GPS靜態(tài)定位在測量中的應(yīng)用

唐占友

摘要：隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，我國的GPS技術(shù)有了很大進(jìn)展，并在工程測量中得到了廣泛的應(yīng)用。近年來，常規(guī)性的測量手段得以逐步改善或替換，而GPS靜態(tài)定位便是其中之一。目前，GPS靜態(tài)定位在測量中被廣泛用于工程測量、大地測量、地籍測量、各類變形監(jiān)測等，其中主要用于驗證、建立各種類型和等級的控制網(wǎng)。采用GPS靜態(tài)測量，在驗證和布設(shè)控制網(wǎng)方面具有精度高、選點靈活、全天候作業(yè)、觀測時間短、數(shù)據(jù)處理自動化程度高等特點;GPS技術(shù)已基本取代了常規(guī)的測量方法。本文結(jié)合自身工作經(jīng)驗及某工程案例淺談GPS靜態(tài)定位在現(xiàn)代測量中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：GPS;靜態(tài)測量;RTK;控制網(wǎng)

引言

近年來，隨著GPS（GlobalPositionSystem）技術(shù)的飛速發(fā)展，用GPS監(jiān)測地面位移已成為業(yè)界的主流，不過所用的方法一般是靜態(tài)監(jiān)測法，即用GPS監(jiān)測網(wǎng)通過一系列的解算，求得監(jiān)測點的位移量。最近，隨著GPS精度的提高，GPS的快速靜態(tài)方式也可滿足采煤塌陷地位移監(jiān)測的精度要求，且方便快速，可實時監(jiān)測，工作費用也大規(guī)模降低。

1GPS靜態(tài)測量

GPS靜態(tài)測量，是GPS定位測量的一種。在觀測過程中，使用兩臺或以上接收設(shè)備，分別安放在一條或多條基線的端點，同步觀測4顆或4顆以上衛(wèi)星，每時段觀測時長40分鐘以上，整個過程中，接收機(jī)位置靜止，不隨時間變化而變化。

2工程概況

某市是典型的資源型城市，該市境內(nèi)煤炭資源豐富，含煤面積357km2，占境域面積的22%，地下煤炭儲量達(dá)41×108t，是全國8大煤炭生產(chǎn)基地之一。多年來，煤炭開采在帶動地方經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的同時，也帶來了采煤區(qū)塌陷等毀壞耕地、破壞生態(tài)等人為地質(zhì)災(zāi)害方面的問題。

3監(jiān)測方法

3.1控制點的布設(shè)

為滿足位移監(jiān)測的精度要求，必須建立穩(wěn)定的控制點作為基礎(chǔ)，以監(jiān)測地表的位移情況。采煤區(qū)的特點就是，采煤掘進(jìn)區(qū)是始終在變化的，而其工業(yè)廣場在開采過程中是不會變化的。因此，我們選擇兩煤礦（鮑店煤礦和橫河煤礦）的工業(yè)廣場作為基準(zhǔn)點的待選區(qū)域，另取遠(yuǎn)離測區(qū)的兩點作為基本控制點。GPS快速靜態(tài)測量的特點是在基準(zhǔn)點以內(nèi)（內(nèi)含）測得的GPS點比在基準(zhǔn)點之外（外延）測得的GPS點精度高，外圍必須有足夠的等級較高的控制點才能保證其內(nèi)部點的平面位置精度。根據(jù)測區(qū)和調(diào)查取得的實際控制點的情況，我們?nèi)□U店礦、楊村礦、橫河、騎嶺4點作為GPS快速靜態(tài)的首級控制點，按殘差最小的原則求取7參數(shù)。

3.2地面位移監(jiān)測點的布設(shè)

⑴GPS監(jiān)測點位選定要求。根據(jù)GPS監(jiān)測的特點。⑵平面位移監(jiān)測墩的建立。根據(jù)本工程的設(shè)計要求，本工程的位移監(jiān)測點包括兩部分：一部分是監(jiān)測平面位移的監(jiān)測點，另一部分是監(jiān)測治理工程之一——擋墻的監(jiān)測點。根據(jù)《工程測量規(guī)范》（GB50026-2007）要求，本工程水平位移監(jiān)測采用GPS網(wǎng)的形式。根據(jù)本工程的設(shè)計要求，GPS監(jiān)測網(wǎng)應(yīng)滿足三等水平位移監(jiān)測基準(zhǔn)網(wǎng)的要求，即相鄰基準(zhǔn)點的點位中誤差不大于6.0mm。為了提高位移監(jiān)測點的成果精度，也為了本工程長期監(jiān)測（監(jiān)測期為10年）需要，必須制作強制對中觀測墩。根據(jù)本項目設(shè)計要求，地面位移監(jiān)測點采用監(jiān)測區(qū)均勻布設(shè)的原則，在此原則之下，適當(dāng)考慮煤炭開采活動的重點區(qū)域，適當(dāng)增加GPS監(jiān)測點的密度。擋墻監(jiān)測點的作用就是監(jiān)測治理工程已建立的擋土墻，視其變化是否超出一定的范圍，主要監(jiān)測其安全性，次要功能是監(jiān)測擋墻是否出現(xiàn)整體位移，以判定地下煤炭開采和地面位移的關(guān)系。

3.3地面位移監(jiān)測方法

地面位移監(jiān)測采用GPS快速靜態(tài)1+1的監(jiān)測方法，即固定一臺GPS作為基準(zhǔn)站，另一臺為GPS快速靜態(tài)的流動站。所用儀器為美國天寶光譜EPOCH50GNSS，精度指標(biāo)：碼差分定位測量，水平0.25mm+1ppm;垂直：0.50mm+1ppm。靜態(tài)測量及快速靜態(tài)測量，平面3mm+0.1ppm，垂直：3.5mm+0.4ppm，動態(tài)測量，水平10mm+1ppm，垂直20mm+1ppm。由此看出，天寶光譜EPOCH50GNSS的快速靜態(tài)方式可以獲得較高的平面位置精度（3mm+0.1ppm）。為了精確測得位移監(jiān)測點的坐標(biāo)，將基準(zhǔn)站架設(shè)在預(yù)設(shè)觀測墩的高層建筑物上，以保證GPS信號的強度與精度。進(jìn)行快速靜態(tài)觀測時，首先在GPS手簿中設(shè)置好基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換7參數(shù)等相關(guān)參數(shù)，每次作業(yè)開始時，將流動站放置在已知點上，以檢驗GPS手簿設(shè)置及其功能的正確性。測量過程中，及時觀察GPS手簿中顯示的各項精度指標(biāo)，包括水平精度和和垂直精度，每點靜態(tài)測量的時間在10min以上。為了滿足位移觀測的高精度要求，作業(yè)中，采取了2項措施提高GPS快速靜態(tài)的水平測量精度：①選擇最有利的觀測時間?？焖凫o態(tài)的測量實踐表明，上午11點之前和下午3點之后，快速靜態(tài)測量成果最穩(wěn)定，測量信號固定也快，故選擇最有利觀測時段進(jìn)行位移點監(jiān)測;②為了保證位移監(jiān)測點的精度和可靠性，位移監(jiān)測點皆在不同的時段重測一次，2次水平較差控制在5mm之內(nèi)。

4布設(shè)GPS工程控制網(wǎng)的工作步驟及要點

（1）測前工作。GPS控制網(wǎng)測量實施前，需對控制網(wǎng)的各項技術(shù)要求進(jìn)行詳細(xì)的了解及掌握，然后按照所述要求編制技術(shù)設(shè)計書以指導(dǎo)后期的測量實施。通常情況下，需核實的信息包含測區(qū)的地理位置、范圍;控制網(wǎng)的控制面積、用途、精度等級、點位分布、點的數(shù)量及密度要求;所用坐標(biāo)系統(tǒng);對提交成果的時限要求等。在核實以上信息并完成技術(shù)設(shè)計書編寫后，進(jìn)入測量前的準(zhǔn)備工作具體包括以下幾步。一是測繪資料的搜集與整理，對已有或新建控制網(wǎng)需要收集整理的資料主要包括測區(qū)及周邊地區(qū)可利用的已知點的相關(guān)資料和測區(qū)地形圖等;二是儀器的檢驗，對各種儀器包括GPS接收機(jī)及相關(guān)設(shè)備進(jìn)行檢驗，以確保能夠正常工作;三是踏勘、選點、埋石。（2）測量實施。當(dāng)負(fù)責(zé)GPS測量作業(yè)的隊伍到達(dá)測區(qū)后，需先對測區(qū)的情況作一個詳細(xì)的了解。根據(jù)測區(qū)的地理位置，以及最新的衛(wèi)星星歷，對衛(wèi)星狀況進(jìn)行預(yù)報，作為選擇觀測時間段的依據(jù)。根據(jù)衛(wèi)星狀況、測量作業(yè)的實際情況，結(jié)合技術(shù)設(shè)計書確定具體作業(yè)方案以指導(dǎo)外業(yè)測量工作。在進(jìn)行外業(yè)觀測時，外業(yè)觀測人員要嚴(yán)格按照作業(yè)規(guī)范、作業(yè)指令進(jìn)行操作。在一段外業(yè)觀測結(jié)束后，應(yīng)及時將觀測數(shù)據(jù)傳輸?shù)接嬎銠C(jī)中，并根據(jù)要求進(jìn)行備份。對所獲得的外業(yè)數(shù)據(jù)及時地進(jìn)行處理，解算出基線向量，并對解算結(jié)果進(jìn)行質(zhì)量評估，質(zhì)量符合要求后再進(jìn)行下一步測量直至完成所有GPS觀測工作。（3）后期數(shù)據(jù)處理。采用GPS配套平差軟件，對外業(yè)觀測所得的基線向量進(jìn)行質(zhì)量檢驗，并對由合格的基線向量所構(gòu)建成的GPS基線向量網(wǎng)進(jìn)行平差解算，得出網(wǎng)中各點的坐標(biāo)成果。如果需要利用GPS測定網(wǎng)中各點的正高或正常高，還需要進(jìn)行高程擬合。根據(jù)整個GPS控制網(wǎng)的觀測及數(shù)據(jù)處理情況，進(jìn)行全面的技術(shù)總結(jié)。

結(jié)束語

綜上所述，GPS靜態(tài)測量可以順利完成控制網(wǎng)的建立、已有控制網(wǎng)的驗證及其他廣泛的測量任務(wù)。GPS靜態(tài)測量的高效率高質(zhì)量特性，已在現(xiàn)代測量中得到廣泛使用。

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（作者單位：遼寧城建設(shè)計院有限公司）