静态GPS在控制测量中的应用及其质量控制分析

孙贵鑫

摘 要：随着科技的不断发展以及测量行业的快速进步，GPS全球定位系统被广泛的应用在控制测量中。静态GPS测量技术能够取代常规的控制测量方法，成为控制测量作业中的主要手段，不仅能够提高作业效率，还能够进一步提高定位精度。

关键词：静态定位；GPS；控制测量；精度；可靠性；质量

1 静态GPS工作原理

静态GPS就是将静态机的GPS接收天线长时间静止不动的架设在待测点位上，按一定的采样间隔采集由卫星发射过来的观测文件和星历文件。之后，用静态后处理软件对观测文件和星历文件进行基线解算、网平差等后续工作。静态GPS控制测量中主要是用来对各种用途的控制点进行测定。静态GPS相较于常规控制测量，具有定位精度高、测站之间无需通视、全天候作业、效率高、观测时间短、节省大量人力、物力以及操作简单等特点。

2 静态GPS在控制测量中的应用

2.1 工程概述

将某公路原双车道路面扩宽3.5m成为3车道路面，加修1.5m宽人行道，并修建沿线的道路及排水设施，该道路总长3.2km。道路改造由225mm回填地基层、225mm道路基层、90mm上基层、60mm磨耗层、浆砌石排水沟组成。设计、施工拓宽Colville Deverell大桥及人行天桥一座。

2.2 测量控制网方案规划

经过实地踏勘后，工程师在Colville Deverell大桥两端布设控制点2个，扩建段道路以间隔400m左右布设控制点6个，每个控制点均能满足静态GPS及全站仪测量要求。考虑该公路车流大较大，建设前期道路兩侧有高大树林覆盖，不利于全站仪测量，决定采用静态GPS布设首级测量控制网，各控制点之间以三角形相互连结构成闭合图形。GPS网测量精度不低于该公路项目所要求标准。高程采用全站仪进行三角高程测量（往返测）。

2.3 基线方案的设计根据基线的长度和精度要求对观测时段、时段长度以及其他观测参数进行确定

在静态GPS网中已知平面控制点的数量不应该低于4个，高程控制点的个数不应该低于3个。

2.4 控制测量实施过程

（1）测量工程师入场后，首先和RDA工程师进行测量资料和基准点的交接，收集测量区域内测量基础资料、测区环境、参考椭球、投影参数等。然后根据RDA工程师提供的测量基准点采取静态GPS进行复测（仪器标称精度为δ=5mm+1ppm）。基线按相对误差小于1/100000进行解算，基准点之间相对误差要求不低于公路所要求测量精度，并将复测结果报送RAD工程师。（2）测量基准点复核完毕后，立即在施工区域内布设测量控制点。控制点埋设根据测量精度及施工需求布设，同时方便静态GPS及全站仪观测，控制点位埋设在施工区域外缘，以不影响现道路通行及施工测量人员安全为原则。点位浇灌钢筋混凝土，控制点编号以×××标识。（3）静态GPS作业实施前，先校核仪器固件准确性。基座光学对中器偏移值不应大于1.5mm、管水准气泡水平偏移不应大于20s。GPS外业观测前查看卫星广播星历，选择测区范围内GPS卫星大于5颗、PDOP（卫星空间位置因子）值小于6等时段进行外业数据采集。每站观测时间为90min，卫星接受机高度截止角设为10°、数据采样率设5s，同步接收卫星的个数不少于5颗。每时段观测前后分别量取天线高，误差小于2mm，取两次平均值作为最终结果。网形布置采用三角形以点连式和边连式组合闭合图形。（4）高程基准采用全站仪测量，以TTP42点为起点，采用三角高程往返测量竖直角及斜边长。总测回数为3测回，角度取值为0.1″，高程取值为0.1mm。测量BM2～BM8各点之间高差，并计算各点全站仪测量高程值。然后根据GPS控制网网图结构选取BM2、BM6、BM8点作为GPS网高程曲面拟合基准。（5）GPS数据处理时采用专用GPS数据处理软件解算。首先在WGS 84坐标下进行三维无约束平差，基线解算精度按基线方差比Ratio>3、基线最弱边相对误差≥1/45000、同步环相对闭合差ppm<10进行解算。WGS 84三维无约束平差合格后与CLARKECL1880椭球系（中央子午线为57°30′）进行坐标转换，最后根据RDA工程师提供的基准点采用兰勃特投影进行二维约束平差及高程拟合。平差结果平面坐标最弱点为BM06，最弱边为BM1～BM2、基线相对误差为1∶60793。高程拟合最弱点为TTP12。平差精度高于公路项目精度要求。（6）GPS解算合格后，测量成果必须采用全站仪进行校核。全站仪测量结果与GPS成果对比误差须小于规范要求误差范围。

2.5 技术总结

网形分析：最弱信息：最弱点BM06，中误差为0.0025m；最弱边BM1～BM2：基线相对中误差为1∶60793。高程拟合最弱点为TTP12、中误差为0.0054m。本控制网GPS及全站仪测量数据准确、可靠，从测量成果精度评定结果看，可以满足公路项目及Colville Deverell大桥施工测量精度要求。

3 静态GPS控制测量质量控制

（1）增加独立基线数。在对静态GPS网进行设计的过程中，可以对观测时段数进行合理的增加，随着观测时段数的增加，相应的独立基线数就会得到增加，而独立基线增加之后能够有效的将GPS网的可靠性增加。（2）保证一定的重复设站次数。确保一定的重复设站次数，不仅能够通过在同一测站上的多次观测，能够及时的将设站、对中、整平以及量测天线高等认为错误进行及时的发现，还能够增加观测期数。（3）保证每个测站至少与三条以上的独立基线相连，这样可以使得测站具有较高的可靠性，在布设GPS网时，各个点的可靠性与点位无直接关系，而与该点上所连接的基线数有关，点上所连接的基线数越多点的可靠性则越高。（4）在布网时要使网中所有最小异步环的边数不大于6条在布设GPS，网时，检查GPS观测值基线向量质量的最佳方法是异步环闭合差。而随着组成异步环的基线向量数的增加，其检验质量的能力将逐渐下降，因此，要控制最小异步环的边数。所谓最小异步闭合环，即构成闭合环的基线边是异步的，且边数又是最少的。（5）提高GPS网精度。可以通过下列方法提高GPS网的精度：为保证GPS网中各相邻点具有较高的相对精度，对网中距离较近的点一定要进行同步观测，以获得它们间的直接观测基线；为提高整个GPS网的精度，可以在全面网之上布设框架网，以框架网作为整个GPS网的骨架；在布网时要使网中所有最小异步环的边数不大于6条；若要采用高程拟合的方法测定网中各点的正常高/正高，则需在布网时选定一定数量的水准点。水准点的数量应尽可能的多，且应在网中均匀分布，还要保证有部分点分布在网中的四周，将整个网包含在其中；为提高GPS网的尺度精度，可采用增设长时间、多时段的基线向量。

4 结语

综上所述，静态GPS测量具有测量精度高、效率高等方面的特点，可以说静态GPS测量技术已经完全能够取代传统的三角测量和导线测量方法。通过上文对静态GPS测量技术原理以及优势的分析，今后静态GPS测量技术将会更加广泛地应用在控制测量作业中，不仅能够减轻劳动强度，还能够提高测量的进度和精度。

参考文献：

[1] 高群，尚颖娟.静态GPS在控制测量中的应用分析[J].教师教育学报，2010（1）：9～11.

[2] 赖华平.GPS在矿山测量中的应用分析[J].有色金属文摘，2015（6）：14.

[3] 郭志良，郭庆云，杨玉刚.浅谈GPS静态控制测量[J].中国非金属矿工业导刊，2008（3）：64.