1、GPS 测量技术的若干问题探讨摘要：随着测绘科学技术的发展,传统的测绘技术正在向现代化以立体为特征的测绘科学技术体系转变。整个测绘行业不论从技术上、设备上,还是效率上,都得到不同程度的提高。原来的测绘方法受时间、空间和通视条件的限制性,而 GPS 全球卫星系统利用其独特的优势,达到全天候采集。GPS 的出现给工程测量领域带来了根本性的变革。 关键词：GPS；测量技术；特点；精度中图分类号：O433.1 文献标识码：A 一、GPS 测量技术的特点 1.功能多、用途广 GPS 系统不仅可以用于测量、导航，还可以用于测速、测时。测速的精度可达 0.1M/S，测时的速度可达几十毫微秒。其应用领域不断扩
2、大。 2.定位精度高 大量的实验和工程应用表踢，用载波相位观测量进行静态相对定位，在小于 50KM 的基线上，相对定位精度可达 110210，而在100KM500KM 的基线上可达 10一 10。随着观测技术与数据处理方法的改善，可望在大于 1000KM 的距离上，相对定位精度达到或优于 10 一。在实时动态定位(RTK)和实时差分定位(RTD)方面，定位精度可达到厘米级和分米级，能满足各种工程测量的要求。 3.实时定位 利用全球定位系统进行导航，即可实时确定运动目标的三维位置和速度，可实时保障运动载体沿预定航线运行，亦可选择最佳路线。特别是对军事上动态目标的导航，具有十分重要的意义。 4.观
3、测时间短 目前，利用经典的静态相对定位模式，观测 20KM 以内的基线所需观测时间，对于单频接收机在 1h 左右，对于双频接收机仅需 15min 一20min。采用实时动态定位模式，流动站初始化观测 1min 一 5min 后，并可随时定位，每站观测仅需几秒钟。利用 GPS 技术建立控制网，可缩短观测时间，提高作业效益 5.观测站之间无需通视 经典测量技术需要保持良好的通视条件，又要保障测量控制网的良好图形结构。而 GPS 测量只要求测站 15以上的空间视野开阔，与卫星保持通视即可，并不需要观测站之间相互通视，因而不再需要建造觇标。这一优点即可大大减少测量工作的经费和时间(一般造标费用约占总经
4、费的 30%-50%)。同时，也使选点工作变得非常灵活，完全可以根据工作的需要来确定点位，可通视也使用电位的选择变得更灵活，可省去经典测量中的传算点、过渡点的测量工作。不过也应指出，GPS 测量虽然不要求观测站之间相互通视，但为了方便常规方法联测定需要。在布设 GPS 点时，应该保证至少一个方向通视。 6.操作简便的 GPS 测量的自动化程度很高 对于“智能型”接收机，在观测中测量员的主要任务只是安装并开关仪器、量取天线高、采集环境的气象数据、监视仪器的工作状态，而其他工作，如卫星的捕获、跟踪观测和记录等均由仪器自动完成。结束观测时，仅需关闭电源，收好接机，便完成野外数据采集任务。如果在一个测
5、站上需要做较长时间的连续观测，还可以实行无人值守的数据采集，通过网络或其他通讯方式，将所采集的观测数据传送到数据处理中心，实现全自动化的数据采集与处理。GPS 用户接收机一般重量较轻，体积较小，携带和搬运都很方便。 7.可提供全球统一的三维地心坐标 经典大地测量将平面和高程采用不同方法分别施测。GPS 测量中，在精确测定观测站平面位置的同时，可以精确测量观测站的大地高程。GPS测量的这一特点，不仅为研究大地水准面的形状和确定地面点的高程开辟了新途径，同时也为其在航空物探，航空摄影测量及精密导航中应用，提供了重要的高程数据。GPS 定位是在全球统一的 WGS 一 84 坐标系统中计算的，因此全球
6、不同点的测量成果是相互关联的。 8.全球全天候作业 GPS 卫星较多，且分布均匀，保证了全球地面被连续覆盖，使得在地球上任何地点，任何时候进行项观测工作，通常情况下，除雷雨天气不宜观测，一般不受天气状况的影响。因此，GPS 定位技术的发展是对经典测量技术的一次重大突破。一方面，它是经典的测量理论与方法产生了深刻的变革;另一方面，也进一步加强了测量学与其他学科之间的相互渗透，从而促进了测绘科学技术的现代化发展。 二、提高 GPS 控制测量质量及精度的方法 1.布网方案 GPS 网应根据任务的要求、测区自然状况、交通条件进行设计，既要考虑近期建设的需要，又要考虑城市长远规划的需要及1：500 数字
7、化测图，图根点加密的需要，本着确保测量精度、速度快、费用省的原则布设。 （1）首先根据 GPS 网的等级确定其规范要求的精度和密度。例如GPS 四等平面控制网要求平均边长 2km，边长相对误差限差为 1/4.5 万，故布设四等 GPS 网就要考虑边长在 2km 左右，精度要求：点位中误差绝对值不大于 5cm，各边边长相对精度不低于 1/4.5 万。 （2）布网设计中要考虑旧有控制点（有国家或城市测绘成果资料）及其标石的利用。特别是作为 GPS 网平差的约束点、校核点的利用和在网内的位置是否有利于平差精度的控制，如约束点均匀地分布在四周有利于精度的控制。 （3）布网应从起算点开始，以边连、点连混
8、合方式连续构成整体网。连接后，应便于组成较长的同步环、异步环及复测基线，使 GPS 网具有较强的几何强度和多余观测及尽量做到重复设站，使 GPS 网具有一定的可靠性，为 GPS 网的整体精度提供保证。 2.选点 选点的科学与否，也是影响 GPS 外业观测质量和 GPS 网的精度的重要因素。选点应考虑 GPS 网的设计要求及测区的自然地理情况并结合规范的要求，一般说来选点应满足如下要求： （1）点位应选在交通方便、便于埋设和长期保存的地方。便于安置接收设备，安全、便于接观测操作的地方。 （2）点位应选在视野开阔处，高度角 15以上的天空没有障碍物。 （3）距点位 200 米范围内没有大功率无线电
9、发射源，50 米以内没有高压输电线，并应避开强烈干扰接受卫星信号的物体。 （4）原有旧控制点的利用，应选成果精度符合要求的点，且其点的名称不易改变，对仅有标石无成果或无符合要求的成果时，可借用其标石作为新点选取。 （5）点位应考虑日后用常规加密的方便，点位之间最好通视，或至少有一个方向通视。 3.外业观测 外业观测测的质量是保证 GPS 测量原始数据的质量的重要环节。为提高其观测精度，在外业观测前要制定科学周密的观测计划。首先通过微机设置测区近似经纬度，作业日期及时间，编制 GPS 卫星可见性预报表，包括可见卫星数、号，卫星高度角、最佳观测卫星组，最佳观测时间，点位精度因子等。根据上述预报选择
10、最佳观测卫星组，最佳观测时间，制定好观测计划。确定每组观测使用接收机的台数和型号。具体还应满足如下要求： （1）全网的同步观测时间均应安排在每天的最佳观测时段，每时段最少跟踪 4 颗卫星，精度因子 PDOP 值均小于 6。 （2）在测站上，天线严格整平对中，天线固定标志大致朝北，天线高在测前、测后精确量取，互差不得超过 3mm，采用平均值，读数精确到1mm。 （3）每时段观测时间根据规范要求，其时间长短，应根据基线的长短而定，基线长小于 20km 时，观测时间取 90 分钟为宜，数据采集间隔为 10-60 秒，一般采用 15 秒。 （4）观测过程中，观测者应坐在接收机旁，头顶不要超过天线，观察
11、数据接收情况，如卫星数、信噪比及精度因子变化及点位周围环境、观测边的长度等因素，灵活掌握观测时间，若出现观测质量不佳的情况应及时联络各测站，可延长观测时间。 （5）为确保数据安全，每天的观测数据应及时传输至微机存盘保存。每天测站的点名、点号、仪器高、天线高的输入应准确无误。 4.GPS 的数据处理及 GPS 网的平差 （1）GPS 基线解算及质量控制 要提高 GPS 网基线解算的精度，必须做好观测数据的处理工作，检验每天观测数据的精度和有效性，每天必须及时地对外业观测数据进行计算、检验，即进行基线解算及同步环、异步环坐标分量相对闭合差、复测基线较差的统计和误差衡量，对误差超限的基线进行适当处理
12、或进行复测，以确保外业观测数据的质量和精度。 （2）GPS 网的平差和质量控制 在 WGS-84 大地坐标系中的三维无约束平差。是以全网的坐标起算点起算，以 GPS 基线向量为观测值，在WGS-84 坐标中进行三维无约束平差。平差后提供了 WGS-84 坐标系的大地坐标和地心坐标以及相应的精度指标。通过对精度指标是否超限来考察GPS 网是否达到了较好的内部符合精度。如平差后的最弱边相对精度必须符合规范规定的限差要求。 三、结束语 通过 GPS 在测量中的应用，得到如下体会： 1.GPS 控制网选点灵活，布网方便，基本不受通视、网形的限制，特别是在地形复杂、通视困难的测区，更显其优越性。因此，当
13、精度要求较高时，应避免短边，无法避免时，要谨慎观测。 2.GPS 接收机观测基本实现了自动化、智能化，且观测时间在不断减少，大大降低了作业强度，观测质量主要受观测时卫星的空间分布和卫星信号的质量影响。但由于各别点的选定受地形条件限制，造成树木遮挡，影响对卫星的观测及信号的质量，经重测后通过。因此，应严格按有关要求选点，择最佳时段观测，并注意手机、步话机等设备的使用。 3.GPS 测量的数据传输和处理采用随机软件完成，只要保证接收卫星信号的质量和已知数据的数量、精度，即可方便地求出符合精度要求的控制点三维坐标。因此，要保证控制点高程的精度，必须联测足够的已知高程点。 参考文献： 1吉星升，董军，卢秀山.GPS 技术在工程测量中应用现状及其局限性J.山东科技大学学报自然科学版),2001. 2王青松.浅谈 GPS 在工程测量中的应用J.科技咨询导报，2006. 作者简介：高天荣、男、汉族、1963 年 9 月出生 、山西临县人、1983 年毕业于长春地质学校、现任山西省第三地质工程勘察院测绘工程师。
