静态 GPS 技术在控制测量中的应用与研究

静态 GPS 技术在控制测量中的应用与研究

林统光

45042219910511 **** 广西南宁

摘 要：静态GPS测量是指在GPS定位的过程中，监测站接收机的位置相对比较固定，而且同时在不同的地方使用多台接收机进行同步定位和观测，测量的时间由几分钟到几小时不等，而且为了对同一位置的坐标进行精确的定位经常采用重复观测，GPS 静态测量广泛应用于地籍测量、工程测量、大地测量以及各种地形变化测量等，文中对静态GPS组成的基本原理和控制的测量优势作了详细的阐述，并对静态GPS在控制测量中的应用及质量控制进行了深入的研究。

关键词：静态 GPS；控制测量；应用与研究

0.引言

随着科学技术和信息化技术的深入发展， 空间科学和测量技术得到了前所未有的发展，因为GPS静态测量技术有着高效、精准、全天候等优点被广泛应用于现代社会的各个领域，本文针对该技术的测量优势和质量控制进行分析、研究，希望通过文中的论述可以提高静态GPS测量技术在我国工程测量等领域的使用效率。

1. 静态 GPS 组成部分及其工作的基本原理

GPS 系统主要是由三部分组成： 空间卫星、 地表监控站和用户的终端设备。 GPS 的空间卫星一共包含了24颗运行卫星，其中21 颗卫星始终处在工作状态当中，其余的3颗卫星是该系统的备用卫星。这21颗工作状态的卫星均匀的分布在6个不同轨道的平面之内，它们的平均高度在 2 万公里左右，以55 度倾斜角在轨道平面中运行。在地球上的任何时间任何地点只要沿着一定的角度就可以观察到 6 颗运行的系统卫星，卫星的星座已经成为各个国家的动态已知点， 用户手中的接收终端得到的导航信号都是由这样的动态已知点发送过来的。

GPS 地表监控站主要包括一个主控站、三个注入站和五个监测站。主控站的计算机主要是用来计算各个卫星的钟差参数和轨道参数等，并且将各个监测站对卫星的观测数据接收之后再输入到注入站的系统当中，编制成导航的电文，主控站再将这些导航的电文经注入站最终传送到卫星的存储器中。

GPS 用户的终端设备中包含 GPS 接收机、 数据处理软件和其它的终端设备，终端设备是按照卫星的高度截止角，通过连续跟踪运行中的卫星，获得卫星的待测信号，通过交换、放大和处理，最后利用GPS接收机呈现出来。高精度测量 GPS 观测值需要通过载波相位测量局域差分法，在 GPS 接收机之间进行求差即可得到。 首先解算出待定基线的长度， 通过两次差分计算求解整周模糊度， 再通过计算机和相应的软件，经基线解算、网平差，计算出 GPS 接收机监测站点的三维坐标。

GPS 系统即是卫星导航定位系统，其工作原理是采用距离交会法，在需要的位置放置 GPS 接收机，卫星1、 卫星2、 卫星3 和卫星4 同时发射信息， 在地面的 GPS 接收机同时接收导航电文 d1、d2、d3、d4的坐标并且通过对这些数据进行一些列的处理和计算得到地面控制点的坐标。卫星的距离交会法能够准确的表达出地面控制点的具体位置，而且也可以对 GPS观测的成果进行集中的处理。

2. 静态 GPS 控制的测量优势

测量精度高。GPS 基线向量观测法可以将精度定位在 10^-5—10^-9之间，而一般的测量方法是无法到达这种精度的，因此静态 GPS控制测量技术要明显高于一般的测量方法。

不需要设置坐标、测量的费用低而且选点十分灵活。开展 GPS 测量作业需要的成本很低，不需要事先设置一定的参考坐标，不需要观测站之间必须相互看的见，这样的作业方式大大的减低了布网的费用。

可以全天候连续作业。GPS 静态测量不受气候条件的约束，并且可以在任何时间点实施作业，有利于工作人员高效、按时布静态的 GPS 控制网，将复杂的测量作业工序简单化。

时间短、效率高。如果布设一般等级的GPS 测量控制网，无论在哪一个观测站开展作业， 需要的时间大约在1小时到2小时之间， 如果采用的是静态 GPS 定位法则观测所需要的时间会更短。

2. 静态 GPS 在控制测量中的应用

3.1 布点

在进行静态测量之前要对点位进行选择，其基本要求是：选择点周围的视野要足够开阔，如果周围有障碍物要求其不超过 15度斜角；如果附近存在微波无线电信号，则要远离其50m 以上的距离，如果是大功率的发电源那么远离的距离要在 200m 以上，并且要远离高压电线所产生的辐射；大面积的水体或者大型的建筑会反射卫星的信号，继而对测量的效果产生影响，应避免选择在这一类物体的附近。

3.2 测量

当 GPS 的测量点位选好之后就可以架站采集静态数据了，在采集静态数据时，一定要做到对中整平，在采集的过程中一定要做好记录。

3.3 坐标数据的输入

当基线全部解算合格之后就需要检查闭合环是否合格，工作人员只要直接点击闭合环就可进行查看， 如果闭合环不符合要求则需要先调整闭合环中的基线， 之后才可以录入已知点的坐标数据，最后进行平差处理。数据录入的环节可以在观测站的数据中选择对应的点直接录入坐标的数据即可。

2. 静态 GPS 在控制测量中的质量控制

精度指标在 GPS 总体的设计中对控制网的布设方案、 观测数据的处理以及作业的时间等都有直接的影响，对控制测量的参数来说至关重要，因此在实际的工作中如果没有必要就不要追求过高的精度以免造成测量费用提高，用户要根据工作的实际需求合理的制定精度范围。

4.1 增加独立的基线数量

独立基线数量的增加对于提高 GPS 控制测量网的可靠性非常有效， 在布设 GPS 网的时候要适当的增加观测的段数，这是因为增加独立基线的数量，观测段数就会随之增加，GPS控制测量网的可靠性就会提高。

4.2 增加设站的次数提高可靠性的保障

GPS 网的可靠性需要一定次数的重复设站，这是因为在对中、整平、测量天线高度等方面容易出现人为的错误，因此在同一监测站进行多次观测可以发现其中存在问题，增加重复设站的次数可以增加观测的期数，为了更好的消除各种人为错误带来的影响，使用同一台接收机连续进行观测的时候必须对设备进行重新调整。

4.3 独立基线相连至少三条边以上

在布设 GPS 网时其可靠性与该点上连接的基线数量有关， 与点位没有太大的关系，因此所连接的独立基线越多 GPS 网的可靠性就越高，为了切实的保证 GPS 观测站的可靠性，需要确保三条相连的边上都有独立的基线。

4.4 布设框架网，提高 GPS 的精确度

为了保证 GPS 网中各个相邻点有较高的精确度， 在工作中需要对相邻的点进行同步观测，而且在布网的时候最小异步环的边数要尽量小于 6 条，测定网中各点的正常高可以在布网的时候选则一定数量的水准点，而且要保证水准点在网中均匀分布，并且数量要尽可能的多， 要确保部分点分布在控制网的周围， 采用高程拟合的方法将整个网包含在其中， 最后为了提高 GPS 网的观测精度，工作人员也可以采用增加设置长时间、 多时段的基线向量。

2. 结束语

文中通过对 GPS 静态测量技术在控制测量中的应用和质量控制的探讨， 加深了对GPS 静态测量的了解，同时也分析出了 影响质量控制的因素，从目前的大地控制测量发展的情况来看， GPS 测量技术已经完全取代了原先的三角测量和导线测量法， 因此充分的利用 GPS 静态测量技术对今后的测量工作来说不仅可以减轻工作人员的劳动强度，也可以提高测量的进度。

参考文献：

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[3]高应龙.论静态GPS和动态RTK技术在控制测量中的应用[J].陕西煤炭，2017，36（2）：106-109.