GPS定位技术的高度自动化及其所达到的高精度和具有的潜力, 也引起了广大测量工作者的极大兴趣。起初GPS定位基本上只有一个作业模式——静态相对定位, 两台或若干台GPS接收机安置在待定点上, 连续同步观测同一组卫星1h～2h或更长一些时间, 通过观测数据的后处理, 给出各待定点间的基线向量, 在采用广播星历的条件下, 静态定位可取得5mm+1×10-6D (双频) 或10mm+2×10-6D (单频) 基线解精度。
随着技术的发展, 快速静态定位为短基线测量作业闯出了一条新路, 大大提高了GPS测量的劳动生产率。一对GPS测量系统 (双频) 在10km以内的短边上, 正常接收4～5颗卫星5min左右, 即可获取5～1 0 m m+1×1 0-6D的基线精度, 与1h～2h甚至更长时间静态定位的结果不相上下。各个GPS测量厂商看好这个大趋势, 纷纷推出各自的GPS测量新产品。有的把这种新型产品称之为GPS全站仪, 有的称之为RTK (实时动态测量) , 有的称之为RTK GPS。
GPS在测量中的应用, 有如下几个优点。
(1) 观测站之间不需要通视。这就减少了测量工作中的经费和时间问题, 同时也使点位的选择变得十分灵活。
(2) 定位精度高。在小于50km的基线上, 其相对精度可以达到IPPm一ZPPm, 随着基线的加长, 其定位相对精度就越高。这样的精度是一般测量手段很难达到的。
(3) 观测时间短。目前, 利用经典的静态定位方法, 完成一条基线的相对定位所需要的观测时间, 根据要求的精度不同, 一般为lh～3h。
(4) GPS观测成果同时提供了三维坐标CGPS在精确提供测站点的平面位置的同时, 可以精确测定测站点的大地高程。这就为研究大地水准面的形状和地面点的高程开辟了新途径。
1 工程概况
锦州某矿山1∶1000带状地形测量工程, 测区山高坡陡、森林茂密、灌木丛生, 地形平均坡度达20°～30°, 通行通视非常困难, 给常规控制测量带来了很大难度, 为了确保工期、保证质量, 我们采用了GPS控制测量方法。
2 GPS控制网的布设
本工程是矿山带状地形测量, 为了满足工程设计及施工的需要, GPS网点自然紧随公路而布设, 点位要求顾及公路测设范围且基本分布均匀, 各测点要求至少能与一个相邻GPS点通视。本次共布设17个E级GPS点, 联测已知点3个 (如图1所示) , 平均基线270m。网中联测的3个已知点为我院1983年所施测的三等三角控制网, 其高程为1956年黄海高程系。
3 GPS控制网的外业观测
3.1 仪器装备
采用3台美国产Ashtech SCA-12S型单频接收机进行观测, 其静态定位测量精度为± (l0mm+1ppm.D) 。
3.2 观测的技术指标
有效观测卫星数不小于4颗;
观测时段大于60min;
时段中任一卫星的有效观测时间大于20min;
卫星高度截止角大于15°;
卫星几何图形因子GDOP值小于6;空间位置精度因子PDOP值小于6;
数据采集间隔为15s;
数据采集方式为L1采集。
3.3 观测时间选择
根据卫星星历预报, 当时当地上午0920以前能接收到4颗以上健康卫星信号, 且图象强度因子 (PDOP) 值都小于6。为了保证在最佳时间内观测, 每天安排在5:30～9:30这段时间进行作业, 以确保GPS网的精度。
4 数据处理及检核
将外业当天采集的数据传输到计算机中, 然后对其进行基线向量处理, 以确保外业数据的质量, 同时也是对外业数据质量的检验。数据处理采用随机软件GP S V 5.2进行, 根据自动处理输出的基线向量指标, 即可知道基线的解算情况。作业过程中, 有一天发现同步环4～5～6闭合差超限, 经认真分析, 发现是点位置选择不当所致, 4号点选在5号点山脊的北面, 6号点选在5号点山脊的南面, 致使同步环上各测点观测到的卫星不同步, 需要调整个别点位, 这是山区GPS作业中值得注意的。
为了提高基线向量的解算精度, 可以采取以下措施。
(1) 增大高度截止角。
系统默认的高度截止角为150°, 增大高度截止角对求解整周未知数与提高成果精度有益, 因为所有相应的噪声随卫星高度截止角增大而降低, 但这时要有较多的卫星参与计算, 且以GDOP值良好为前提。
(2) 改变历元间隔。
由子GPS机本身和外界干扰产生的整周跳变, 如卫星信号被树叶阻断, 使基准信号和卫星信号混频以产生差频信号。这时, 改变历元间隔, 可以提高基线向量的解算精度。但改变历元间隔数值越大, 需要的观测时间就相对越长。
(3) 剔除个别含有粗差的基线, 找出原因, 采取有效措施进行重测, 以确保整体质量。
5 GPS控制网平差和成果评价
采用GP S V 5.2随机软件进行网平差, 首先采用WGS-84大地坐标系进行三维自由网平差, 在GPS网自由平差内部符合精度要求后, 进行约束网平差计算, 最后将各G P S点的WG S-8 4坐标转化为1954年北京30带大地坐标。网平差计算时使用Ⅲ-10, 某矿为起算依据, 进行三维约束平差, 利用无名岭的成果作为检核。平差后, 最弱点5号的点位中误差为±7mm最弱势相对精度为1∶285000, 无名岭的己知成果与本次平差成果比较δX=0.010δy=0.01, 这说明采用GPS定位技术可以建成高精度的控制网。
GPS高程测量是利用2个四等水准点Ⅲ-10, 某矿施测GPS水准, 相当于四等电磁波测距三角高程, 经WGS-84坐标系三维无约束平差, 可以获得供高程拟合计算的大地高, 由于GPS水准网布设成带状, 采用数学3次播值样条函数模式拟合, 拟合出各GPS点的正常高。拟合后最弱点高程中误差为±0.017m其精度达到四等电磁波测距三角高程精度要求。
GPS控制网采用日本SOM A SE12110全站仪按I级导线精度进行外业检测, 其统计结果如表1。
从外业检测数据可看出, GPS控制网精度高, 成果可靠, 足以满足山区地形测量的要求。
6 结论与体会
(1) GPS控制网在山区控制测量中具有布网灵活方便、作业效率高, 能减少砍伐树木, 对保护生态环境具有积极意义。
(2) 对山区选点要避免同步环中一个点在山脊一边, 另一个点在山脊另一边;或一个在狭窄的山沟里, 另一个在山头上, 选点还要避免选在大树下、坡度大的山脊山坡上、陡坎下面, 以免影响GPS测量精度。
(3) 观测时间的正常选择, 对提高GPS测量精度有着决定性的影响。
(4) GPS技术虽然受一定条件限制, 但在控制测量中采用GPS定位技术与常规测量技术相比, 无论在速度、效率、质量、操作方面, 还是对气象的适应能力等方面GPS卫星定位技术具有无可替代的优势, 具有很高的实用价值。
摘要：GPS定位技术的高度自动化及其所达到的高精度和具有的潜力带来了工程测量的巨大变革。本文基于笔者多年从事工程测量的相关工作经验, 以锦州某山区带状地形测量为工程背景, 研究探讨了基于GPS的控制测量方法, 分析了测量的整个技术流程, 全文是笔者长期工作实践基础上的理论升华, 相信对从事相关工作的同行有着重要的参考价值和借鉴意义。
关键词：GPS,地形测量,控制测量,精度
参考文献
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[2] 黄晓忠.GPS在城市控制测量应用中的几点体会[J].科技创新导报, 2006 (6) .