摘要；隨著GPS技術(shù)的飛速發(fā)展與廣泛應(yīng)用，數(shù)據(jù)處理顯得尤為重要，尤其是靜態(tài)測(cè)量中的一個(gè)關(guān)鍵。本文結(jié)合路橋工程測(cè)量來(lái)說(shuō)，講述了路橋工程測(cè)量中GPS測(cè)量模式以及數(shù)據(jù)處理。

關(guān)鍵詞：GPS；路橋工作；工程測(cè)量

隨著GPS的誕生及其迅猛發(fā)展，其也得到了廣泛的應(yīng)用。目前，GPS已廣泛應(yīng)用于精密工程測(cè)量、控制測(cè)量、工程測(cè)量等測(cè)量工作中。由于GPS測(cè)量的誤差源多且復(fù)雜，時(shí)變性強(qiáng)，數(shù)據(jù)處理一直以來(lái)是GPS測(cè)量，尤其是靜態(tài)測(cè)量中的一個(gè)關(guān)鍵。對(duì)此，本文結(jié)合數(shù)年來(lái)的數(shù)據(jù)處理經(jīng)驗(yàn)，探討了工程測(cè)量應(yīng)用中各誤差源的特性及改善數(shù)據(jù)處理精度的經(jīng)驗(yàn)、方法。

一、路橋工程測(cè)量中GPS測(cè)量模式

由于測(cè)量地段的實(shí)地要求與用戶的個(gè)人需求的不同，所采用測(cè)量方式也是不同的。具體的講，GPS測(cè)量模式可以分為兩種：靜態(tài)測(cè)量和動(dòng)態(tài)測(cè)量，在靜態(tài)測(cè)量模式中又按照監(jiān)測(cè)方式可分為兩種：常規(guī)靜態(tài)測(cè)量模式和快速靜態(tài)測(cè)量模式，在動(dòng)態(tài)測(cè)量模式又按照監(jiān)測(cè)方式也可分為兩種：準(zhǔn)動(dòng)態(tài)測(cè)量模式和實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測(cè)量模式，其中的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測(cè)量模式包括兩種方式：DGPS和RTK。

1 GPS中的靜態(tài)測(cè)量模式

(1)常規(guī)靜態(tài)測(cè)量模式

所謂的常規(guī)靜態(tài)測(cè)量模式中，所要在一條或數(shù)條基線的兩端分別安置有GPS接收機(jī)，以為同時(shí)觀測(cè)4顆以上衛(wèi)星，并且根據(jù)基線長(zhǎng)度和測(cè)量等級(jí)，在每個(gè)時(shí)段觀測(cè)45分鐘以上。其相對(duì)定位精度一般可以達(dá)到5mm十1ppm。目前這種測(cè)量模式常用于建立地殼運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)網(wǎng)，建立全球性或國(guó)家級(jí)大地控制網(wǎng)，進(jìn)行島嶼與大陸聯(lián)測(cè)，建立長(zhǎng)距離檢?；€，鉆井定位及精密工程控制網(wǎng)建立等。

(2)快速靜態(tài)測(cè)量模式

所謂的快速靜態(tài)測(cè)量模式中，只需采用單臺(tái)GPS接收機(jī)，安置已知測(cè)站作為基準(zhǔn)站，對(duì)于所有可見衛(wèi)星進(jìn)行連續(xù)跟蹤。移動(dòng)站接收機(jī)依次到各待測(cè)測(cè)站，每測(cè)站觀測(cè)數(shù)分鐘。目前來(lái)說(shuō)，這種測(cè)量模式常用于控制網(wǎng)的建立及其加密、工程測(cè)量、地籍測(cè)量等。

需要注意的是這種方法要求在觀測(cè)時(shí)段內(nèi)確保有5顆以上衛(wèi)星可供觀測(cè)，流動(dòng)點(diǎn)與基準(zhǔn)點(diǎn)相距應(yīng)不超過(guò)20km。

2 GPS中的動(dòng)態(tài)測(cè)量模式

(1)準(zhǔn)動(dòng)態(tài)測(cè)量模式

所謂的準(zhǔn)動(dòng)態(tài)測(cè)量模式，安置GPS接收機(jī)的方式和快速靜態(tài)測(cè)量模式中一樣，也是為了連續(xù)跟蹤所有可見衛(wèi)星。但是與快速靜態(tài)測(cè)量模式不同的是，觀測(cè)時(shí)間每測(cè)站觀測(cè)幾個(gè)歷元數(shù)據(jù)，它要求移動(dòng)站在測(cè)站過(guò)程中不能失鎖，并且需要先在已知點(diǎn)或用其它方式進(jìn)行初始化。這種方法常用于精密測(cè)定運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的軌跡、測(cè)定道路的中心線、剖面測(cè)量、航道測(cè)量等。

(2)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測(cè)量模式

所謂的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測(cè)量模式，顧名思義就是指實(shí)時(shí)得到高精度的測(cè)量結(jié)果。其具體操作如下：將GPS基準(zhǔn)站接收機(jī)和數(shù)據(jù)鏈架設(shè)在已知測(cè)站上，連續(xù)跟蹤所有可見衛(wèi)星，并通過(guò)數(shù)據(jù)鏈發(fā)送數(shù)據(jù)向移動(dòng)站。而移動(dòng)站接收機(jī)通過(guò)移動(dòng)站數(shù)據(jù)鏈接收基準(zhǔn)站發(fā)射來(lái)的數(shù)據(jù)，并在機(jī)進(jìn)行處理，從而實(shí)時(shí)得到移動(dòng)站的高精度位置。

二、路橋工程測(cè)量中GPS的靜態(tài)測(cè)量與處理

GPS控制測(cè)量一般采用靜態(tài)方式進(jìn)行，其數(shù)據(jù)處理一般分為兩步：基線解算和網(wǎng)平差。下面結(jié)合這兩方面以及高程擬合的相關(guān)問(wèn)題，討論其影響因素。

1 基線解算

GPS3：程測(cè)量或控制測(cè)量中，基線解算一般采用載波相位雙差固定解，其質(zhì)量的優(yōu)劣直接影響到基線網(wǎng)平差的結(jié)果。工程測(cè)量中，GPS靜態(tài)測(cè)量數(shù)據(jù)處理時(shí)，基線解算的質(zhì)量檢核一般是在載波相位整周模糊度固定的條件下，考慮觀測(cè)量殘差分布的同時(shí)，由同步環(huán)、異步環(huán)的閉合差、重復(fù)基線的較差來(lái)檢核。為了進(jìn)一步檢核GPS觀測(cè)網(wǎng)中基線之間的相容性，還需要進(jìn)行同步環(huán)、異步環(huán)、重復(fù)基線的檢核。通常是按照行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)或國(guó)標(biāo)，對(duì)其在WGS-84直角坐標(biāo)系下的三維分量的閉合差設(shè)定范圍，并以此來(lái)檢核。這種檢核的過(guò)程往往需要與上述的基線解算過(guò)程多次交叉進(jìn)行。以得到自洽性較好的GPS基線網(wǎng)。

對(duì)于GPS工程測(cè)量中基線網(wǎng)自洽性檢核，平面閉合差，高程閉合差分別采用不同的標(biāo)準(zhǔn)是比較符合實(shí)際的；這有利于控制GPS測(cè)量誤差對(duì)平面控制測(cè)量的影響，避免GPSN的WGS-84坐標(biāo)系空間分量檢核合格，而平面閉合差超限引起的不合理現(xiàn)象，也有利于將傳統(tǒng)的平面控制測(cè)量或?qū)Ь€測(cè)量與GPS測(cè)量更好的銜接起來(lái)。同時(shí)，也有利于GPS高程擬合中高程閉合差的控制，從而提高高程擬合的精度。

2 GPS網(wǎng)平差

GPS網(wǎng)平差分為WGS-84坐標(biāo)系下三維(無(wú)約束和約束)平差和工程測(cè)量坐標(biāo)系下的平面約束平差。平差過(guò)程表明，GPS獨(dú)立基線向量中粗差的剔除、基線轉(zhuǎn)換投影到工程測(cè)量坐標(biāo)系的二維向量這兩步對(duì)于最后的二維平面平差的結(jié)果至為重要。

GPS獨(dú)立基線網(wǎng)轉(zhuǎn)換投影到工程測(cè)量坐標(biāo)系后，得到該坐標(biāo)系下的二維基線向量網(wǎng)。由于這種投影轉(zhuǎn)換是從WGS-84坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換到工程測(cè)量平面坐標(biāo)系，且主要是二維平面關(guān)系的轉(zhuǎn)換，因此，為了得到自洽性較好(即位置相對(duì)關(guān)系較好)的二維基線向量網(wǎng)，首先必須要保證WGS-84大地坐標(biāo)系下這些點(diǎn)位平面坐標(biāo)之間關(guān)系的自洽性。這也表明，引入WGS-84橢球坐標(biāo)系下平面閉合差、高程閉合差分離的質(zhì)量檢核比較合理。另外，工程測(cè)量坐標(biāo)系下已知點(diǎn)之間的兼容性對(duì)WGS-84坐標(biāo)系下的基線向量向工程測(cè)量坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換非常重要。起算點(diǎn)兼容性差，則這種轉(zhuǎn)換參數(shù)精度低，轉(zhuǎn)換后得到的二維基線網(wǎng)的扭曲，伸縮變形較大，最終平面平差結(jié)果的精度低，可靠性差。而且，這些已知點(diǎn)的在網(wǎng)中的分布也至關(guān)重要。由于已知點(diǎn)間不可能完全自洽(即求解轉(zhuǎn)換參數(shù)時(shí)，殘差不可能為零)，為了減少轉(zhuǎn)換后的基線網(wǎng)邊緣的變形，控制點(diǎn)應(yīng)盡可能的分布均勻。

在WGS-84大地坐標(biāo)系下GPS平面基線網(wǎng)自治性較好，工程測(cè)量坐標(biāo)系下控制點(diǎn)之間的兼容性較好，并分布均勻的條件下，二維平面約束平差的結(jié)果，其精度較高，且可靠性較好。

3 高程擬合

靜態(tài)GPS網(wǎng)的高程擬合一直以來(lái)是很多工程測(cè)量部門比較關(guān)心的問(wèn)題，討論的比較多的常常是數(shù)學(xué)擬合或引入局部水準(zhǔn)面的改正方法，如數(shù)值擬合法、整體平差法、綜合處理法、移動(dòng)曲面法、線性擬合法、平面擬合法、斜面擬合法、引入EGM96重力場(chǎng)模型的高程擬合等。

高程擬合的過(guò)程一般為：在WGS-84坐標(biāo)系下進(jìn)行了最小約束或約束平差后，利用得到的WGS-84大地高、某些公共點(diǎn)上的正常高及其平面位置，進(jìn)行數(shù)學(xué)擬合并內(nèi)插出未知點(diǎn)上的正常高，必要時(shí)還需要進(jìn)行相應(yīng)的地形改正，以提高數(shù)學(xué)擬合的精度，削弱大地水準(zhǔn)面不均勻性對(duì)擬合的影響。

影響高程擬合精度的誤差源主要有：大地水準(zhǔn)面的不規(guī)則性、GPS測(cè)量的高程精度、公共點(diǎn)正常高的精度、公共點(diǎn)的分布狀況。相關(guān)的文獻(xiàn)中討論的比較多的是如何利用已知數(shù)據(jù)盡可能真實(shí)的逼近大地水準(zhǔn)面，而往往忽略的GPS高程測(cè)量本身的質(zhì)量檢核。實(shí)際上，準(zhǔn)確地獲取公共點(diǎn)上的WGS-84大地高和水準(zhǔn)正常高，是進(jìn)行真實(shí)模擬逼近大地水準(zhǔn)面的前提。對(duì)于小范圍的GPS控制網(wǎng)而言，在GPS網(wǎng)平面、高程閉合差檢核標(biāo)準(zhǔn)分離的原則下，有效的控制GPS獨(dú)立基線網(wǎng)的大地高閉合差，可以提高高程擬合的精度。

三、路橋工程測(cè)量中GPS的動(dòng)態(tài)測(cè)量與處理

RTK(Real Time Kinematic)是GPS實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測(cè)量方式的簡(jiǎn)稱，也是工程測(cè)量中GPS測(cè)量技術(shù)發(fā)展的一個(gè)新突破，在這種的監(jiān)測(cè)模式中，其觀測(cè)值與測(cè)站坐標(biāo)信息通過(guò)基準(zhǔn)站數(shù)據(jù)鏈將一起被傳送給流動(dòng)站；流動(dòng)站不僅可以通過(guò)數(shù)據(jù)鏈接收來(lái)自基準(zhǔn)站的數(shù)據(jù)，還同時(shí)采集GPS觀測(cè)數(shù)據(jù)，并在系統(tǒng)內(nèi)組成差分觀測(cè)值進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，經(jīng)過(guò)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換后直接輸出觀測(cè)點(diǎn)的坐標(biāo)。在使用RTK測(cè)量模式中精度損失有：

1 轉(zhuǎn)換參數(shù)引起的精度損失

在進(jìn)行RTK測(cè)量時(shí)，首先需要輸入控制點(diǎn)的WGS-84坐標(biāo)和地方坐標(biāo)系坐標(biāo)，以此來(lái)求解轉(zhuǎn)換參數(shù)，依據(jù)此得到轉(zhuǎn)換后的地方坐標(biāo)系下的坐標(biāo)。這其間待測(cè)點(diǎn)坐標(biāo)的精度存在著坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的損失，經(jīng)驗(yàn)表明，這種損失一般在1cm左右，但與控制點(diǎn)的精度和分布有關(guān)。因此需要合理的選擇WGS-84坐標(biāo)的獲取方式，而且，對(duì)于某一小測(cè)區(qū)范圍而言，輸入的控制點(diǎn)點(diǎn)位所組成的圖形盡量能夠涵蓋該測(cè)區(qū)，對(duì)于較大范圍的測(cè)區(qū)，建議進(jìn)行轉(zhuǎn)換參數(shù)的分區(qū)求解，而且區(qū)與區(qū)之間應(yīng)當(dāng)有適當(dāng)?shù)闹睾宵c(diǎn)。

2 基準(zhǔn)站與流動(dòng)站之間的距離

在RTK測(cè)量模式中，對(duì)其精度影響較大是基準(zhǔn)站與流動(dòng)站之間的距離、軌道誤差和大氣延遲誤差。當(dāng)基準(zhǔn)站與流動(dòng)站之間的距離較短時(shí)，其影響能夠模擬，其殘差能夠通過(guò)觀測(cè)值的差分處理得到削弱甚至基本消除，當(dāng)基準(zhǔn)站與流動(dòng)站之間的距離較長(zhǎng)時(shí)，它們的影響越大，得到固定解的時(shí)間一般也較長(zhǎng)，對(duì)觀測(cè)結(jié)果的影響也會(huì)越大。而且，伴隨著基準(zhǔn)站與流動(dòng)站間距離的增大，GPS誤差的空間相關(guān)性會(huì)逐漸失去線性，所以在二者較長(zhǎng)距離下，即使流動(dòng)站數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)差分處理后仍然含有較大的觀測(cè)誤差，從而容易導(dǎo)致定位精度的降低與無(wú)法解算載波相位的整周模糊度。

3 測(cè)站環(huán)境及天氣狀況

RTK測(cè)量結(jié)果的精度影響影響因素：基準(zhǔn)站、流動(dòng)站上的環(huán)境及天氣狀況。當(dāng)基準(zhǔn)站周圍的干擾較多時(shí)，會(huì)減小電臺(tái)的控制范圍，影響作業(yè)效率。當(dāng)其周環(huán)境較差時(shí)，降低會(huì)接收信號(hào)的質(zhì)量，增大測(cè)量噪聲，最終使得RTK定位的結(jié)果收到很大影響。而且，基準(zhǔn)站與流動(dòng)站、各流動(dòng)站之間的氣象條件差異較大時(shí)，RTK測(cè)量結(jié)果會(huì)受到明顯的影響，最為明顯的就是高程測(cè)量的結(jié)果。

4 操作人員的誤差

在RTK測(cè)量模式中，與其它的測(cè)量模式一樣，一樣也要求整平儀器、對(duì)中及量取儀器的高度等等。但是RTK測(cè)量成果的精度還會(huì)受到操作人員使用方法及實(shí)際經(jīng)驗(yàn)的不同的影響。在使用RTK測(cè)量模式進(jìn)行城市一級(jí)導(dǎo)線的測(cè)量時(shí)，必須采用三腳基座對(duì)流動(dòng)站進(jìn)行對(duì)中整平，以盡量減小其對(duì)觀測(cè)值的影響。

5 基準(zhǔn)站的誤差

在RTK測(cè)量模式中，是利用基準(zhǔn)站的坐標(biāo)和基線向量，得到的流動(dòng)站的坐標(biāo)，因此，傳人到流動(dòng)站的結(jié)果中會(huì)存在有基準(zhǔn)站的誤差會(huì)，致使流動(dòng)站的坐標(biāo)受到影響。另一方面，在流動(dòng)站的結(jié)果中還存在有基準(zhǔn)站的對(duì)中、整平等人員操作誤差，且流動(dòng)站坐標(biāo)的解算也會(huì)受到基準(zhǔn)站周圍環(huán)境對(duì)GPS觀測(cè)量質(zhì)量的影響。因此，要盡盡量減少在RTK測(cè)量模式中的基準(zhǔn)站誤差的影響。

從測(cè)量技術(shù)來(lái)看，RTK技術(shù)替代一級(jí)導(dǎo)線測(cè)量的可行性問(wèn)題，RTK高程測(cè)量的精度問(wèn)題將成為未來(lái)所發(fā)展的方向。所以，本文主要根據(jù)上文中所提到的精度損失以及作者在工作中的經(jīng)驗(yàn)認(rèn)為，在RTK測(cè)量轉(zhuǎn)換參數(shù)的合理情況下，采用雙基準(zhǔn)站雙采樣(或多采樣)的方法，可以有效的消除基準(zhǔn)站誤差的影響，削弱對(duì)流層延遲的隨機(jī)性誤差對(duì)于RTK高程的影響，從而提高RTK平面測(cè)量和高程測(cè)量的精度。

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