摘要：GPS定位技術(shù)的定位精度高、速度快、費用省、全天候、操作簡便等特點激起了廣大測量工作者的極大興趣。本文首先介紹了GPS網(wǎng)的設(shè)計原則與觀測時段的選擇，在此基礎(chǔ)上，對于GPS測量外業(yè)的三種方法進行分析與比較，最后還討論了GPS內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理處理方法，為適應GPS在各個領(lǐng)域的應用奠定基礎(chǔ)。
　　關(guān)鍵詞：GPS，測量外業(yè)方法，內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理
　　
　　GPS測量工作與經(jīng)典工程測量工作類似，是一項技術(shù)復雜、要求嚴格的工作，實施這項工作總的原則是，在買足工程建設(shè)對精度和可靠性等的要求下，選擇最合理的作業(yè)方法，達到盡可能減少經(jīng)費、時間和人力的消耗。因此，對各階段的工作，要精心設(shè)計、組織和實施。
　　1GPS網(wǎng)設(shè)計
　　GPS網(wǎng)設(shè)計，必須依用戶要求按GPS測量規(guī)范實施[1]。其設(shè)計的一般原則為：(1)圖形閉合。即GPS網(wǎng)一般應通過獨立觀測邊構(gòu)成閉合圖形，以增強圖形強度和增加檢核條件。(2)有必要的點位重合。GPS網(wǎng)點應與原有地面控制網(wǎng)點有足夠的重合，并力求重合點在網(wǎng)中均勻分布，以便可靠地確定GPS網(wǎng)與地面網(wǎng)之間的轉(zhuǎn)換參數(shù)。網(wǎng)點還應與一定的水準點重合，或在網(wǎng)中布設(shè)一定密度的水準點，以便為大地水準面的研究提供資料。(3)視野開闊。GPS網(wǎng)點一般應設(shè)在視野開闊和容易到達的地方。若需用此點按常規(guī)方法聯(lián)測或擴展控制網(wǎng)時，應注意網(wǎng)點間通視情。
　　2GPS觀測時段選擇
　　GPS定位的實質(zhì)，是利用數(shù)顆衛(wèi)星的瞬時空間位置作為已知點，并觀測其至接收機的距離，按空間距離后交會原理求取測站(接收站)的三維坐標。因此，為保證以足夠的精度求解，既要求有足夠數(shù)量的可視衛(wèi)星，又要求所測衛(wèi)星對觀測站構(gòu)成的幾何圖形有一定強度，即不超過規(guī)定的幾何精度因子GDOP數(shù)，以保證交會精度。為減弱大氣折射的影響，還要求所測衛(wèi)星的高度角大于10-15度。據(jù)此，觀測前應根據(jù)全部衛(wèi)星星歷和觀測的概略坐標，選擇相適應的觀測時段和觀測衛(wèi)星。此項工作通常由專用軟件處理。
　　幾何精度因子GDOP通常不允許大于6，經(jīng)分析表明，精度因子GDOP與4顆觀測衛(wèi)星和接收機所構(gòu)成的六面體體積成反比，當4顆衛(wèi)星對觀測站構(gòu)成的錐體，每個錐面夾角接近109.5度時，其六面體的體積最大；當一顆衛(wèi)星處于天頂，其余3顆衛(wèi)星相距約120度時，所構(gòu)成的六面體體積接近晶大。
　　這樣，在測站上某一段時間內(nèi)，可視衛(wèi)星少于4顆；或雖多于4顆，但無法找到4顆衛(wèi)星的高度角大于lO-15度，且精度因子GDOP小于6時，應停止觀測。某些地區(qū)(尤其是低緯度地區(qū))停測段每天可能出現(xiàn)一次，每次延續(xù)的時間將不超過數(shù)分鐘，這在實際觀測工作中應予注意。目前，接收設(shè)備均能提供選擇觀測時間所需的數(shù)據(jù)和圖表。
　　3GPS測量外業(yè)方法
　　GPS外業(yè)測量即在制定優(yōu)化的布網(wǎng)設(shè)計方案的基礎(chǔ)上，用GPS接收機野外采集數(shù)據(jù)。因GPS作業(yè)時所采用的設(shè)備軟、硬件不同，外業(yè)測量的作業(yè)模式亦有所差異。同時，不同的作業(yè)方法因觀測時間和應用范圍的不同而有所變化。目前已有多種作業(yè)模式可供選擇[2]。
　　(1)靜態(tài)相對定位模式。作業(yè)方法：采用兩套(或兩套以上)接收設(shè)備，分別安置在一條(或數(shù)條)基線的端點，同步觀測4顆衛(wèi)星l小時左右，或同步觀測5顆衛(wèi)星20分鐘左右。當基線超過lOOkm時，觀測時間應適當延長。定位精度：基線的相對定位精度可達5mm+lppm×D，D為基線長度(km)。特點；這種作業(yè)模式所觀測過的基線邊，應構(gòu)成某種閉合圖形，以便于觀測成果的檢核，提高成果的可靠性和GPS網(wǎng)平差后精度。基線長度可由20km至幾百公里。適用范圍:主要用于建立全球性或國家級大地控制網(wǎng)、地殼運動或工程變形監(jiān)測網(wǎng)、建立長距離檢校基線、進行島嶼與大陸聯(lián)測、鉆井平臺精密定位等。
　　(2)快速靜態(tài)相對定位模式。作業(yè)方法：在測區(qū)的中部選擇一個基準站，并安置一臺接收設(shè)備連續(xù)跟蹤所有可見衛(wèi)星；另一臺接收機依次到各點流動設(shè)站，并且在每個流動站上觀測1～2分鐘。該作業(yè)模式要求，在觀測時段中必須有5顆衛(wèi)星可供觀測，同時流動站與基準站相距不能超過15km。定位精度：流動站相對基準站的基線誤差，可達5mm+lppm×D，D為基線長度(km)。特點：接收機在流動站之間流動時，不必保持對所測衛(wèi)星的連續(xù)跟蹤，因而可關(guān)閉電源降低能耗。該模式作業(yè)速度快、精度高。缺點是直接觀測邊不構(gòu)成閉合圖形，可靠性較差。適用范圍：主要用于低等級控制測量及其加密、精密工程測量、邊界測量、地籍測量、碎部測量等。
　　(3)動態(tài)相對定位模式。作業(yè)方法：在測區(qū)選擇一個基準點，并在其上安置一臺接收機，連續(xù)跟蹤所有可見衛(wèi)星，另一臺接收機安置在運動的載體上，先在出發(fā)點按快速靜態(tài)相對定位法，靜止觀測1到2分鐘，然后從出發(fā)點開始，在運動中按約定時間間隔自動觀測。該作業(yè)模式要求：同步觀測5顆衛(wèi)星，其至少有4顆衛(wèi)星應保持連續(xù)跟蹤。同時，運動點與基準點的距離應不超過15km。定位精度：運動點相對基準點之點位精度可達1-2cm。特點：速度快，精度高，可實現(xiàn)載體的連續(xù)定位。應用范圍：主要用于精密測定載體的運動軌跡、道路中心測量、海道測量、剖面測量等。
　　4GPS內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理
　　與常規(guī)測量不同，GPS測量的觀測值是衛(wèi)星發(fā)射的無線電信號的相位(載波相位、碼相位)，其幾何意義是接收機天線中心至衛(wèi)星發(fā)射天線中心的距離，而不是地面點間的相對關(guān)系量(如邊長、角度、高差等)，這就使得GPS測量的數(shù)據(jù)處理具有數(shù)據(jù)量大、處理過程復雜和數(shù)學模型、算法形式多樣等特點。因此，必須應用計算機技術(shù)和相應軟件進行自動化處理。
　　數(shù)據(jù)采集和實時定位：在外業(yè)測量過程中完成。其具體操作方法，隨接收機類型的不同而各異。可參見接收機的操作使用說明書。
　　數(shù)據(jù)的粗加工：GPS數(shù)據(jù)的粗加工，包括數(shù)據(jù)傳輸和數(shù)據(jù)分流兩部分。數(shù)據(jù)傳輸就是將記錄于接收機內(nèi)存貯器或數(shù)據(jù)記錄卡的數(shù)據(jù)，在隨機軟件的引導下，傳入計算機的指定目錄，一般在數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐瑫r，完成數(shù)據(jù)分流。所謂數(shù)據(jù)分流，是指將數(shù)據(jù)中的各類信息，按照類別特性的不同，使用標準格式分別存放于幾個數(shù)據(jù)文件中，以供后續(xù)處理程序使用。一般形成的數(shù)據(jù)文件有：觀測值文件、星歷文件、測站控制信息文件。
　　數(shù)據(jù)的預處理：GPS測量數(shù)據(jù)的預處理，在整個數(shù)據(jù)處理中占有很大比重。其預處理所采用的模型、方法的優(yōu)劣，直接影響作業(yè)效率和成果質(zhì)量。目前，GPS測量數(shù)據(jù)預處理包括以下內(nèi)容：(1)GPS衛(wèi)星軌道方程的標準化。其目的是以統(tǒng)一的格式提供觀測時段內(nèi)被測衛(wèi)星的連續(xù)軌道，從而使衛(wèi)星軌道位置計算快速方便。(2)時鐘多項式的擬合。以多項式擬合方法，提供觀測時段內(nèi)被測衛(wèi)星時鐘參數(shù)的連續(xù)表達式，以解決跨世界時整點的觀測時段內(nèi)有多組時鐘參數(shù)問題。(3)初始整周模糊度的預估和整周跳變的發(fā)現(xiàn)和修復。通常利用偽距法來估算整周模糊度的初值。此外，由于各種原因，如衛(wèi)星信號被遮擋、接收機附近電磁干擾、接收機本身有瞬時故障等，造成接收機載波相位測量的暫時中斷，從中斷到重新鎖定信號繼續(xù)測量這段時間內(nèi)，接收機的計數(shù)器將停止計數(shù)，因而使中斷后的相位觀測值與未失鎖情況下的相位觀測值相差一個整數(shù)，稱此現(xiàn)象為整周跳變。必須發(fā)現(xiàn)并對存在整周跳變的觀測值加以改正，否則將會嚴重影響成果質(zhì)量和精度。一般要求糾正周以上的整周跳變。(4)觀測值的標準化。即將觀測值按平差處理程序所要求的格式，處理成標準化數(shù)據(jù)文件。
　　平差計算：經(jīng)過預處理后，觀測值作了某些必要的修工F，成為“凈化”的數(shù)據(jù)，并提供了衛(wèi)星軌道、時鐘參數(shù)的標準表達式，估算了整周模糊度初值。按此既可組成相位觀測值的誤差方程式和法方程，并進行平差計算。計算中，一般以點間的坐標差作為平差未知數(shù)，因而也可稱為GPS基線解算。
　　經(jīng)過GPS相位觀測值的平差計算，解得各點間的基線向量成果。由于GPS成果屬于WGS-84坐標系，因此，必須采用GPS網(wǎng)約束平差或GPS網(wǎng)與地面網(wǎng)聯(lián)合平差的方法，將它們轉(zhuǎn)換至實用的國家或地方坐標系。
　　5結(jié)語
　　GPS技術(shù)作為一項20世紀的高新技術(shù)，目前已在許多領(lǐng)域得到廣泛應用，尤其是在控制測量中的應用，改變了傳統(tǒng)的測量作業(yè)工作方式，提高了工作效率，也帶來了可觀的經(jīng)濟效益。本文就GPS作業(yè)方法進行相關(guān)探討，以期充分發(fā)揮GPS技術(shù)的優(yōu)越性，更好地適應各個領(lǐng)域的需要。
　　
　　參考文獻：
　　[1]胡新玲,譚世波.GPS網(wǎng)中已知點間兼容性檢驗的探討[J].《測繪科學》,2009年第34卷第4期,103-104.
　　[2]黃勇,王偉,劉衛(wèi)國,等.GPS作業(yè)過程中的質(zhì)量控制初探[J].《北京測繪》,2007年第3期,50-53.
　　
　　
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