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摘要：本文结合京沪高速铁路虹桥段特大桥与虹桥动车所工程阐述了静态GPS进行控制测量的外业数据采集、内业数据处理。并结合Trimble后处理软件，对数据后处理做了具体的分析及在数据处理中遇到问题的解决方法。
关键词: 全球定位系统；数据采集；基线解算；控制网平差
一、GPS概述
全球定位系统（Global Positioning System——GPS）是一种定时和测距的空间交会定点的导航系统，可以向全球用户提供连续、实时、高精度的三维位置、三维速度和时间信息。GPS系统包括三大部分：地面控制部分、空间部分、用户部分。特点：高精度、全天候、高效率、多功能、操作简便、适用广泛。
二、工程概况
京沪高速铁路是国家“十一五”铁路建设的重点项目，京沪高速铁路Ⅵ标十工区红桥段地处长江三角洲平原地区的上海市，跨越嘉定区、闵行区，全长12KM。本次工程坐标系统为：参考椭球为WGS84椭球，投影面为20m，中央子午线为：121°30′00″。
三、控制网的情况
1、控制网的基本精度
由于此次工程属于京沪高速铁路无碴轨道的一部分，根据《客运专线无碴轨道铁路工程测量技术暂行规定》的要求，CPI最弱便相对中误差小于1/170000,基线变方向中误差不大于1.3″；CPII最弱边相对中误差小于1/100000，基线边方向中误差不大于1.7″。
四、外业数据采集
本项目的GPS外业数据采集按照《全球定位系统（GPS）测量规范》中的D级网实施技术纲要执行。具体执行作业技术参数为：
在野外数据采集信息记录中，应记录好观测员姓名、仪高、仪器编号、开关机时间、周围的环境信息等。在观测过程中应时刻注意接收机的工作状态，查看PROP、存储容量、电池余量，发现异常时应及时处理。
五、内业数据处理
5. 1基线解算
GPS基线向量表示了各测站间的一种位置关系，即测站与测站间的坐标增量。它是GPS同步观测的直接结果，也是进行GPS网平差获取最终点位的观测值。基线解算的过程实际上是平差过程，平差所采用的观测值是GPS双差观测值。
1、原始观测数据的输入、修改、检查
原始数据的读取、输入是进行基线解算的前提。导入原始数据后，检查测站名、点号、天线高、天线类型等基本信息是否有遗漏或错误，应及时补充或修正错誤信息。
2、设定基线解算的控制参数
基线解算的控制参数用来确定基线解算的处理方法。这些参数一般包括：基线解算的坐标系统、卫星的截止高度角、采用的星历、电离层模型的改正方式、对流天顶延迟、基线解算的期望精度。通过控制参数的设定，可以实现基线的精化处理。
3、基线解算分析
基线解算后，需要检查基线解算结果是否满足精度标准。对于不合格的基线，要找出其原因进行重新解算或剔除，如果这两种方法都行不通，则需要重新测量，只有通过质量检验、解算合格的基线才能保证平差数据的正确可靠。
基线解算阶段的质量控制指标主要有比率（ratio），RDOP，均方根（rms）、同步环闭合差、异步环闭合差以及重复基线较差等。Ratio、RDOP、Rms这几个质量指标只具有某种相对意义，它们数值的高低不能绝对的说明基线质量的高低，应综合评判。若RMS偏大，则说明观测值质量较差，这主要与接收机测相精度、对流层和电离层延迟的影响、多路径效应等多种因素有关。若RDOP值较大，则说明观测条件较差，这主要与卫星星座的几何图形和运行轨迹有关。
点击基线，可以查看基线共用卫星、卫星残差。对于残差大的卫星可以将该卫星数据删除。残差部分是对用于基线解算的每颗卫星的残差观测值的几何表示，显示从每颗卫星接受到的数据的质量，利用该部分求解中噪声的数量。残差一般分布相位中线成正线曲线，若分布比较离散，则说明此颗卫星信号质量差，应删除此卫星。
4、基线解算成果检验
1）观测网图形中直接观测
基线处理完成后，通过查看GPS基线向量网图，从图中将可直接看出解算的基线质量是否通过，有三个接受等级：通过，指基线符合验收标准。标志，指一个或一个以上的基线质量指标器不符合通过状态标准集，但是还没有达到失败的状态。这些基线应更密切的检验。失败，基线质量指示器不符合通过或标志状态的标准集。
2）进行同步环和重复基线的检验
由同步观测边组成的三角形、多边形，它的坐标增量闭合差理论上等于零。但由于观测数据不可避免地受到各种误差的影响，因而实际上同步环的闭合差不一定为零。这种闭合差将反映出数据质量、软件质量以及所求结果的精度情况。
① 每个时段同步边观测数据的检核：
时段观测值的数据无剔除，满足规范和设计要求，同步边满足：固定误差≤10mm、比例误差≤10ppm。
② 重复边检验
重复边成果互差≤ δmm，δ为标准差；
③ 异步环检验
闭合差各坐标差分量闭合差限差：
≤3 δ、 ≤3 δ、 ≤3 δ式中N为闭合环中的变数;
④ 同步环检测
各坐标差分量闭合差： ≤3 δ、 ≤3 δ、 ≤3 δ式中N为闭合环中的变数;
6、通过此次工程的基线解算结论分析，得出以下几点：
（1）控制点的埋设环境对控制网的测量精度产生了重要的影响，所以从影响精度方面来说，控制点的埋设时应注意以下几方面：
①点位满足施工测量的需要，且要便于GPS接收机的安置和卫星信号的接收；控制点点位视场内障碍物的高度角应低于10°—15°；
②控制点点位安置点应远离大功率的无线电发生器和高压输电线，以避免周围磁场对信号的干扰；
③观测站附近地区不应有大面积的水域，或对电磁波反射强烈的物体，为避免或减少多路径效应的发生。
(2)选取观测质量好、精度较高的同一等级的控制点作为已知点可以提高基线解算的整体精度。并且当线路较长，已知点平均分布于线路中，已知点的穿线测量是必要的。
5. 2网平差与成果输出
1、无约束平差
GPS网无约束平差，也叫自由网平差，是在WGS84三维空间直角坐标系下进行的，平差时不引入外部约束条件。无约束平差可实现以下主要作用：评定GPS网的内部符合精度，发现和剔除GPS观测值中可能存在的粗差；得到GPS网中各个点在WGS84下经过了平差处理的三维空间直角坐标。为高程拟合提供了平差处理的大地高数据。无约束平差结果的精度反映了GPS测量的真实质量。
在无约束平差后，查看网平差报告；在统计总结下显示迭代平差是否通过；如果不通过，则悬着加权策略。
2、约束平差与成果输出
为了检验GPS测量成果的正确性、消除多余观测量之间产生的矛盾以及避免地方单位已有或将要修建的建筑物与所要建设的管线发生冲突，通常采取与国家或地方坐标系的已知点联测，用完全约束平差的方法解决上述问题。
约束平差是通过已有控制点的已知坐标和在无约束平差中解出的坐标，即同一控制点两套坐标，用Moldensky三参数模型来解算所有控制点在所需坐标系下的绝对坐标值。
六、结束语
GPS测量对环境要求低且具有准确、快速和易操作等优点，使它很快成为测量工作中的佼佼者。相信通过努力，GPS测量会越来越普及，在国家基础建设中扮演越来越重要的角色。
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。
关键词: 全球定位系统；数据采集；基线解算；控制网平差
一、GPS概述
全球定位系统（Global Positioning System——GPS）是一种定时和测距的空间交会定点的导航系统，可以向全球用户提供连续、实时、高精度的三维位置、三维速度和时间信息。GPS系统包括三大部分：地面控制部分、空间部分、用户部分。特点：高精度、全天候、高效率、多功能、操作简便、适用广泛。
二、工程概况
京沪高速铁路是国家“十一五”铁路建设的重点项目，京沪高速铁路Ⅵ标十工区红桥段地处长江三角洲平原地区的上海市，跨越嘉定区、闵行区，全长12KM。本次工程坐标系统为：参考椭球为WGS84椭球，投影面为20m，中央子午线为：121°30′00″。
三、控制网的情况
1、控制网的基本精度
由于此次工程属于京沪高速铁路无碴轨道的一部分，根据《客运专线无碴轨道铁路工程测量技术暂行规定》的要求，CPI最弱便相对中误差小于1/170000,基线变方向中误差不大于1.3″；CPII最弱边相对中误差小于1/100000，基线边方向中误差不大于1.7″。
四、外业数据采集
本项目的GPS外业数据采集按照《全球定位系统（GPS）测量规范》中的D级网实施技术纲要执行。具体执行作业技术参数为：
在野外数据采集信息记录中，应记录好观测员姓名、仪高、仪器编号、开关机时间、周围的环境信息等。在观测过程中应时刻注意接收机的工作状态，查看PROP、存储容量、电池余量，发现异常时应及时处理。
五、内业数据处理
5. 1基线解算
GPS基线向量表示了各测站间的一种位置关系，即测站与测站间的坐标增量。它是GPS同步观测的直接结果，也是进行GPS网平差获取最终点位的观测值。基线解算的过程实际上是平差过程，平差所采用的观测值是GPS双差观测值。
1、原始观测数据的输入、修改、检查
原始数据的读取、输入是进行基线解算的前提。导入原始数据后，检查测站名、点号、天线高、天线类型等基本信息是否有遗漏或错误，应及时补充或修正错誤信息。
2、设定基线解算的控制参数
基线解算的控制参数用来确定基线解算的处理方法。这些参数一般包括：基线解算的坐标系统、卫星的截止高度角、采用的星历、电离层模型的改正方式、对流天顶延迟、基线解算的期望精度。通过控制参数的设定，可以实现基线的精化处理。
3、基线解算分析
基线解算后，需要检查基线解算结果是否满足精度标准。对于不合格的基线，要找出其原因进行重新解算或剔除，如果这两种方法都行不通，则需要重新测量，只有通过质量检验、解算合格的基线才能保证平差数据的正确可靠。
基线解算阶段的质量控制指标主要有比率（ratio），RDOP，均方根（rms）、同步环闭合差、异步环闭合差以及重复基线较差等。Ratio、RDOP、Rms这几个质量指标只具有某种相对意义，它们数值的高低不能绝对的说明基线质量的高低，应综合评判。若RMS偏大，则说明观测值质量较差，这主要与接收机测相精度、对流层和电离层延迟的影响、多路径效应等多种因素有关。若RDOP值较大，则说明观测条件较差，这主要与卫星星座的几何图形和运行轨迹有关。
点击基线，可以查看基线共用卫星、卫星残差。对于残差大的卫星可以将该卫星数据删除。残差部分是对用于基线解算的每颗卫星的残差观测值的几何表示，显示从每颗卫星接受到的数据的质量，利用该部分求解中噪声的数量。残差一般分布相位中线成正线曲线，若分布比较离散，则说明此颗卫星信号质量差，应删除此卫星。
4、基线解算成果检验
1）观测网图形中直接观测
基线处理完成后，通过查看GPS基线向量网图，从图中将可直接看出解算的基线质量是否通过，有三个接受等级：通过，指基线符合验收标准。标志，指一个或一个以上的基线质量指标器不符合通过状态标准集，但是还没有达到失败的状态。这些基线应更密切的检验。失败，基线质量指示器不符合通过或标志状态的标准集。
2）进行同步环和重复基线的检验
由同步观测边组成的三角形、多边形，它的坐标增量闭合差理论上等于零。但由于观测数据不可避免地受到各种误差的影响，因而实际上同步环的闭合差不一定为零。这种闭合差将反映出数据质量、软件质量以及所求结果的精度情况。
① 每个时段同步边观测数据的检核：
时段观测值的数据无剔除，满足规范和设计要求，同步边满足：固定误差≤10mm、比例误差≤10ppm。
② 重复边检验
重复边成果互差≤ δmm，δ为标准差；
③ 异步环检验
闭合差各坐标差分量闭合差限差：
≤3 δ、 ≤3 δ、 ≤3 δ式中N为闭合环中的变数;
④ 同步环检测
各坐标差分量闭合差： ≤3 δ、 ≤3 δ、 ≤3 δ式中N为闭合环中的变数;
6、通过此次工程的基线解算结论分析，得出以下几点：
（1）控制点的埋设环境对控制网的测量精度产生了重要的影响，所以从影响精度方面来说，控制点的埋设时应注意以下几方面：
①点位满足施工测量的需要，且要便于GPS接收机的安置和卫星信号的接收；控制点点位视场内障碍物的高度角应低于10°—15°；
②控制点点位安置点应远离大功率的无线电发生器和高压输电线，以避免周围磁场对信号的干扰；
③观测站附近地区不应有大面积的水域，或对电磁波反射强烈的物体，为避免或减少多路径效应的发生。
(2)选取观测质量好、精度较高的同一等级的控制点作为已知点可以提高基线解算的整体精度。并且当线路较长，已知点平均分布于线路中，已知点的穿线测量是必要的。
5. 2网平差与成果输出
1、无约束平差
GPS网无约束平差，也叫自由网平差，是在WGS84三维空间直角坐标系下进行的，平差时不引入外部约束条件。无约束平差可实现以下主要作用：评定GPS网的内部符合精度，发现和剔除GPS观测值中可能存在的粗差；得到GPS网中各个点在WGS84下经过了平差处理的三维空间直角坐标。为高程拟合提供了平差处理的大地高数据。无约束平差结果的精度反映了GPS测量的真实质量。
在无约束平差后，查看网平差报告；在统计总结下显示迭代平差是否通过；如果不通过，则悬着加权策略。
2、约束平差与成果输出
为了检验GPS测量成果的正确性、消除多余观测量之间产生的矛盾以及避免地方单位已有或将要修建的建筑物与所要建设的管线发生冲突，通常采取与国家或地方坐标系的已知点联测，用完全约束平差的方法解决上述问题。
约束平差是通过已有控制点的已知坐标和在无约束平差中解出的坐标，即同一控制点两套坐标，用Moldensky三参数模型来解算所有控制点在所需坐标系下的绝对坐标值。
六、结束语
GPS测量对环境要求低且具有准确、快速和易操作等优点，使它很快成为测量工作中的佼佼者。相信通过努力，GPS测量会越来越普及，在国家基础建设中扮演越来越重要的角色。
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。