GPS静态定位在测量中的应用

唐占友

摘要：随着科学技术的发展，我国的GPS技术有了很大进展，并在工程测量中得到了广泛的应用。近年来，常规性的测量手段得以逐步改善或替换，而GPS静态定位便是其中之一。目前，GPS静态定位在测量中被广泛用于工程测量、大地测量、地籍测量、各类变形监测等，其中主要用于验证、建立各种类型和等级的控制网。采用GPS静态测量，在验证和布设控制网方面具有精度高、选点灵活、全天候作业、观测时间短、数据处理自动化程度高等特点;GPS技术已基本取代了常规的测量方法。本文结合自身工作经验及某工程案例浅谈GPS静态定位在现代测量中的应用。

关键词：GPS;静态测量;RTK;控制网

引言

近年来，随着GPS（GlobalPositionSystem）技术的飞速发展，用GPS监测地面位移已成为业界的主流，不过所用的方法一般是静态监测法，即用GPS监测网通过一系列的解算，求得监测点的位移量。最近，随着GPS精度的提高，GPS的快速静态方式也可满足采煤塌陷地位移监测的精度要求，且方便快速，可实时监测，工作费用也大规模降低。

1GPS静态测量

GPS静态测量，是GPS定位测量的一种。在观测过程中，使用两台或以上接收设备，分别安放在一条或多条基线的端点，同步观测4颗或4颗以上卫星，每时段观测时长40分钟以上，整个过程中，接收机位置静止，不随时间变化而变化。

2工程概况

某市是典型的资源型城市，该市境内煤炭资源丰富，含煤面积357km2，占境域面积的22%，地下煤炭储量达41×108t，是全国8大煤炭生产基地之一。多年来，煤炭开采在带动地方经济快速发展的同时，也带来了采煤区塌陷等毁坏耕地、破坏生态等人为地质灾害方面的问题。

3监测方法

3.1控制点的布设

为满足位移监测的精度要求，必须建立稳定的控制点作为基础，以监测地表的位移情况。采煤区的特点就是，采煤掘进区是始终在变化的，而其工业广场在开采过程中是不会变化的。因此，我们选择两煤矿（鲍店煤矿和横河煤矿）的工业广场作为基准点的待选区域，另取远离测区的两点作为基本控制点。GPS快速静态测量的特点是在基准点以内（内含）测得的GPS点比在基准点之外（外延）测得的GPS点精度高，外围必须有足够的等级较高的控制点才能保证其内部点的平面位置精度。根据测区和调查取得的实际控制点的情况，我们取鲍店矿、杨村矿、横河、骑岭4点作为GPS快速静态的首级控制点，按残差最小的原则求取7参数。

3.2地面位移监测点的布设

⑴GPS监测点位选定要求。根据GPS监测的特点。⑵平面位移监测墩的建立。根据本工程的设计要求，本工程的位移监测点包括两部分：一部分是监测平面位移的监测点，另一部分是监测治理工程之一——挡墙的监测点。根据《工程测量规范》（GB50026-2007）要求，本工程水平位移监测采用GPS网的形式。根据本工程的设计要求，GPS监测网应满足三等水平位移监测基准网的要求，即相邻基准点的点位中误差不大于6.0mm。为了提高位移监测点的成果精度，也为了本工程长期监测（监测期为10年）需要，必须制作强制对中观测墩。根据本项目设计要求，地面位移监测点采用监测区均匀布设的原则，在此原则之下，适当考虑煤炭开采活动的重点区域，适当增加GPS监测点的密度。挡墙监测点的作用就是监测治理工程已建立的挡土墙，视其变化是否超出一定的范围，主要监测其安全性，次要功能是监测挡墙是否出现整体位移，以判定地下煤炭开采和地面位移的关系。

3.3地面位移监测方法

地面位移监测采用GPS快速静态1+1的监测方法，即固定一台GPS作为基准站，另一台为GPS快速静态的流动站。所用仪器为美国天宝光谱EPOCH50GNSS，精度指标：码差分定位测量，水平0.25mm+1ppm;垂直：0.50mm+1ppm。静态测量及快速静态测量，平面3mm+0.1ppm，垂直：3.5mm+0.4ppm，动态测量，水平10mm+1ppm，垂直20mm+1ppm。由此看出，天宝光谱EPOCH50GNSS的快速静态方式可以获得较高的平面位置精度（3mm+0.1ppm）。为了精确测得位移监测点的坐标，将基准站架设在预设观测墩的高层建筑物上，以保证GPS信号的强度与精度。进行快速静态观测时，首先在GPS手簿中设置好基准转换7参数等相关参数，每次作业开始时，将流动站放置在已知点上，以检验GPS手簿设置及其功能的正确性。测量过程中，及时观察GPS手簿中显示的各项精度指标，包括水平精度和和垂直精度，每点静态测量的时间在10min以上。为了满足位移观测的高精度要求，作业中，采取了2项措施提高GPS快速静态的水平测量精度：①选择最有利的观测时间。快速静态的测量实践表明，上午11点之前和下午3点之后，快速静态测量成果最稳定，测量信号固定也快，故选择最有利观测时段进行位移点监测;②为了保证位移监测点的精度和可靠性，位移监测点皆在不同的时段重测一次，2次水平较差控制在5mm之内。

4布设GPS工程控制网的工作步骤及要点

（1）测前工作。GPS控制网测量实施前，需对控制网的各项技术要求进行详细的了解及掌握，然后按照所述要求編制技术设计书以指导后期的测量实施。通常情况下，需核实的信息包含测区的地理位置、范围;控制网的控制面积、用途、精度等级、点位分布、点的数量及密度要求;所用坐标系统;对提交成果的时限要求等。在核实以上信息并完成技术设计书编写后，进入测量前的准备工作具体包括以下几步。一是测绘资料的搜集与整理，对已有或新建控制网需要收集整理的资料主要包括测区及周边地区可利用的已知点的相关资料和测区地形图等;二是仪器的检验，对各种仪器包括GPS接收机及相关设备进行检验，以确保能够正常工作;三是踏勘、选点、埋石。（2）测量实施。当负责GPS测量作业的队伍到达测区后，需先对测区的情况作一个详细的了解。根据测区的地理位置，以及最新的卫星星历，对卫星状况进行预报，作为选择观测时间段的依据。根据卫星状况、测量作业的实际情况，结合技术设计书确定具体作业方案以指导外业测量工作。在进行外业观测时，外业观测人员要严格按照作业规范、作业指令进行操作。在一段外业观测结束后，应及时将观测数据传输到计算机中，并根据要求进行备份。对所获得的外业数据及时地进行处理，解算出基线向量，并对解算结果进行质量评估，质量符合要求后再进行下一步测量直至完成所有GPS观测工作。（3）后期数据处理。采用GPS配套平差软件，对外业观测所得的基线向量进行质量检验，并对由合格的基线向量所构建成的GPS基线向量网进行平差解算，得出网中各点的坐标成果。如果需要利用GPS测定网中各点的正高或正常高，还需要进行高程拟合。根据整个GPS控制网的观测及数据处理情况，进行全面的技术总结。

结束语

综上所述，GPS静态测量可以顺利完成控制网的建立、已有控制网的验证及其他广泛的测量任务。GPS静态测量的高效率高质量特性，已在现代测量中得到广泛使用。

参考文献：

[1] 梁寅，李星星，畅毅，等.静态精密单点定位的精度和收敛性分析[J].测绘工程，2010，19（2）：37-39.

[2] 张震.基于GPS和BDS组合精密单点定位精度分析[J].城市勘测，2015（4）：77-81.

[3] 阮仁桂，郝金明，吕志伟，等.GPS双频精密单点定位软件及其精度分析[J].测绘科学技术学报，2009，26（4）：276-279.

（作者单位：辽宁城建设计院有限公司）