2024年1月17日
摘 要：本文简要阐述GPS静态相对定位技术在新建控制网中的应用，结合实例，论述了GPS静态测量中注意的问题，为控制测量工作提供参考。
1 引言
近年来，随着全球卫星定位系统（GPS）技术的快速发展，GPS实时动态测量技术已完全成熟，GPS逐渐在测图、施工放样、航空摄影测量、海洋测绘和地理信息数据采集等方面得到了充分的应用。目前在测量工作中，测量工作者把动态测量作为一种常用的工作方法，但GPS静态测量作为一种经典的测量方法，仍然活跃于测量工作领域的各个方面，特别是在控制测量工作方面的应用。本文将围绕采用GPS静态控制测量工作方法，全面介绍建立GPS控制网的制作过程和方法，并着力阐述GPS静态测量的高效和高精度。
2 静态GPS测量概述
2.1 GPS相对定位原理
用3台或3台以上GPS接收机分别安置在若干条基线的端点，通过同步观测相同GPS卫星来确定多条基线向量。利用这些观测量的不同给合（求差）进行相对定位，可有效的消除或减弱相关误差（如卫星鈡差、卫星星历误差、电离层延迟、对流层延迟等）的影响，故可提高相对位置的精度，从而使这种方法成为精密测量定位中主要的工作方法。
2.2 GPS静态测量的特点
(1）测量精度高
GPS测量的相对精度一般在10-5-10-9，边长精度通常可以达到10-6以上，这是地面常规测量方法很难达到的。
(2）选点灵活，无需通视
由于GPS测量不要求测站间通视，因而选点时只用考虑外业观测条件和应用需求，大大提高了选点的灵活性，使控制网有较好的网形。
(3）可全天候作业
理论上，GPS测量可以在任何时间、任何气候条件下进行。这一特点方便了观测作业，有利按时、高效地完成控制网建立。
(4）操作简便
外业观测和数据处理的自动化程度高，作业人员只需对中、整平、量取天线高、开机设置参数以及必要的记录，剩下的观测工作由接收机自动完成。
(5）可获得三维坐标
GPS测量可以直接测量定点的三维坐标（大地经纬度和大地高）。
3 静态GPS测量应用实例
以广东省某市某镇某村片区GPS控制网为例，简单阐述GPS静态控制和数据处理的原理及应用。
3.1 测区概况
广东省某市某镇测区东以S365省道为边，南到西江，北至山边，面积大约1.1平方公里，地势平坦，交通便捷。
仪器选用三台中海达双频接收机（有效检定期内），作业方式采用混连式。精度指标；其精度满足CJJ73-97所规定的二级平面控制网精度。
3.2 选点、布网
GPS静态观测是若干接收机同时接收卫星信号而进行的定位测量。测站之间不要求互相通视，GPS观测精度与卫星分布有关，与地面测站位置构成的几何现状无关。点位网的形状选择比较灵活，选点工作相对比较简单。因此，GPS点位适当选择，对整个控制测量项目顺利完成有着重要意义。所以，根据本次控制测量的目的、精度、密度要求，在充分收集和了解测区范围、地理位置、气候、交通条件、人文等以及原有控制点的精度、分布和保存情况的基础上，对本区进行GPS点位的选定和布设。
3.2.1 选点原则
根据任务范围和规范的要求，GPS控制网以整个工作范围为准。首先在地形图上进行初选，然后根据初选方案，再进行实地选点，选点应遵守以下原则：
(1）测站周围视野开阔，高度角15度以上不允许有成片的障碍物。测站上应方便安置GPS接收机。
(2）远离大功率的无线电信号发射源（如电台、电视台、微波中继站），与高压输电线、变压器保持50米以上的距离，避免干扰。
(3）测站应远离高楼、围墙、大树、山坡及大面积平静的水面（湖泊、池塘）等能引起较强信号反射物，以免出现严重的多路径效应。
(4）测站应位于地质条件良好、点位稳定、易于保护的地方，并尽可能顾及交通等条件。
控制点的埋石采用现场浇注的方法进行，事先在选点位置用电钻孔，然后用混凝土将孔填充，最后将标志镶嵌在混凝土中，埋设后，用切割机进行切割，统一编号，编号为；32Ⅱ001，32Ⅱ002，......，32Ⅱ22。具体埋设要求和编号如图1所示。
控制点标志埋设完成后，绘制点之记，并对控制点正面以及点位周围明显地物进行拍照，拍照约4-6张，以表达出点位情况为准，便于以后寻找。
3.3 GPS控制网
如图2：GPS控制网有34点组成，其中，新布设点22个，原有控制E级点5个，导线点7个，其中32GE04、32GE06、32GE32（均为上级复检最新成果）为起算点。以三角形作为基本图形。
4 外业观测
4.1 外业观测技术要求
以《卫星定位需市测量技术规范》标准中规定的GPSE级点为标准，站点观测大于1.6时段，每个时段大于等于40min。
4.2 观测步骤
(1）安置接收机；将接收机架设在三角架上，进行对中、整平、量取仪器高（仪器高要在接收机互120度方向量三次，互差小于3mm，取平均值）。
(2）开机观测；开机正确设置观测模式（静态）、高度角（15°）和采样间隔（30s）。
(3）观测记录；观测者一律用铅笔及时填写GPS测量手簿各项内容（接收机型号、测站名、时段号、高度角等），手写要认真细致，字迹清晰、工整、美观。
(4）迁站；经认真检查，所有预定的作业项目均已全面完成且符合要求，记录和资料完整无误，方可迁站。
4.3 观测作业组的基本要求
(1）各作业组必须严格遵守调度命令，按规定的时间进行开机、关机的操作。
(2）按要求进行相关观测记录，不得改写和涂改，不得转抄和追记。读写有误时，可用铅笔整齐画掉，将正确数据写在上面并注记原因。
(3）观测期间防止接收机震动，不得移动，要防止工作人员和其他物体碰动接收机或遮挡信号。
(4）观测时，在接收机50m以内不得使用电台，10m以内不得使用对讲机和手机。
(5）观测遇到雷雨天时，应及时停止观测，防止雷击。
(6）在一个时段的观测过程中，不允许进行下列操作：a、关机后重新启动接收机；b、进行仪器自检；c、随意改变截止高度角或采样间隔；d、按键关闭文件或删除文件。
5 静态数据处理
GPS静态数据都有专门的数据处理软件，我们采用的是中海达HGO数据处理软件。
5.1 数据处理流程
图3 数据处理流程图
5.2 项目总结报告（节选）
5.2.1 解算数据
观测文件总数：129；站点个数：34；形成基线总条数：128；形成重复条数：41；合格：41；不合格：0；形成同步环个数：42；合格：42；不合格：0；形成异步环个数：190；合格：190；不合格：0；……。
5.2.2 二维约束平差结果
基线条数：128；平差点数：34；基线标准差置信度（松弛因子）：10.00σ；Tau检验显著水平：1.00%；单位权中误差比：1.2098；x2检验值：234.6929；x2理论范围：147.0196-248.4853；x2检验结果：True；
平面四参数：
X平移（m):-1739.54353741482；Y平移（m):75610.6464624293；旋转：-000:14:27.92334；缩放：0.999952395270672；……。
5.2.3 二维约束平差坐标（部分）
……。
平差后最弱边和最弱点
基线名：F6190482.zsd-F6200482.zsd；中误差＿DN(mm):2.1；中误差＿DE(mm):2.0；中误差（mm):2.9；相对误差：1:69299；站点名：I035；中误差＿N(mm):2.8；中误差＿E(mm):2.7；点位中误差（mm):3.9。
6 成果检核
为了能够有效确保整个GPS控制网实测精度符合相关的精度值测定要求，GPS控制测量工作完成后，仍需对静态GPS测量成果进行相应的对比工作，采用高精度全站仪（2″以上）对部分相互通视站点进行边长检查，总共对16边进行检核，检核结果如表2。
表2 边长检查表
通过表2可以看出：边长较差最大值为0.024m，相对中误差最大为1/31460，满足1/20000的规范要求。
7 探讨
为确保GPS静态测量具有精度高，操作简单，测绘效率高，在控制测量中有很大的优势，在实际工作中应该注意以下几点。
(1）在选点工作中，除了考虑规范要求，还需要关注仪器和观测人员的安全，特别在人员密集和交通要道处，避免观测工作受来往车辆和闲杂人员的影响。
(2）将标志埋设后，用切割机进行切割有一定的危险性，因此，人员前期必须培训或请专业人员，为了保证标志符合规范提高工作效率，我们用钢板制作专用磨具，以方便切割，如图4。
图4 专用磨具及现场效果照片
(3）在外业观测前一定要制定外业观测期间人员、设备、车辆的调度方案，它决定了GPS网的结构，是测量非常关键的环节。各观测小组应注意人员的合理搭配，合理调配工作人员，每小组应至少安排一名操作熟练的技术人员。
(4）为保证各相邻站点具有较高的相对精度，对距离较近的点一定要进行同步观测，以获得它们之间直接观测基线。
(5）为防止控制网在二维约束平差中发生扭曲和变形，起算点坐标数据必须经过严格的检核，应该是同一批次，且点位应均匀地分布在网GPS网周围和网中。
(6）GPS网的点之间一般不要求相互通视，但是为了下一步测量对通视的要求，为了便于拓展，站点最好有一个方向通视。
8 总结
总之，由于GPS静态定位技术具有全天候、测站间无需通视、精度高、速度快、费用省等优点，在现在的测量工作中，已基本取代用经纬仪、全站仪、布设导线网、三角网等传统的步设平面控制网的方法。GPS静态测量也被广泛应用于工程测量、变形监测、航空摄影测量和遥感工作中。
