黃新蓉

GPS控制測(cè)量在平面控制聯(lián)測(cè)、線路野外控制等許多方面上的優(yōu)勢(shì)非常顯著，在控制測(cè)量中常采用的作業(yè)模式是靜態(tài)和快速靜態(tài)定位。通過(guò)工程實(shí)踐，我們發(fā)現(xiàn)GPS作業(yè)面臨的主要問(wèn)題是：怎樣保證聯(lián)測(cè)精度的穩(wěn)定、提高外業(yè)的工作效率，充分發(fā)揮GPS作業(yè)的高效、精確、快捷等優(yōu)點(diǎn)。為此需要在聯(lián)測(cè)起算點(diǎn)、GPS布網(wǎng)、觀測(cè)時(shí)間、多路徑效應(yīng)等方面入手分析。

起算點(diǎn)的影響因素

GPS定位結(jié)果屬于WGS-84地心坐標(biāo)系。而實(shí)用的城市與工程測(cè)量成果采用某一國(guó)家或地方坐標(biāo)系，需要將GPS測(cè)量成果轉(zhuǎn)換成國(guó)家或地方的二維或三維坐標(biāo)系下的相應(yīng)成果，轉(zhuǎn)換的主要方法是利用GPS網(wǎng)點(diǎn)與原地面控制網(wǎng)點(diǎn)重合（重合點(diǎn)一般不少于3點(diǎn)），將少量的重合己知點(diǎn)作為約束條件，將GPS網(wǎng)強(qiáng)制附合到己知點(diǎn)所在的坐標(biāo)系中。實(shí)踐證明；重合點(diǎn)的誤差和點(diǎn)位分布將影響GPS網(wǎng)約束平差的精度，由于設(shè)置控制點(diǎn)的建筑物形變等原因，引起這些己知點(diǎn)的坐標(biāo)有時(shí)可能存在較大的誤差。若將這些存在較大誤差的己知點(diǎn)作為平差計(jì)算或坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的約束，其結(jié)果必然歪曲GPS測(cè)量的原有精度。特別是當(dāng)這些點(diǎn)誤差較大或含有粗差時(shí)，將嚴(yán)重影響GPS成果的可靠性，使高精度的GPS定位成果失去本來(lái)意義。在進(jìn)行GPS網(wǎng)約束平差前，對(duì)GPS控制網(wǎng)起算點(diǎn)坐標(biāo)的誤差進(jìn)行分析是非常必要的。

起算點(diǎn)主要包含點(diǎn)位本身精度和點(diǎn)位的分布兩種因素，起算點(diǎn)的問(wèn)題會(huì)直接在GPS網(wǎng)的平差結(jié)果中表現(xiàn)出來(lái)。由于我國(guó)的國(guó)家控制點(diǎn)布設(shè)的時(shí)間較久，在許多地區(qū)破壞嚴(yán)重，有些點(diǎn)又被不同的單位恢復(fù)或更新。另外實(shí)際應(yīng)用中除利用國(guó)家控制點(diǎn)外，往往須用到軍控點(diǎn)或地礦、煤田等系統(tǒng)所布設(shè)的控制點(diǎn)，有時(shí)還須用地方城建點(diǎn)等，不同等級(jí)或分屬不同區(qū)域的控制點(diǎn)間，以及由不同單位布設(shè)的控制點(diǎn)間可能存在較大的誤差，會(huì)對(duì)GPS控制網(wǎng)的精度產(chǎn)生不利影響。

起算數(shù)據(jù)的數(shù)量在GPS控制網(wǎng)中也尤為重要。為了解算出控制網(wǎng)中未知點(diǎn)的坐標(biāo)，我們一般需要和國(guó)家控制點(diǎn)聯(lián)測(cè)。鑒于目前國(guó)家控制點(diǎn)破壞較多，故在GPS作業(yè)前，應(yīng)盡可能多地搜集測(cè)區(qū)周?chē)叩燃?jí)控制點(diǎn)，且控制點(diǎn)應(yīng)以同一系統(tǒng)、同一等級(jí)為好。為提高GPS聯(lián)測(cè)的可靠性，便于網(wǎng)形設(shè)計(jì)，保證網(wǎng)的精度，GPS聯(lián)測(cè)的起算點(diǎn)一般應(yīng)以3個(gè)以上為宜，并應(yīng)均勻分布在測(cè)區(qū)周?chē)?。?dāng)聯(lián)測(cè)點(diǎn)多于3個(gè)時(shí)，內(nèi)業(yè)計(jì)算時(shí)可分組計(jì)算，選擇附合條件較好的點(diǎn)作為起算數(shù)據(jù)，求得最優(yōu)的解算結(jié)果。

GPS布網(wǎng)

GPS布網(wǎng)主要包括網(wǎng)形設(shè)計(jì)和觀測(cè)計(jì)劃制定，構(gòu)成優(yōu)化的解算圖形，同時(shí)應(yīng)考慮提高成果可靠性，防止粗差。GPS網(wǎng)觀測(cè)時(shí)應(yīng)有異步獨(dú)立觀測(cè)環(huán)或符合線路，構(gòu)成異步環(huán)的邊數(shù)不宜太多，也不能太少。大量增加異步環(huán)會(huì)使作業(yè)計(jì)劃復(fù)雜，延長(zhǎng)工期，影響工效，因此應(yīng)研究合理的獨(dú)立觀測(cè)環(huán)數(shù)。網(wǎng)形設(shè)計(jì)完成后，就要參考最新的星歷預(yù)報(bào)制定嚴(yán)密的作業(yè)計(jì)劃，使工作有條不紊開(kāi)展，這是提高工作效率的重要環(huán)節(jié)。

GPS網(wǎng)的設(shè)計(jì)已免除了測(cè)角、邊角同測(cè)和測(cè)邊網(wǎng)等的傳統(tǒng)要求。它不需要點(diǎn)間通視，也不需要考慮布設(shè)什么樣的圖形，也就更不需要考慮圖形強(qiáng)度，不需要設(shè)置在制高點(diǎn)上（哪里需要就可以設(shè)置在哪里）。所以GPS網(wǎng)的設(shè)計(jì)是非常靈活的，但也應(yīng)注意以下幾個(gè)問(wèn)題：

除了特殊需要，一般GPS基線長(zhǎng)度相差不要過(guò)大，這樣可以使GPS測(cè)量的精度分布均勻。

GPS網(wǎng)不要有開(kāi)放式的網(wǎng)型結(jié)構(gòu)，應(yīng)構(gòu)成封閉式閉合環(huán)和子環(huán)路。

應(yīng)盡量消除多路徑影響，防止GPS信號(hào)通過(guò)其它物體反射到GPS天線上，因此應(yīng)避開(kāi)強(qiáng)反射的地面，避開(kāi)強(qiáng)反射環(huán)境，如山谷、山坡、建筑物等。

避開(kāi)強(qiáng)電磁波干擾，設(shè)站應(yīng)遠(yuǎn)離雷達(dá)站、電臺(tái)、微波中繼站等。

GPS網(wǎng)中的異步環(huán)實(shí)質(zhì)上僅起到了多余觀測(cè)的作用，是剔除粗差的有效手段，而對(duì)于網(wǎng)平差精度的提高并非起到?jīng)Q定性作用。和傳統(tǒng)的測(cè)量手段相比，GPS外業(yè)操作中除了量取天線高度及儀器的對(duì)中整平外，幾乎沒(méi)有其它的人為誤差因素；對(duì)于在較短時(shí)間內(nèi)完成的一段GPS網(wǎng)，系統(tǒng)所引起的粗差會(huì)在整個(gè)網(wǎng)中體現(xiàn)，而單條基線只要觀測(cè)條件滿足，基線解算良好，應(yīng)認(rèn)為其結(jié)果可靠。

由于起算點(diǎn)對(duì)網(wǎng)平差影響較大，所以在施測(cè)布網(wǎng)時(shí)盡量使起算點(diǎn)間形成異步環(huán)，其它各點(diǎn)根據(jù)實(shí)際情況而定，不必非在異步環(huán)中，以便節(jié)省大量的重復(fù)設(shè)站時(shí)間。因此適當(dāng)減少GPS網(wǎng)中的異步環(huán)數(shù)量，這不但不會(huì)影響網(wǎng)平差的精度，而且還會(huì)提高工作效率。在起算點(diǎn)和需要設(shè)置參考站的過(guò)渡點(diǎn)構(gòu)成異步環(huán)后，其它測(cè)點(diǎn)根據(jù)情況可不必形成異步環(huán)，但要保證觀測(cè)條件良好，基線解算合格。

觀測(cè)時(shí)間

觀測(cè)時(shí)間的長(zhǎng)短直接影響工作效率和基線解算效果，時(shí)間短會(huì)因采集數(shù)據(jù)不夠而使基線解算失??；過(guò)長(zhǎng)觀測(cè)時(shí)間不會(huì)提高基線解算精度，造成時(shí)間上的大量浪費(fèi)。GPS作業(yè)通過(guò)對(duì)某條基線一定時(shí)間內(nèi)采集到的衛(wèi)星數(shù)據(jù)進(jìn)行解算，求出衛(wèi)星信號(hào)的整周未知數(shù)（模糊度），如果參加計(jì)算的數(shù)據(jù)量不足以確定出信號(hào)的整周未知數(shù)，則基線解算失敗。另外，“周跳”也會(huì)對(duì)解算成果造成不良影響，由于地球電離層，噪音等因素對(duì)衛(wèi)星信號(hào)的干擾，會(huì)使信號(hào)的整周數(shù)產(chǎn)生異常的波動(dòng)，隨著觀測(cè)時(shí)間的延長(zhǎng)，“周跳”產(chǎn)生的機(jī)率越大，如果GPS在觀測(cè)和計(jì)算中不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)并剔除“周跳”，不但不能夠提高基線解算的質(zhì)量，還會(huì)產(chǎn)生負(fù)面的影響。例如某工程在作業(yè)中，對(duì)兩段7.8km和10.6km的基線做出比較，這兩段基線的觀測(cè)時(shí)間都在20分鐘以上，觀測(cè)條件良好。

國(guó)家GPS測(cè)量規(guī)范對(duì)不同級(jí)別的GPS網(wǎng)觀測(cè)時(shí)間有具體的規(guī)定，對(duì)于精密工程GPS控制網(wǎng)，例如B級(jí)網(wǎng)，規(guī)范規(guī)定連續(xù)觀測(cè)時(shí)間為4小時(shí)以上。然而并不是一味的延長(zhǎng)觀測(cè)時(shí)間基線處理的精度就高，理論分析與實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明：在載波相位觀測(cè)中，如果整周未知數(shù)已經(jīng)確定，那么相對(duì)定位的精度，將不會(huì)隨觀測(cè)時(shí)間的延長(zhǎng)而明顯提高，整周未知數(shù)的解算一般需要l～2小時(shí)可以準(zhǔn)確解算。有時(shí)隨著時(shí)間的增加會(huì)出現(xiàn)精度下降現(xiàn)象，出現(xiàn)這種情況的主要原因是粗差或低精度的基線觀測(cè)值的影響；但同時(shí)也看到，觀測(cè)時(shí)間適當(dāng)加長(zhǎng)，基線精度的波動(dòng)就會(huì)減小，這樣可以使基線的精度維持一定的水平?；€長(zhǎng)度基本保持不變，這也說(shuō)明適當(dāng)增加觀測(cè)時(shí)間對(duì)提高基線精度是有幫助的。選擇好的觀測(cè)時(shí)段可以實(shí)現(xiàn)在較短的時(shí)間內(nèi)得到較高的基線精度，從而提高工作效率。然而對(duì)于一個(gè)大型的高精度的GPS控制網(wǎng)可以采用星歷預(yù)報(bào)與實(shí)際分析相結(jié)合的方法，第一天選擇預(yù)報(bào)較好的時(shí)段，采用較長(zhǎng)的觀測(cè)時(shí)間，然后通過(guò)分段基線解算，選擇精度最高的時(shí)段。對(duì)于短基線的測(cè)區(qū)，由于相鄰兩天同一時(shí)刻衛(wèi)星分布基本相同，以后幾天的觀測(cè)可以參考第一天的觀測(cè)時(shí)間段，從而提高工作效率。

本文通過(guò)理論結(jié)合實(shí)踐，分析了GPS在現(xiàn)代測(cè)量中的應(yīng)用，包括：起算點(diǎn)的影響因素、GPS布網(wǎng)、觀測(cè)時(shí)間三個(gè)方面。隨著GPS系統(tǒng)的完善，定位技術(shù)的成熟，希望本文的研究能得出一些有益于工程實(shí)踐的建議。

作者單位：新疆維吾爾自治區(qū)國(guó)土資源規(guī)劃研究院