GPS测量在水文现代化与新技术中的应用

1.GPS测量的技术设计

GPS测量技术设计的主要依据是GPS测量规范和测量任务书。GPS测量规范是国家测绘管理部门或行业部门制定的技术法规，目前有国家测绘局发布的测绘行业标准《全球定位系统（GPS）测量规范》；国家建设部发布的行业标准《全球定位系统城市测量技术规程》；国家各部委根据本部门GPS工作的实际情况制定的其他GPS测量规程或细则。测量任务书或测量合同是上级主管部门或合同甲方下达的技术要求文件，它往往规定了测量任务的目的、范围、精度要求，提交成果资料的项目和时间，完成任务的经济指标等，所以，也应该是技术设计的依据。GPS测量技术设计主要包括基准设计和网型设计：

（1）基准设计。GPS测量获得的是GPS基线向量，它属于WGS－84坐标系的三维坐标差，而实际需要的是国家坐标系或地方独立坐标系的坐标，所以在进行GPS测量的技术设计时，必须明确GPS成果所采用的坐标系统和起算数据，即明确GPS测量所采用的基准，这项工作称之为GPS测量的基准设计。

GPS测量的基准包括位置基准、方位基准和尺度基准。方位基准一般以给定的起算方位角值确定，也可以由GPS基线向量的方位作为方位基准。尺度基准一般由地面的电磁波测距边确定，也可由两个以上的起算点间的距离确定，同时也可由GPS基线向量的距离确定。位置基准，一般都是由给定的起算点坐标确定。

（2）图形设计。GPS网的图形设计如图4.27所示，GPS网的图形布设通常有点连式、边连式、网连式及边点混合连接等基本方式，也有布设成星形连接、附合导线连接、三角锁形连接等。选择什么样的组网形式，取决于工程所要求的精度、野外条件及GPS接收机台数等因素。

图4.27　GPS网的图形设计

（a）点连式图形；（b）边连式图形；（c）边点混合连接图形；（d）导线网式连接图形；（e）星形连接图形

2.GPS测量的外业实施

（1）选点。点位的选择对于保证观测工作的顺利进行和保证测量结果的可靠性有着重要的意义。选点工作开始前，应收集和了解测区的地理情况和原有测量控制点的分布及完好状况，选点时还应注意以下事项：点位应设在易于安装接收设备、视野开阔的较高点上；点位视场周围15°以上不应有障碍物，以减小GPS信号被遮挡或被障碍物吸收；点位应远离大功率无线电发射源（如电视台、微波站等），其距离不小于200m，远离高压输电线，其距离不小于50m，以避免电磁场对GPS信号的干扰；点位附近不应有大面积水域或强烈干扰卫星信号接收的物体，以减弱多路径效应的影响；点位应选在交通方便，利于其他观测手段扩展与联测的地方；地面基础稳定，易于点的保存；网形应有利于同步观测边、点联结；当利用旧点时，应对旧点的稳定性、完好性以及觇标是否安全可用进行检查，符合要求方可利用；当所选点位需要进行水准联测时，选点人员应实地踏勘水准路线，提出有关建议。

（2）观测。包括观测工作依据的主要技术指标、天线安置和开机观测等内容：(www.xing528.com)

1）观测工作依据的主要技术指标：GPS观测应按表4.9所列的各级测量作业的基本技术指标执行。

2）天线安置。在正常点位，天线应架在三脚架上，并安置在标志中心上方直接对中，天线基座上的水准器气泡必须居中。在特殊点位，当天线需要安置在三角点觇标的观测台上时，应先将觇标顶部拆除，以防止对GPS信号的遮挡，如果觇标顶部无法拆除，可进行偏心观测，偏心点选在离三角点100m以内的地方，归心元素应以解析法精密测定。

表4.9　各级GPS测量作业的基本技术指示

架设的天线不宜过低，一般应距地面1m以上。天线架好后，在圆盘天线间隔120°的3个方向分别量取天线高，3次测量结果之差不应超过3mm，取其3次结果的平均值记入测量手簿中，天线高的记录取值到0.001m。

高精度GPS测量，天线的定向标志线应指向正北，定向误差依定位精度不同而异，一般不应超过±3°～5°。

刮风天气安置天线时，应将天线进行3个方向固定，以防倒地碰坏。雷雨天气安置天线时、应注意将其底盘接地，以防雷击天线。

复查点名并记入测量手簿中，将天线电缆与仪器进行连接，经检查无误后，方可通电启动仪器。

3）开机观测。天线安置完成后，在离开天线适当位置的地面上安放GPS接收机，接通接收机与电源、天线、控制器的连接电缆，并经过预热和静置，即可启动接收机进行观测。接收机锁定卫星并开始记录数据后，观测员可按照仪器随机提供的操作手簿进行输入和查询操作，在未掌握有关操作系统之前，不要随意按键和输入，在正常接收过程中禁止更改任何设置参数。

在外业观测工作中，仪器操作人员还应注意以下事项：当确认外接电源电缆及天线等各项连接完全无误后，方可接通电源启动接收机；开机后接收机有关指示显示正常并通过自检后方能输入有关测站和时段控制信息；接收机在开始记录数据后，应注意查看有关观测卫星数量、卫星号、相位测量残差、实时定位结果及其变化、存储介质记录等情况；在一个时段观测过程中，不允许关闭又重新启动、进行自测试（发现故障除外）、改变卫星高度角、改变天线位置、改变数据采样间隔、按动关闭文件和删除文件等功能键；观测过程中要特别注意供电情况，作业中观测人员不要远离接收机，听到仪器的低电压报警要及时予以处理；在观测过程中不要靠近接收机使用对讲机；观测站的全部预定作业项目，经检查均已按规定完成，完整无误后方可迁站。

每日观测结束后，应及时将数据转存至计算机硬、软盘上，确保观测数据不丢失。