静态GPS测量及数据处理研究
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摘要：GPS技术虽然开始应用，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。主要论述 GPS 基本原理及静态测量应用。
中图分类号：TU3文献标识码：A文章编号：2095-2104（2012）
近年来，全球定位系统（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。
1 GPS 定位原理
GPS（Global Pos itioning Sys tem）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。
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。
参考文献：
［1］ 许颖，魏峰远．移动 GIS 关键技术及开发模式探讨［J］．测绘与空间地理信息，2011(8)
［2］ 陈颖彪，千庆兰，陈健飞．嵌入式 GIS 数据采集与导航系统设计技术与功能［J］．地球信息科学，2010，10(5)