现代化测量中GPS技术在的应用方案

GPS性能好，精度高，是迄今最好的导航定位系统。GPS技术应用于测量有测点间无通视要求、选点方便、可大量减少建造高标节省造标费用、可全天观测、观测时间短、数据处理速度快、成果精度高等优点，其全面建成和发展，将导致测绘行业一场深刻的技术革命。GPS可用来建立高精度大地控制点和工程控制点。GPS使用L波段，配有两个载频：L1的中心频率为1 575.42 MHz，L2的中心频率为1 227.6 MHz。接收机有许多种类，按所要求的精度可分为单频粗码接收机和双频精码接收机，使用粗码接收机的实时定位精度在25 m左右，精码接收机的实时定位精度优于10 m，使用相位接收机，经数据处理的相对定位(基线的三维测定)精度可达百万分之一左右，基线长度可以从几公里到1 000 km，典型的15 km基线的3个坐标差可达厘米级，所用测量时间最多为几个小时。

在城市测量中的应用

随城市化进程的加快，城市测量有了很大发展，城市测量成果、成图是城市规划、建设管理必需的重要基础资料，而大地测量是其他测绘工作的基础，大地测量为测制各种地形图和为工程建设提供高等级控制点，同时还为地球物理学等提供精确的基础资料。结合各城市控制测量(或大地测量)的实际，采用GPS技术进行城市控制网的建立、扩建有着重要意义。目前已有不少城市如广州、深圳、北京、上海等地进行了这方面的探索，均取得较好成果。2005年4～8月，笔者带队在江门地区进行了江门市控制网GPS-C/D级网的建立工作。

(1)仪器设备 美国Trimble公司5700双频接收机4台，配有小圆盘天线，仪器标称精度斜距为(10+2×10-6 mm)·D，经对接收机进行长、短基线测试，及与标准基线检验比较和其他需检项目，均达到标称精度指标。

(2)应用情况 从4月份开始作业，先后在江门市城区、新会、鹤山、台山、开平、恩平等6个县级市进行GPS城市网测量共计280余点。各城市布网原则是旧网基础上扩大控制面积和提高精度。外业测量计划和数据处理，根据各城市具体情况和要求，由GPS作业组进行安排。诸如设站次数、网的连接扩展、必要的重合点的选择等。作业技术依据《全球定位系统测量规范》(GB/T18314-2001)和技术设计书要求。根据卫星通过该地区时间，制定作业计划，选择最佳卫星组，为了安全尽量白天作业，每天观测两个时段，观测时至少有6颗卫星可跟踪，PDOP≤6(Position Dilution of Precision位置精度强弱度)，每点至少设站两次，时长控制在30～60 分钟，采用边连式扩展增加多余观测量。

(3)外业基线预处理及成果取舍　野外作业携带便携式微机1台，对每天观测数据及时进行基线预处理，凡复测基线、闭合环超限或整周模糊度无解的都进行重测。

原因有以下几个方面：

1)仪器不稳定，可能与气象条件有关，有一台接收机经修理后使用第1天凡与该仪器有关基线全面不能用，继续作业有改善;

2)温度过高影响成果精度，如某地温度达36～38℃时成果不能取用，调整观测时间后可解决;

3)雷雨闪电过后，发生停机现象多次;

4)天线高丈量不准确影响基线长度。

通过几个城市对成果的应用和与旧坐标比较，GPS定位技术用于城市控制网和工程网，具有精度高、速度快、效率高、成本低、成果精度均匀可靠的优点。

在地形、地籍及房地产测量中的应用

地形测图为城市、矿区以及为各种工程提供不同比例尺的地形图，以满足城镇规划和各种经济建设的需要。地籍及房地产测量是精确测定土地权属界址点的位置，同时测绘供土地和房产管理部门使用的大比例尺的地籍平面图和房产图，并量算土地和房屋面积。GPS出现，可以高精度并快速测定各级控制点的坐标。特别是应用RTK(Real Time Kinematic实时动态测量)新技术，甚至可以不布设各级控制点，仅依据一定数量的基准控制点，便可以高精度并快速地测定界址点、地形点、地物点的坐标，利用测图软件可在野外一次测绘成电子地图，然后通过计算机和绘图仪、打印机输出各种比例尺的图件。

应用RTK技术进行定位时要求基准站接收机实时地把观测数据(如伪距或相位观测值)及已知数据(如基准站点坐标)实时传输给流动站GPS接收机，流动站快速求解整周模糊度，在观测到6颗卫星(至少4颗)后，可实时求解出厘米级的流动站动态位置。这比GPS静态、快速静态定位需要事后进行处理来说，定位效率会大大提高。故RTK技术一出现，其在测量中的应用立刻受到重视。

(1)RTK技术用于各种控制测量

常规控制测量如三角测量、导线测量，要求点间通视，费工费时，而且精度不均匀，外业中不知道测量成果的精度。GPS静态、快速静态相对定位测量无需点间通视，能高精度地进行各种控制测量，但数据处理费时，不能实时定位并知道定位精度，内业处理后发现精度不合要求必须返工测量。而用RTK技术进行控制测量既能实时知道定位结果，又能实时知道定位精度，这样可大大提高作业效率。应用RTK技术进行实时定位可以达到厘米级精度，因此，除了高精度的控制测量仍采用GPS静态相对定位技术之外，地形测图中的控制测量、地籍和房地产测量中的控制测量和界址点点位的测量都可采用RTK技术。采用RTK技术测图，仅需一人背着仪器在要测的碎部点上观测上1、2秒钟并同时输入特征编码，用电子手簿或便携微机记录，在点位精度合乎要求的情况下，把一个区域内的地形地物点位测定后回到室内或在野外，由专业测图软件可输出所要求的地形图。用RTK技术测定点位不要求点间通视，仅需一人操作，便可完成测图工作，大大提高了测图的工作效率。

(2)RTK技术在地籍和房地产测量中的应用

地籍和房地产测量中应用RTK技术测定每一宗土地的权属界址点以及测绘地籍与房地产图， 同上述测绘地形图一样，能实时测定有关界址点及一些地物点的位置并能达到要求的厘米级精度。将GPS获得的数据处理后直接录入GPS，可及时地精确地获得地籍和房地产图。但在影响 GPS卫星信号接收的遮蔽地带，应使用全站仪、测距仪、经纬仪等测量工具，采用解析法或图解法进行细部测量。在建设用地勘测定界测量中，RTK技术可实时地测定界桩位置，确定土地使用界限范围、计算用地面积。利用RTK技术进行勘测定界放样是坐标的直接放样，建设用地勘测定界中的面积量算，实际上由GPS软件中的面积计算功能直接计算并进行检核。避免了常规的解析法放样的复杂性，简化了建设用地勘测定界的工作程序。

在工程变形监测中的应用

GPS自20世纪80年代中叶投入民用后，已广泛地在导航、定位等各领域应用，尤其在测量界的控制测量中起了划时代的作用。正因为它在静态相对定位中的高精度、高效益、全天候、不需通视，使人们普遍用来逐渐代替常规的三角、三边、边角等方法，并在理论、实践中取得了可喜的成果。但在精密工程变形监测中还少有应用，尚处于理论研究和实践摸索之中。下面笔者将对GPS在(工程)变形监测中的基准设计、图形结构强度设计、观测时段的设计、监测周期的设计等方面作一分析，探讨利用GPS技术进行工程变形观测的新思路。

1 基准设计

在工程变形监测中，基准设计(包括位置基准和内外部尺度基准设计)是一项关系到监测成果是否可靠、准确地反映变形体的变形情况的工作，以常规的手段，对某一建(构)筑物进行变形监测，由于仪器和其他诸多因素的制约，使得监测网的基准点不能离开变形监测区域太远，而太近将又要受自身变形的影响，不能准确地反映变形数值，所以较困难。由于GPS技术的不断完善，高精度的仪器的面世(1 +0.5×10-6 mm)，解决这一问题就较容易了，完全可以将基准点选在变形区外，从而保证了数据的可信度。

2 图形结构强度设计

图形强度设计指变形点之间，变形点与基准点之间的几何图形配置，网中独立基线数目和相互连接方式设计。首先，在图形选择过程中，必须顾及基准点对变形点的有效控制，同时基准点之间又要能相互检校。其次，在模型识别和参数识别方面的设计将可保证真正的变形模型，和引起变形的真正因素，以便分析引起变形的真正因素和采取相应的对策。

(1)模型识别的设计模型　在设计参考网时，它应能有效地检测出网中任何一个不稳定点;在设计相对网时，应能正确地从几种可能的变形模型中检测和分离出真正的变形模型。为了保证变形分析结果正确，还需要GPS监测网具有良好的粗差检测和定位能力。研究表明，当GPS基线向量监测网中每个点发出的基线数目至少为3条时，网具有较好的可靠性。

(2)参数识别的设计模型　由上述可知，只要可区分度指标满足要求，则灵敏度一定满足要求，但最佳变形模型的参数常常还需要更为精确的估计。

3 观测时段和周期的设计

针对观测时段和周期，可以将工程及工程变形的性质(如剧烈变化，连续较快变化，长时期的缓慢变化等)结合起来分析，做出有利用于实现分析成果和监测意图的最佳观测周期，且可以结合目前天空的卫星分布情况，卫星的健康状况，对于时段的长短、白天、黑夜、气象等及外界因素的各种分析，得出最佳的观测时段。

4 连续长时间观测，分历元数据处理——描述变形体位移(水平)的数据处理新方法

通常所进行的相对静态定位方法是利用在某一时间段观测(同步)的数据，利用差分等手段，求得点与点之间的坐标向量;而对于连续不断的工程变形，获得的是这一时间段内，点位之间最成熟的关系值。但常常需要知道一较小时间里，甚至某一时刻的最成熟的点与点之间的关系，目前，比较常用的是：利用较长一段时间的同步观测数据进行分历元数据处理，求得该时刻最成熟的点与点之间关系的方法。

GPS技术在工程变形监测中的应用，分以下步骤：

(1)根据监测的目的，在图上选点，然后到野外踏勘，以保证所选点位满足布网的要求和野外观测所具备的条件，最后得到要施测的概略点位;

(2)按每个点发出3条独立基线且边长分布较为均匀的原则并根据接收机台数的多少和布网原则，设计网的观测图形，并选定可能要追加施测的路线;

(3)给定所需的可区分度指标(或精度指标)进行计算，直到达到给定的要求为止，最后得到增加独立观测基线后的最终施测方案;

(4)观测时段和周期的设计;

(5)采用连续观测分历元数据处理，或间断观测，整段数据处理方法进行数据计算;

(6)利用观测值的统计，成因分析，一元或多元线性回归，逐步回归，图表等形式进行数据分析。

由以上方法可知，利用这一监测方式，可以解决同一变形体，由于受阳光、风力、外界因素干扰(如大桥上行驶的车辆对大桥的影响)等，在某一时刻，它们之间最直接的相对关系(相对位移及扰度等)及它们相对于参考基准点的绝对位移。分析它们各项因子对变形体影响的显著性，为工程及设计，运营管理单位提供最可靠的最直观数据及分析资料。

结语

GPS定位技术还受着美国的控制，我国的大专院校、科研部门正积极参与这一场高技术领域的研究，建立我国高精度GPS控制网，从事GPS定轨和精密定位的研究，这将使GPS技术在国民经济建设、国防建设和科学研究的各个领域中展示出应用的美好前景。