。外業(yè)觀測完成后采用軟件HDS2003進行數據處理軟件對數據進行處理，精度分析結果如下：

本次測量中，最弱點為GPS 2號點，其平面位置中誤差、高程中誤差為分別為0.0043、0.0037，精度最好的點為GPS6、7號點，其平面位置中誤差、高程中誤差為分別為0.0022m、 0.0018m，國家標準全球定位系統(tǒng)（GPS）測量規(guī)范 GB/T 18314-2009為0.010m，測量精度完全符合GPS E級網精度要求，測量成果真實可靠，可以放心使用。

5.結論

通過實踐證明，以上兩種GPS靜態(tài)控制測量作業(yè)方式的精度都能達到GPS E級網的精度要求，同時在數據處理的過程中發(fā)現，在數據刪除率、同步環(huán)閉合差、異步環(huán)閉合差、相鄰點相對中誤差、點位中誤差等方面，同步圖形擴展式布網要比多基準站式布網方式要低一些，在精度分布方面要更穩(wěn)定，更均勻、更有規(guī)律性。在實際的工作中，不盲目追求高精度，根據實際情況，選擇合適的布網形式，不僅能滿足用戶要求，同時能夠有效地減少經費、時間、和人力的消耗。達到既滿足用戶需要，又快速經濟的目的。

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