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摘要：在GPS 技术的应用上，由于一般静态测量时间相对较长，而动态测量定位的准确性和可靠性有时又难以保证，因此采用快速静态测量作为首级控制测量的作业方式，在首级网的基础上采用常规导线进行加密。本文分析了GPS定位技术线性控制测量在河道整治中的应用。
关键词：GPS定位技术；线性控制测量；河道整治；应用
河道具有蓄水、排涝、供水、灌溉、旅游、环保和航运等综合功能，是水的“动脉”、是水环境的重要因素。但是，由于长期以来人为破坏加剧，加上各种负面因素影响，河道疏浚整治和建设的进程始终处于滞后状态，致使河网淤积和水环境问题严重，现状令人担忧。河道淤积严重，河道过水、蓄水和通航能力急剧下降。为了解决确保河道堤防及供水安全的时效性，以及为有关单位招投标及后期施工提供科学依据，采用先进的技术显得非常必要。
一、简介
通常情况下，GPS系统都是由三大部分构成，即卫星、地面控制系统和用户。
1.空间卫星。作为GPS系统的空间主体部分，在系统全面建成后，空间卫星的数量应有24颗，它们应分布在不同的轨道平面上，每一个轨道平面上卫星的数量应超过3颗，其与赤道的夹角通常都为55°，这样在地球上的任何一片区域的任何一个地点，GPS系统都能对其进行实时的定位和观测。
2.控制系统。通常情况下，控制系统也是分为主控系统、监测系统和注入系统三大部分的，控制系统的最主要工作就是及时的改进空间卫星的运行状态，从而保证空间卫星的正常运行。在调整作业完成后，我们应将搜集到的卫星运行的最新资料反馈给相关的设备，最大限度的保证定位的准确度。基准站把接收到的所有卫星信息（包括伪距和载波相位观测值）和基准站的一些信息（如基准站坐标天线高等）都通过无线电通讯系统传递到流动站，流动站在接收卫星数据的同时也接收基准站传递的卫星数据。在流动站完成初始化后，把接收到的基准站信息传递到控制器内并将基准站的载波观测信号与本身接收到的载波观测信号进行差分处理，即可实时求得移动站的坐标。
3.用户。这里的用户与我们所理解的用户是有着一定的区别的，其并不是特指某一对象，而是指一个服务的整体。GPS系统提供的是实时的定位服务，地面接收机则是其指向的特定设备。地面接收机是由主机、电源和天线所组成的，在接收到卫星传来的信号后，主机会对数据进行分析和处理，从而得出有效的导航数据，最后得到我们所需要的信息。
二、GPS定位技术线性控制测量在河道整治中的应用
1.GPS网的布设方法。控制网的建立主要是满足河堤地形测量的需要。由于测区为一狭长地带，考虑到地形测量及以后工作的需要，由东向西将控制网而设成三角形锁，使得每一条基线都能得到一定的检核。用3台套GPS接收机采用边连式构网，以保证传递精度。同时考虑到常规导线测量，所布设的GPS点均两两对应，互相通视。而从点沿正常重力线量取正常高所得端点构成的封闭曲面称为似大水准面，它不是水准面，只是用以计算的辅助面。点沿正常重力线到似大地水准面的距离称为正常高，正常高可以精确求得。所以，我国规定采用正常高系统作为我国高程的统一系统。平时所说的高程一般指的就是该点的正常高。网形构造简单，点的疏密和边的长短可灵活选取，即使离已知控制点较远也可以连接，并进行控制网的定位和定向。它解决了点位之间无法通视的困难，选点灵活，不需要高标，外业施测不受天气影响。测设大型（长边）方格网和通视条件特别困难时，尤其能够显示其优越性。尽管GPS本身在进行测量时不受到通视条件的限制，但是，测量一般为小范围测量并受到成本的限制。因此，在实际测量中，仍然要考虑使用全站仪、经纬仪、水准仪等常用且投入较少的仪器。这些常用的仪器一般都需要点与点之间相互通视，特别是在布设控制网时，点与点不能通视将会给测量工作带来较多的麻烦和困难。特别是大型工程控制网中，如果点与点不通视，势必影响网的强度和精度。因此，在测量中布设GPS控制网时，必要时应当尽量使较多的点互相通视。
2.采用GPS-RTK测设方格网与常规测量法相比，效率可提高一倍以上，并能大幅度降低作业人员的劳动强度。一个参考站可有多台流动站作业，流动站不需基准站指挥，单人即可独立作业。GPS技术以其独特而强大的功能与优点充分显示了它在该领域发展的优越性，以及更大、更广阔的发展空间。但在该领域实际施工过程中和后续工程的建设和监测中也暴露出了一些不足。
（1）GPS系统精确定位的关键就在于对卫星和接收机之间距离的准确计算，按照固定模式：距离=速度×时间，时间确定之后，速度按电磁波的传播速度定。众所周知电磁波在真空中的传播速度很快，但大气层不是真空状态，信号要受到电离层和对流层的重重干扰。GPS系统只能对此进行平均计算，在某些具体区域肯定存在误差；在大城市或山区由于高层建筑物及树木等对信号的影响，也会导致信号的非直线传播，计算时也会引入一定的误差。
（2）与常规仪器进行的控制测量一样，使用GPS-RTK技术应首先复核起算基准点的精度，起算点应为高等级的控制点，并且起算基准点和观测点之间具有较好的位置分布。当使用动态GPS-RTK进行观测时，基准站的精度要经过3-5个高等级控制点的连测、复核，确保基准站坐标在各个方位观测情况下具有一致的精度。
（3）GPS测量中所选择的控制点位置的差异直接影响到观测点位的精度。由于GPS测量是通过接收卫星发射的信号经过数据处理而得到点位坐标（包括高程）的，任何可能影响信号接收的因素出现干扰时，所测定的点位坐标都可能产生误差。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆为此，在选择测量点位时应注意以下几点：第一，点位视野开阔，向上15°，视角范围内应尽量避免有障碍物。第二，尽量远离大功率无线电发射源，间距应不小于400m，远离高压输电线路，间距应不小于200m。第三，远离具有强烈干扰卫星信号接收的物体，并尽量避开大面积的水域。
GPS测量的基本原理是距离后方交会。基线解算的内容包括解求当天时段的所有同步基线，并进行同步环检验丁作，以检验外业数据的正确性和可靠性；同时还要进行不同时段基线的比较，包括异步环检验和复测基线的比较，以检验不用时段外业数据的一致性，以便检验出基线观测数据中是否存在粗差。利用测点与空中4 个以上的GPS 卫星（其位置是已知的）的距离求得其空间位置，进而利用已知点坐标通过约束平差求得其在相应坐标系统中的平面坐标和大地高，其精度只与GPS 观测精度和已知点精度有关。因为GPS 的观测精度已经很高了，在已知点精度满足要求且分布大致合理的情况下，其平面坐标和大地高精度一般都能满足工程测量要求。而在高程测量中，因采用正常高系统，虽然大地高精度一般能达到精度要求，但影响高程测量精度的主要是高程异常。一旦已知点的分布与密度不理想或地形起伏较大，则GPS拟合高程就很难达到精度要求，且一般商用平差软件很难将这种误差准确表现出来。
4.GPS测量中减少误差的措施。由于GPS测量的高精度要求，这些误差在实际工作中都会通过一定的作业手段得到最大程度的抵消或消除。在测量中常见的与上述误差相对应的消除手段如下：
（1）对多台接收机的同步观测值求差。可以抵消具有相同或相似误差特性的误差。在基线边相对较短的测量中尤其明显。如卫星与接收机的钟差，卫星的轨道误差，对流层、电离层的折射影响等。建立观测值改正模型，对部分观测值进行误差修正。这种改正模型主要有：表征卫星轨道偏差的改正模型（在短时间内，卫星轨道偏差改正参数可视为常量）；电离层模型（一般为导航电文提供，其改正有效率约为75%）；对流层模型（主要是通过大气资料解算的千分量影响模型）；接收机钟差改正模型。利用双频观测。电离层对GPS卫星信号的影响是信号频率的函数，采用不同频率的电磁波信号观测，能确定其影响。对观测值进行修正。
（2）采用精密卫星星历。选择良好的观测方案和卫星条件较好的观测时段，使其GDOP和PDOP值尽量小，可以减少电离折射、卫星信号误差、载波相位周跳等误差的影响。多时段、较长时间观测。以消除或削弱多路径效应、观测信号的分辨误差、载波相位周跳（删除产生周跳和相位失锁的成果），一般而言，利用相对静态定位方法完成一条基线的相对定位所需的观测时间根据精度的不同，约为l-3h，采用2个时段观测。慎重选择观测点，保证良好的卫星观测条件，严格进行数据检核和数据处理。选点要求主要是避免信号噪声、信号遮挡和多路径效应的影响。基线向量初算后，应调出相位双残差曲线图，仔细观察研究其变化，对于波动起伏超过限差要求的应进行重测；对个别卫星某时段失常者进行删除处理，然后才能进行基线向量解算，并再次调出重算后的相应双残差曲线，保证基线向量各指标符合要求。平差计算前。采用设计精度指标对重复基线较差，同步环、异步环各坐标分量闭合差，全长闭合差进行检核，对超限或含粗差的成果分析原因，删除或采取相应措施补测，以保证网的精度。
（3）采用面连接或边连接的方式扩展异步环，构成条件良好的观测图形，以便形成较多的异步环，在数据处理和平差计算中选择多种方案进行比较，提高网的相对精度和成果的可靠性。
三、建议
河道GPS控制网与城市和其它工程GPS控制网不同。在布网方式上存在着一定的差异，一般GPS控制网布设成网状，而河道GPS控制网布设成条带状。
河道GPS控制网一般分二级布网，布网层次不宜太多，以免损失GPS控制网的精度。首级网应布没成带状网，次级网一般布设成GPS导线网。由于河道GPS控制网的网形较差（一般呈直伸状），由方向引起的横向误差较大，为了减少横向误差。需联测国家三角点或高一级的GPS控制点，河道GPS控制网联测国家三等以上三角点或c级以上GPS控制点的个数不应少于三个，而这三个以上点最好均匀地分布在网的两头和中间，以利于提高整个网的精度。由于河道控GPS制网的网形成带状卣伸形，一般应采用边连接而不采用点连接布网．以便闭合环检核和有利于提高网的精度。否则，难于满足规定的重复设站的次数。河道GPS控制网可以同时整体观测，分别解算。这样可以减少来回迁站的次数，节省大量的时间（一倍以上），减少汽车迁站的油耗、降低成本，有利于提高工作效率。GPS数据采集后进行的数据处理一般分三个步骤：基线解算、闭合差检验、网平差解算等。本次解算中主要采用LEICA公司随机软件包LGO进行数据的导入、基线向量解算，基线向量解算时采用双差固定解。在检查基线向量解算成果合格后就可以利用平差软件LGO进行平差计算了，否则还要剔除无效卫星信息重新进行向量解算。在进行网平差时，首先进行三维无约束平差，以对GPS网内符合精度进行检验和评估。同时为了对GPS观测成果进行检核，我们还在导线控制测量时对相邻两个点进行边长测量，在进行温度、气压等改正后实测的边长与利用GPS测定的边长较差均≤0.1cm。但在具体解算过程中发现天线高数据输入时的正确与否对点位误差有一定的影响，但对坐标的影响不大。
由于采用了精度高、速度快、质量可靠的GPS进行测量，所以比我们预想的工期提前完成外业测量计划，也减轻了内业资料整理的工作量，及时地向甲方提供了较为准确的数据成果资料，我们相信GPS同样会以其高精度、高效率的绝对优势在工程测量、地籍测量、遥感测量等其他领域中得到广泛应用。
参考文献
[1]郭富兴，刘天琦.GPS在河道险工测量中的应用[J].吉林水利2015（06）
[2]胡伍生，高成发.GPS测量原理及其应用[M].北京：人民交通出版社，2015.
[3]李震章.工程测量中GPS 测量技术的优、缺点[J].中国新技术新产品，2015（1）.
论文作者:袁日兴
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第30期
论文发表时间:2018/3/14
标签：测量论文; 基线论文; 精度论文; 河道论文; 误差论文; 信号论文; 坐标论文; 《建筑学研究前沿》2017年第30期论文;