GPS实例静态测量及数据处理

GPS实例静态测量及数据处理主要论述GPS基本原理及静态测量应用。

标签：GPS静态0 引言随着我国经济的繁荣；促进了交通事业的发展；公路建设速度和规模也迅猛提高；通车里程及干线公路比重也在逐年加大。

虽然近几年公路建设的标准和质量在提高；但不可否认的是测绘水平还比较落后。

主要表现在测绘方式单一；不能根据道路的不同环境选择合理的测绘方法。

此外；测绘技术含量不高；测绘效率低下；不能满足大规模测绘工作的需要；而且测绘方法通常不被重视；忽视长期的、可持续发展的社会效益。

因此；提高道路测绘管理水平；采取科学有效的方法对道路进行及时测绘；为经济发展提供安全、舒适、畅通的公路基础设施；就显得迫在眉睫。

近年来；全球定位系统（Global Positioning System-GPS）作为新一代的卫星导航定位系统；经过二十多年的发展；已发展成为一种被广泛采用的系统；它的应用领域和应用前景已远远超出了该系统设计者当初的设想；目前；它在航空、航天、军事、交通、运输、资源勘探、通信、气象等几乎所有领域中；都被作为一项非常重要的技术手段和方法；用来进行导航、定时、定位、地球物理参数测定和大气物理参数测定等。

特别在交通和地形测量方面尤为突出。

GPS地区虽然开始应用；但在很多技术环节方面还很不成熟；处在摸索阶段。

本文将结合我地区实际；通过试验和研究应用全面系统地GPS测量基层技术；主要研究内容包括以下几个方面:GPS定位原理；GPS静态定位在测量中的应用；布设GPS网；GPS静态的内业处理；GPS注意事项；GPS营口地区点的分布。

1 GPS定位原理GPS（Global Positioning System）主要根据空中卫星发射的信号；确定空间卫星的轨道参数；计算出锁定的卫星在空间的瞬时坐标；然后将卫星看作为分布于空间的已知点；利用GPS地面接收机；接收从某几颗（5颗或5颗以上）中国领土上一般全天候有5-6颗）卫星在空间运行轨道上同一瞬时发出的超高频无线电信号；再经过系统的处理；获得地面点至这几颗卫星的空间距离；用空间后方距离交会的方法；求得地面点的空间位置。

GPS系统主要由三大部分组成：空间卫星部分、地面控制（监控站等）和用户设备部分（接收机等）。

1.1 GPS定位方法GPS定位的方法是有很多种；可以根据不同的需要用不同的定位方法。

GPS 定位方法可以依据不同的分类标准；一般采用定位时接收机的运动状态分类（单点定位和差分定位）。

1.1.1 动态定位主机相对于固定坐标有明显运动；这样的定位就叫动态定位。

动态定位分导航应用和工程精确测量。

在实际测量应用中导航就是我们要在所定位的区域里放线或沿预定航线到达目标。

工程精度测量是要采集某个目标个时刻的位置和速度(误差在±30mm)。

动态定位又分为Kinematic和Dynamic两类。

其中常用Kinematic。

1.1.2 静态定位GPS静态测量；是利用测量型GPS接收机进行定位测量的一种。

确定待定点确切的位置和方向（最好是观测固定坐标）。

主要用于建立各种级别的控制网。

进行GPS静态测量时；GPS接收机在整个观测过程中的位置是静止；安置在基线端点上；在数据处理时；将接收机位置作为一个不随时间的转变的介质；通过接收到的卫星数据的转变来求得未知点的坐标。

在测量中；GPS静态测量的具体观测模式是多台（3台以上）接收机在不同的测站上进行静止同步观测；时间由40分钟到十几小时不等。

其基本特点是；在GPS观测数据处理中；待定点的坐标是个常量；没有速度分量（精度能够达到±10mm）。

1.2 坐标系、基准和坐标系统测量的基本任务就是确定物体在空间中的位置、形态及其运动轨迹。

对这些特征的描述都建立在某一个特定的空间和时间框架内。

所谓空间框架就是坐标系统；而时间框架就是时间系统。

1.2.1 坐标系统为了描述空间位置；而采用了不同的坐标系；如直角坐标系、极坐标系等。

1.2.2 基准基准是由空间位置而定义的点、线、面；在大地测量中；基准是指用以描述地球形状的参考椭球的参数；如参考椭球的长短半轴；以及参考椭球在空间中的定位及定向；还有在描述这些位置时所采用的单位长度的定义。

1.2.3 坐标系转换与基准转换在GPS测量中；经常要进行坐标系转换与基准转换。

所谓坐标系转换就是在不同的坐标表示形式间进行转换；基准转换是指在不同的参考基准间进行转换。

在实际测量中一般不用手动公式转换；所以手动公式转换请参照其他文献。

1.2.4 GPS测量中长用的坐标系统①WGS-84WGS-84坐标系是当前GPS所采用的坐标系统；GPS所发布的星历参数就是基于此坐标系之上的。

WGS-84坐标系统的全称是World Geodical System-84(世界大地坐标系-84)；它是一个地心地固坐标系统。

WGS-84坐标系统由美国国防部制图局建立；1987年代替了当时GPS所采用的坐标系统WGS-72坐标系统而成为GPS现今所使用的坐标系统。

②北京54坐标1954年北京坐标系是中国现今广泛采用的大地测量坐标系。

该坐标系来自前苏联采用过的1942年普尔科夫坐标系。

由于当时的技术原因该坐标、高程不准确；高程只能应用到局部已知的相对较为准确的区域里分区测量。

按中国天文水准路线推算出来的；而高程又是以1956年青岛验潮站的黄海平均海水面为基准（GPS长用高程）。

例如在辽宁营口、盘锦地区；盖县东南部是一个区；大石桥是一个区；老边、营口、盘锦东南部是一个区。

③西安80坐标系1978年；中国对全国天文大地网进行整体平差；并且建立新的国家大地坐标系统；整体平差在大地坐标系统中进行；这个坐标系统就是1980年西安大地坐标系统。

西安80坐标系统在实际应用中很少涉及；点位很少；所以在工作中尽量避免。

WGS-84地心坐标系可以与1954北京坐标系或1980西安坐标系等参心坐标系相互转换；其方法之一是：在测区内；利用至少3个以上公共点的两套坐标列出坐标转换方程；采用最小二乘原理解算出7个转换参数就可以得到转换方程。

其中7个转换参数是指3个平移参数、3个旋转参数和1个尺度参数。

2 GPS静态定位在测量中的应用2.1 GPS静态定位在测量中的应用GPS静态定位在测量中被广泛地用于大地测量、工程测量、地籍测量、物探测量等；在以上这些应用中；其主要还是用于建立各种级别、不同用途的控制网。

在这些方面；GPS技术已基本上取代了常规的测量方法；成为了主要手段。

2.2 GPS做静态的步骤、注意事项及特点2.2.1 测前需要勘探和确定测量区域的地理位置、范围、控制网的控制面积；控制网的等级、精度；控制网中的点位分布及点的数量。

是否要提交结果；是否需要提交原始数据。

测量时限要求。

对工程的经费要求。

2.2.2 技术要求：要求技术人员数量（分几个测量小组、对特殊情况的应急等），收集资料，仪器要定期检验（要有权威机构开据的检验报告），选点、埋点及需要的材料（一般埋置为比例1:1.5的梯形标石）。

2.2.3 测量中要对测区的情况作一个详细的了解。

对卫星状况要有预报（预报卫星状况，特别是PDOP值）。

对于较多或较大障碍物的测站，需要评估障碍物对GPS观测可能产生的不良影响（一般要离障碍物10米左右）。

2.2.4 根据测量规范，GPS基线向量网被分成了一、二、三、四、五个级别，对于不同级别的GPS 网，有下列的精度要求：一级网一般为区域或国家框架网；二级网为国家大地控制网或地方框架网；三级网为地方控制网和工程控制网；四级网为工程控制网；五级网为测图网。

二等三角等级适用于大于5000m的特大桥，三等三角等级适用于2000-5000m特大桥，四等三角等级适用于1000-2000m特大桥，一级小三角等级适用于高速公路、一级公路、500m-1000m特大桥，二级小三角适用于二级及二级以上公路及小于500m大中桥，三级适用于三级及三级以下公路。

3 GPS基线布网形式GPS基线布网形式有以下几种：跟踪站式、会战式、多基准站式、同步图形扩展式、单基准站式。

因篇幅有限这里就不一一介绍，但总的原则布设图形要方整（不能出现长短边、不规则图形）、图形强度要高，时间要根据精确度增减（静态共同时间不能少于30分钟）。

要使用多台接收机（最少不能少于3台）。

除特殊情况外必须至少要有2个已知点才能进行测量。

设站范围不能有明显的遮挡物，不能有高压线，水等信号干扰物（一般范围在10米以外）。

不能超出接收机接收范围（一般都在8公里左右）。

4 一般GPS做静态采集外业数据分以下步骤①立好架腿、底座，调平，测量高度（一般以测量点中心顶部为准）。

遇到控制点做了防护铁架无法立架腿时，要把防护镢拔出，把测量杆插里以杆的高度测量。

高度的选择一般在仪器天线高中选择。

②用计算机中的电脑软件，或者在测量现场用手部通过传输线或蓝牙链接主机，把每一个主机站都调整为基准站。

③调整RTK、测量形式使主机变为基准站（查准每个主机的主机号）。

④最后要查看显示灯是否正常有规律的亮闪。

⑤要等到最后一个主机站立好以后开始各基站同时计时（时间不少于30分钟）。

5 GPS静态测量内部测量数据处理步骤①计算机通过数据线链接主机，把数据传输到计算机中。

②通过计算机中GPS软件对数据进行基线解算。

基线解算一般采用差分观测值，较为常用的差分观测值分为双差观测值，即由两个测站的原始观测值分别在测站和卫星间求差后所得到的观测值。

③信号不好、观测时间短、及长短边的数据要去掉，采集共同时段、共同波段的信号好的数据。

④基线解算（平差）。

基线解算的过程实际上主要是一个平差的过程，平差所采用的观测值主要是双差观测值。

在基线解算时，平差要分为三个阶段进行，第一阶段进行初始平差，解算出整周未知数参数3的喝基线向量的实数作为已知值，仅将待定的测站坐标作为未知参数，再次进行平差解算，解求出基线向量的最终解-整数解（固定解）。

常用多基线解算。

6 基线解算及数据处理实际例子知性“开始”菜单启动处理软件-创建数据目录-导入数据（一般为HCN文件）-找出静态基线向量-处理全部基线-当RATIO＞3时该基线不合格（要重复解算或更改设置、编辑时段-把型号不好和多次处理仍不合格的数据去掉（超过±0.1m-三维无约束平差-检验基线闭合差（＜5ppm为合格）。

7 注意事项①因采集数据都在主机里，所以在开关主机时一定要注意按钮的长短和时间。

②如果地形不复杂，范围在5公里以内最好使用全站仪和水准布设控制点。

③测量前要确定基准点是哪种坐标系。

8 营口地区控制点①坐标控制点最准确的在大龙山上（老边至盘锦的控制网就是以它为基准点），是国家二级点。

高程最准确的是新传染病院西门地震点。

②营口地区较为准确的三级点Ⅰ向阳化工厂主楼上、Ⅱ柳树镇镇政府楼上、Ⅲ郭家铁路跨线桥下。