GPS在城市控制测量中的应用

　　摘要：GPS定位技术以其精度高、速度快、费用省、操作简便等特点被广泛应用于控制测量中。时至今日，可以说GPS定位技术已完全取代了用常规测角、测距手段建立控制网。本论文在综述GPS静态操作过程同时，分析处理静态定位观测数据的全过程。

　　关键词：GPS;静态;数据处理;

　　一GPS控制网的布设及静态测量

　　1.1城市静态GPS网的布设

　　1.1.1布设原则

　　GPS 在城市控制网的布设中要依据控制网布设的总体指向思想进行合理的设计，结合当地城市可预计的技术发展和控制网精度对其的要求，城市控制网的建设原则应当根据下列条件进行布设。

　　①充分利用当地城市地区的国家级GPS 网点和GPS 连续运行站的数据，用来构成城市控制网的基础框架结构。

　　②要以框架网为布设依托，将城市控制网的点位尽量布设于交通相对便利的地方。

　　③水准网与GPS 网的相互结合运用，在地区内均匀的布设一定密度的GPS 网(其点距离平地应为7km~10km，而山地标准应为10km~20km 左右)，并且能够用二等水准进行联测高程。

　　④城市控制网中GPS 点位的布设与未来似大地水准面精化目标应当保持高度的一致性。

　　⑤在城市控制网的建设中应当顾及周边各个区、县的基础控制以及其在未来的发展的需要。应当在政府所在地至少要布设3个GPS点，新的选点要选在城镇附近并且交通方便的地方。

　　⑥在建设和更新中，为了保证新旧控制网能够以最佳的状态相吻合，应当均匀的选择观测条件好并且相对稳定的二、三、四等三角点进行联测。

　　⑦在城市控制网的布设中为了能够保障点位的稳定性，点位应尽量选择在地基基础坚固的地方，尽量避开当地城市拥有的大的地质断裂带。

　　1.1.2.布设形式

　　A.点连式：相邻同步图形只通过一个点进行连接，特点是作业效率高。进展快;但图形强度低，单点连接校正麻烦。

　　B.边连式：相邻同步图形有一条公共边相连，特点是作业效率较高，图形强度较好。

　　C.混合式：根据具体情况。有选择地采用几种方式的混合应用。特点是优化设计后既可以保证效率，又可以使图形强度满足要求。但设计方案有众多形式，须根据经验而定。

　　1.2静态测量

　　1.2.1 GPS 静态测量原理

　　GPS 静态测量是利用测量型GPS 接收机进行定位测量的一种。主要用于建立全球性或国家级大地控制网、建立地壳运动监测网及精密工程控制网建立等。进行GPS 静态测量时，认为GPS 接收机的天线在整个观测过程中的位置是静止，在数据处理时，将接收机天线的位置作为一个不随时间的改变而改变的量，通过接收到的卫星数据的变化来求得待定点的坐标。在测量中GPS 静测量的具体观测模式是采用两台(或两台以上)接受设备，分别安置在一条或数条基的两个端点，同步观测4 颗以上卫星，每时段长45min 至2h 或更多。基线的定位精度可达5mm+1×10−6 *D ,D 为基线长度(km)。测量时，所有已观测基线应组成一系列封闭图形，有助于进一步提高定位精度。

　　1.2.2.静态测量的外业实施

　　A.开机

　　1)到测站后，先连接基座和角架，对中整平。

　　2)再将一体化GPS与连接器和基座连接。

　　3)确认对中整平，量天线斜高，上到天线高测量板槽口处，下到测站中心。

　　4)按蓝色开关开机，指示灯(卫星数、电源、磁盘记录、等待警报)一起显示红色，再统一变为绿色，并发出“滴滴”声音，表示已经正常开机，放开开关。卫星数指示灯闪烁次数表示观测卫星个数，当卫星个数大于或等于4颗时，正常记录开始。

　　5)在观测记录手簿上记录点名、天线高、观测时段、卫星个数。

　　B.关机(到了关机时间)

　　1)检查对中整平，再量天线高，记录检查卫星个数。

　　2)按住开关大于3秒，直到无指示灯闪烁。

　　3)再拆下一体化GPS，搬站。

　　二城市GPS控制测量数据处理

　　GPS网数据处理分为基线解算和网平差两个阶段, 采用软件完成。经基线解算、质量检核、外业重测和网平差后, 得到GPS 控制点的三维坐标其各项精度指标符合技术设计要求。

　　2.1城市GPS基线向量解算

　　2.1.1基线向量解

　　GPS基线向量是利用2台或2台以上GPS接收机所采集的同步观测数据形成的差分观测值，通过参数估计的方法所计算出的两接收机间三维坐标差。基线向量可采用空间直角坐标的坐标差、大地坐标的坐标差或站心地平坐标的坐标差形式来表示。一个基线解算结果包含很多项内容，其中最主要的有两项，即基线向量估值及其验后方差-协方差阵。

　　理论上，只要2台接收机之间进行了同步观测，就可以利用它们所采集到的同步观测数据，确定出它们之间的基线向量。这样，若在某一时段中有n台接收机进行了同步观测，则一共可确定出 条基线向量。

　　对于一组具有一个共同端点的同步观测基线来说，它们之间存在固有的统计相关性。另外，由于不同模式的基线解算方法在数学模式上存在一定差异，因而它们的基线解算结果及其质量也不完全相同。基线解算模式可以分为单基线解(或基线)模式、多基线解(或时段)模式和整体解(或战役)模式三种。

　　2.1.2基线处理过程

　　按指定的数据类型导入城市GPS观测数据后，数据处理软件会自动分析各点位采集到的数据内在的关系，并形成静态基线后，就可以进行基线处理了。

　　基线处理的过程可分为如下几个主要部分：

　　(1)设定基线解算的控制参数

　　(2)外业输入数据的检查与修改

　　(3)基线解算：此过程一般是自动进行的，无需人工干预。

　　2.2网平差

　　城市GPS基线向量网的平差是以GPS基线向量为观测值，以其方差阵之逆阵为权，进行平差计算，消除许多图形闭合条件不符值，求定各GPS网点的坐标并进行精度评定。GPS基线向量网的平差分为三种类型：(1)经典的自由网平差，又叫无约束平差。(2)非自由网平差，又叫约束平差。(3)GPS网与地面网联合平差。

　　2.2.1网平差流程

　　在对基线处理完全符合标准后才能进行网平差，数据的基线经过处理都需要符合要求，网平差分为三个过程：

　　(1)前期的准备工作，这部分是用户进行的。即在网平差之前，需要进行坐标系的设置、并输入已知点的经纬度、平面坐标、高程等。

　　(2)网平差的实际进行，这部分是软件自动完成的。

　　(3)对处理结果的质量分析与控制，这部分也是需要用户分析处理的过程。

　　2.2.2网平差结果检验

　　网平差的检验主要通过改正数、中误差以及相应的数理统计检验结果等项来评价。如果网平差达不到要求，需要从以下几个方面来寻找网平差结果不合格的原因：(1)检查坐标系等是否设置正确。(2)检查已知点是否正确，并且是否在一个系统内。(3)检查基线向量网是否正确。(4)检查观测文件的观测点、天线高是否正确。

　　三 结语

　　由此可见，GPS定位技术以其精度高、速度快等特点被广泛应用于控制测量中，并逐步取代了用常规测角、测距手段来建立控制网。

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《GPS在城市控制测量中的应用》

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