[科普中国]-GPS静态测量

GPS静态测量是一种利用测量型GPS接收机与定位卫星进行定位的测量方法。GPS静态测量技术在许多领域中起到了积极的作用，在测量、军事、交通等各个方面体现出巨大的价值。

产生背景伴随着信息技术和数字化技术的深入发展，在实践中得到了广泛应用，测量技术和空间科学取得了前所未有的进步和发展。其中，GPS技术具有精准、快速、高效和全天候等显著的特点，已经被应用到了现代社会经济中的很多领域中，尤其是在军事、交通、测量等方面和领域取得了显著的成效，凸显了重要的应用价值。在工程测量和城市中，静态GPS测量技术受到了广大测绘工作者的普遍欢迎和信任，日益成为了城市工作中的一个重要的技术。

GPS相对定位原理，是以若干台的GPS接收机来跟踪GPS卫星信号，就所观测的载波相位观测的数值，使用求差的方法，从而得出各个观测站之间的基线向量也就是坐标差。再以已经知道的基线向量和坐标来对其他各个观测点的坐标进行计算。使用这种GPS相对静态的定位方法不仅可以消除误差，还能大幅削弱误差，比如对流程延迟、电离层延迟和卫星种差等这些误差，所以获得的位置是相对精度很高的。可以将GPS相对定位分为动态相对定位和静态相对定位两种，在实际的控制测量工作中，静态相对定位获得了广泛应用1。

原理GPS静态测量是利用测量型GPS接收机进行定位测量的一种（GPS接收机定位原理图如图1所示）。主要用于建立全球性或国家级大地控制网，建立地壳运动监测网、建立长距离检校基线、进行岛屿与大陆联测、钻井定位及精密工程控制网建立等。进行GPS静态测量时，认为GPS接收机的天线在整个观测过程中的位置是静止，在数据处理时，将接收机天线的位置作为一个不随时间的改变而改变的量，通过接收到的卫星数据的变化来求得待定点的坐标。在测量中GPS静态测量的具体观测模式是采用两台（或两台以上）接受设备，分别安置在一条或数条基线的两个端点，同步观测4颗以上卫星，每时段长45min至2h或更多。基线的定位精度可达5mm+1×10-6**.**D，D为基线长度（km）。测量时，所有已观测基线应组成一系列封闭图形，有助于进一步提高定位精度2。

技术分析传统的测量技术已经日益无法满足现代信息社会的要求。比如在较大的范围内测量要利用传统的技术和设备进行测量会有很多转点，有误差，还会造成时间和人力的浪费，使资源没有得到最大限度的利用。因此，在现实的静态GPS测量中，需要在这几个方面尤其注意。

1、选点

为了使卫星信号有所保证，在监测站的选择上要选择那些视野比较开阔，最好是高度角有十五度以上的，不要有成片的遮挡物和障碍物的区域，比如高层建筑。在监测站的大面积选择上最好是远离平静的水面，一些大功平的无线电信号的发射源、山坡和高压输断线等一些信号反射物，这样可以来消除和削弱多路径的误差。另外，为了方便观测，还需要考虑一些地质条件比较好和交通便利的因素，这些都是重要的考虑因素。

2、布网

静态GPS基线，是向量网的等级来依据相应的国家规范和测量标准，按照各个行业的测量任务和规范来决定等级的。这次试验所采用的是城市测量规范中的一种，称之为四等网。采用多形边网具有很大的优点，比如工作量会相应减少很多，节约了时间和人力，只需要对多边形的边数加以控制就可以，而且多边形网具有一定的几何强度。这种观测作业的方式，就是在观测时对相邻的同步的图形之间进行单边连接，这样一来，当有仪器共同作业时，就会观测到一定时段的一个数据，有很好的作业效平和图形强度。

3、外业观测

在已经选好的观测点上安装好一定的GPS接收机，这样采取的观测是分为两个时段的，观测一小时后到第一时段告一段落，再检查对中、整平的再次测量，去天线高和开机前所取得天线高作一比较，两次比较的高度误差不能大于3mm1。

特点1、静态GPS 测量站之间不需要通视

很多测量站间是需要通视的，相较而言，GPS测站间就不需要通视，这是GPS定位的一个显著的优点。这是因为，要保持很好的通视条件，要保障好则量控制网的图形良好，这都是以往传统的测量技术棘手的问题，是比较突出的矛盾。但是GPS测量由于不要求测量站之间相互需要通视，因此，在点位的选择方面自由度很高，方便灵活操作，这样就使得控制网的图形有了良好的保障。

2、静态GPS定位的精准度高

在短距离测量中，静态GPS定位的精度可以以毫米级来计算，是在15km之内的短距离。而中长距离，一般是几十千米甚至是几百干米的范围内，测里的相对精确度可以达到10-7~10-8。这是比以往的测量技术高出了很多的精确准度，由此可见，使用GPS定位的精准度是很高的，具有突出的优点。

3、能够进行全天候的作业

由于GPS卫星的定位数目很多，并且分布很均匀，因此这样可以保证任何地点和任何时间都能进行连续的观测。这样就可以保障很好的三位定位，而且一般也不会变到天气交化所带来的影响：

4、GPS测量技术容易操作

GPS接收机是自动化程度很高的设备，一般在外业观测中仅需要对整平、中、量取天线高，开机后需要设置参数，至于其他的只需要工作仪器自己完成，这是一台具有很高的工作效率的设备和机器，体现了自动化技术和数字化技术在实际中得到了很好的运用：GPS测量还能提供精确度很高的测定的测站点三维坐标。

5、所需要观测的时间短

伴随着GPS测量技术的发展和完善，静态的GPS相对测量只需要30min左右的时间，动态的GPS定位技术则更短，只需要几分钟甚至数秒钟的时间即可以实现高达厘米级，甚至是毫米级的精确度，具有极高的效率1。

本词条内容贡献者为:

孙锐 - 教授 - 合肥工业大学