【摘 要】本文基于作者多年相关工作经验，结合工程实例对影响GPS测量质量的因素做了简要分析，并就改善GPS测量方法，提高GPS测量精度方面提出了一些措施。
【关键词】GPS网；城市测量；质量控制
影响GPS网质量的因素包括，观测值的质量、GPS基线的质量、常规观测值的质量、起算数据的质量、网的结构、以及网平差处理的方法。通常观测值的质量取决于观测及数据处理，起算数据的质量则取决于设计及项目的客观条件，而网的结构取决于设计，网平差处理的方法取决于数据处理。下面我将结合自己参与的新疆乌鲁木齐国际机场飞行区道面测量案例分析一下GPS测量质量控制措施。
一、测量工程实例概况
测区位于乌鲁木齐市北郊，地窝堡国际机场内。地理位置为：东经 87°27′05″～87°30′05″；北纬 43°53′58″～43°54′46″测区行政隶属于新疆维吾尔自治区乌鲁木齐市。本次工程测任务主要是对现跑道、联络道、防吹坪、与联络道相接处平行滑行道的道面及道肩分块尺寸、角点高程和道肩边线外20m范围内的土面表面高程进行测量。由于机场安保原因，出入限制条件非常严格，人员素质要求较高，为保证本工程安全，外业工作只限于我公司专业人员参加。由于每天作业时间只有3小时左右，人员不能大量进入现场，导致工期时间较长。总体作业环境完全不同于通常的工程测量。
二、GPS网图形设计
GPS网图形设计的目的是改善GPS网的精度、增强其可靠性并提高其效率。GPS网结构和形状连接方式的选择则取决于GPS测量工程的精度需求、外业观测条件以及GPS接收机数量等因素。GPS网图形设计的内容包括同步观测图形、重复观测次数、观测参数设置、观测时长要求等[1]。有两点非常重要，一是是GPS网的图形强度（可靠性）与基线向量的数量和分布有关，二是GPS点的精度和可靠性和与其相连的基线向量数密切相关，相连的基线向量数越多，精度和可靠性越高。
工程实测中，为保证测量质量，GPS网中不应存在自由基线，网中的闭合条件中基线数不可过多，每个点至少要独立设站观测两次，且至少应与地面网有2个重合点。图形设计中需要注意的是，各级GPS网中最简独立闭合环或附和导线的边数必须满足有关要求。当控制网的范围较大时，可采用分级布设的方法，即首先布设点数较少但等级较高的框架网，然后再部分项目所要求等级的全面网。网中距离较近的点间要进行直接观测（短边必测）。
三、GPS测量数据
GPS控制网外业观测时，作业人员应按静态观测基本作业技术要求来执行[2]。天线对中误差不应大于3毫米，基座圆水准气泡必须居中，观测前后在天线互为120°方向上量取天线斜高，互差应小于5毫米。开机后把测站相关信息输入GPS接收机并做外业观测记录。
在基线解算阶段，若所设定的起点坐标不准确，将导致基线向量发生偏差。对于基线解算来讲，参与计算的卫星，如果与其相关的整周未知数没有准确确定的话，就将严重影响整个基线解算结果的质量。在观测时段内，通常多路径效应比较严重，随多路径效应的严重程度，对基线质量的影响将有所不同。多路径效应对基线向量的水平方向影响较大。此外，对流层折射影响或电离层折射、卫星轨道误差较大以及地球潮汐、地球自转等数学模型问题也会影响基线的质量。
应对基线起点坐标不准确，通常要使用坐标精度高的点作为起算点，所有基线应从一点或由该点衍生出的点起算。
四、GPS网平差的质量控制
在基线向量检核符合要求后，以三维基线向量及其相应方差——协方差阵作为观测信息，以一个点的wgs-84系下三维坐标作为起算依据，进行GPS控制网三维无约束平差。三维无约束平差报表须提供各点在wgs-84系下的三维坐标、各基线向量及其改正数和其精度信息。若某基线分量改正数超限，则认为该基线或其附近的基线存在粗差，应在平差中将其剔除，直至所有参与平差的基线满足要求。若结果不满足要求，则认为作为约束的已知坐标、已知距离、已知方位中存在一些误差较大的值，应删除这些误差较大的约束值，直至满足要求。
地窝堡国际机场工程测量中一级点GPS外业采集数据处理采用中海达GPS解算软件HDS2003导入数据，并将其转换为Rinex标准数据格式，采用南方GPS数据处理软件GPSPro4.0进行基线解算及平差。平差后的坐标为1954年北京坐标系坐标，由于将地形图投影到高斯面上长度变形较大，超出规范要求，为了保证测量质量，因此在本测区沿用乌鲁木齐城市坐标系，将1954年北京坐标系坐标转换为乌鲁木齐城市坐标系坐标；另根据甲方及设计、实际施工要求又将其转换为机场坐标系坐标。
五、GPS RTK测量及其质量控制
RTK（Real Time Kinematic）即进行实时动态相对定位的技术，一般定位精度可达厘米级。常规RTK的系统结构包括基准站、数据链和流动站。基准站的选择、基准站电台天线的架设、中继站的设置、流动站初始化、模糊度的保持（测量过程中周跳的探测）、坐标转换参数都会影响RTK测量的质量[3]。初始化错误发生原因主要是未能正确确定模糊度，会导致所有观测结果发生较大偏差。未正确探测或修复基准站及流动站载波相位数据中的周跳会导致模糊度保持失败后的所有观测成果发生较大偏差。未正确设置基准站坐标或设置了错误的坐标系统转换参数会导致所有观测成果发生错误。
为提高RTK测量的质量，要确保在一个连续的观测段中，对首尾的测量成果进行检验。检验方法是要确保在已知点上进行初始化或初始化完成检测一个已知点以及进行复测，两次复测之间必须重新进行初始化。
在工程实测中RTK单次测量高程精度略低于设计要求，为了加强数据的稳定性及提高精度，在观测水泥板块时我们采用每个观测点记录两次，且每个记录设置自动平滑采集10次，采用多余观测方式提高点位精度。
六、GPS质量分析和技术统计
乌鲁木齐国际机场飞行区道面测量经解算基线总数90条，重复基线有11条，复测基线较差最大为31mm，允许值为ds≤±49mm。同步环91个，各观测边的坐标分量之和最大为0.014m。异步环83个，各观测边的坐标分量之和最大为0.051m。Ratio平均值为22，同步环全长相对闭合差允许值为10ppm，最大值为5.4ppm，异步环全长相对闭合差最大值为9.9ppm。重复基线、同步环、异步环都满足限差要求。测区边长相对中误差最小1/101.2万；最大1/4.3万。GPS网最长边边长5924m，边长相对中误差1/94.1万；最短边边长184m，边长相对中误差1/5.5万；最弱边边长352.7m，边长相对中误差1/12.7万；最弱点点位Wx=±1.48mm，Wy=±1.31mm。根据2001年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》和《工程测量规范》（GB50026-2007），施测的GPS控制点可以满足后续板块测量对控制点精度要求。
总结：
GPS已广泛应用于各种等级精度的城市控制测量中。为提高测量精度，就必须做好GPS测量的质量控制工作。总体而言，质量控制的内容主要包括质量评价（评定质量的指标）和质量改善（提高质量的方法）。从GPS测量的作业流程来看，一般包括测前、测中和测后三个阶段。测前一般包括测量工程的设计与计划以及仪器设备的检定检验，测中主要是施测工作，而测后则主要是数据处理及成果整理，所以GPS 测量的质量控制过程必须贯穿测前、中、后三个阶段。
参考文献：
[1]毛克，刘江龙，刘永强等.GPS技术在风力发电场控制测量中的应用[J].电力勘测设计，2010，（3）：22-25.
[2]刘薇，陈东升，杨振等.浅析城市静态GPS控制网施测质量的控制措施[J].科技信息，2010，（18）：781-782.
[3]刘兵，施昆，韦瑞表等.GPS技术在山区石油地震勘探测量中的应用[J].测绘工程，2008，17（6）：63-66.
【关键词】GPS网；城市测量；质量控制
影响GPS网质量的因素包括，观测值的质量、GPS基线的质量、常规观测值的质量、起算数据的质量、网的结构、以及网平差处理的方法。通常观测值的质量取决于观测及数据处理，起算数据的质量则取决于设计及项目的客观条件，而网的结构取决于设计，网平差处理的方法取决于数据处理。下面我将结合自己参与的新疆乌鲁木齐国际机场飞行区道面测量案例分析一下GPS测量质量控制措施。
一、测量工程实例概况
测区位于乌鲁木齐市北郊，地窝堡国际机场内。地理位置为：东经 87°27′05″～87°30′05″；北纬 43°53′58″～43°54′46″测区行政隶属于新疆维吾尔自治区乌鲁木齐市。本次工程测任务主要是对现跑道、联络道、防吹坪、与联络道相接处平行滑行道的道面及道肩分块尺寸、角点高程和道肩边线外20m范围内的土面表面高程进行测量。由于机场安保原因，出入限制条件非常严格，人员素质要求较高，为保证本工程安全，外业工作只限于我公司专业人员参加。由于每天作业时间只有3小时左右，人员不能大量进入现场，导致工期时间较长。总体作业环境完全不同于通常的工程测量。
二、GPS网图形设计
GPS网图形设计的目的是改善GPS网的精度、增强其可靠性并提高其效率。GPS网结构和形状连接方式的选择则取决于GPS测量工程的精度需求、外业观测条件以及GPS接收机数量等因素。GPS网图形设计的内容包括同步观测图形、重复观测次数、观测参数设置、观测时长要求等[1]。有两点非常重要，一是是GPS网的图形强度（可靠性）与基线向量的数量和分布有关，二是GPS点的精度和可靠性和与其相连的基线向量数密切相关，相连的基线向量数越多，精度和可靠性越高。
工程实测中，为保证测量质量，GPS网中不应存在自由基线，网中的闭合条件中基线数不可过多，每个点至少要独立设站观测两次，且至少应与地面网有2个重合点。图形设计中需要注意的是，各级GPS网中最简独立闭合环或附和导线的边数必须满足有关要求。当控制网的范围较大时，可采用分级布设的方法，即首先布设点数较少但等级较高的框架网，然后再部分项目所要求等级的全面网。网中距离较近的点间要进行直接观测（短边必测）。
三、GPS测量数据
GPS控制网外业观测时，作业人员应按静态观测基本作业技术要求来执行[2]。天线对中误差不应大于3毫米，基座圆水准气泡必须居中，观测前后在天线互为120°方向上量取天线斜高，互差应小于5毫米。开机后把测站相关信息输入GPS接收机并做外业观测记录。
在基线解算阶段，若所设定的起点坐标不准确，将导致基线向量发生偏差。对于基线解算来讲，参与计算的卫星，如果与其相关的整周未知数没有准确确定的话，就将严重影响整个基线解算结果的质量。在观测时段内，通常多路径效应比较严重，随多路径效应的严重程度，对基线质量的影响将有所不同。多路径效应对基线向量的水平方向影响较大。此外，对流层折射影响或电离层折射、卫星轨道误差较大以及地球潮汐、地球自转等数学模型问题也会影响基线的质量。
应对基线起点坐标不准确，通常要使用坐标精度高的点作为起算点，所有基线应从一点或由该点衍生出的点起算。
四、GPS网平差的质量控制
在基线向量检核符合要求后，以三维基线向量及其相应方差——协方差阵作为观测信息，以一个点的wgs-84系下三维坐标作为起算依据，进行GPS控制网三维无约束平差。三维无约束平差报表须提供各点在wgs-84系下的三维坐标、各基线向量及其改正数和其精度信息。若某基线分量改正数超限，则认为该基线或其附近的基线存在粗差，应在平差中将其剔除，直至所有参与平差的基线满足要求。若结果不满足要求，则认为作为约束的已知坐标、已知距离、已知方位中存在一些误差较大的值，应删除这些误差较大的约束值，直至满足要求。
地窝堡国际机场工程测量中一级点GPS外业采集数据处理采用中海达GPS解算软件HDS2003导入数据，并将其转换为Rinex标准数据格式，采用南方GPS数据处理软件GPSPro4.0进行基线解算及平差。平差后的坐标为1954年北京坐标系坐标，由于将地形图投影到高斯面上长度变形较大，超出规范要求，为了保证测量质量，因此在本测区沿用乌鲁木齐城市坐标系，将1954年北京坐标系坐标转换为乌鲁木齐城市坐标系坐标；另根据甲方及设计、实际施工要求又将其转换为机场坐标系坐标。
五、GPS RTK测量及其质量控制
RTK（Real Time Kinematic）即进行实时动态相对定位的技术，一般定位精度可达厘米级。常规RTK的系统结构包括基准站、数据链和流动站。基准站的选择、基准站电台天线的架设、中继站的设置、流动站初始化、模糊度的保持（测量过程中周跳的探测）、坐标转换参数都会影响RTK测量的质量[3]。初始化错误发生原因主要是未能正确确定模糊度，会导致所有观测结果发生较大偏差。未正确探测或修复基准站及流动站载波相位数据中的周跳会导致模糊度保持失败后的所有观测成果发生较大偏差。未正确设置基准站坐标或设置了错误的坐标系统转换参数会导致所有观测成果发生错误。
为提高RTK测量的质量，要确保在一个连续的观测段中，对首尾的测量成果进行检验。检验方法是要确保在已知点上进行初始化或初始化完成检测一个已知点以及进行复测，两次复测之间必须重新进行初始化。
在工程实测中RTK单次测量高程精度略低于设计要求，为了加强数据的稳定性及提高精度，在观测水泥板块时我们采用每个观测点记录两次，且每个记录设置自动平滑采集10次，采用多余观测方式提高点位精度。
六、GPS质量分析和技术统计
乌鲁木齐国际机场飞行区道面测量经解算基线总数90条，重复基线有11条，复测基线较差最大为31mm，允许值为ds≤±49mm。同步环91个，各观测边的坐标分量之和最大为0.014m。异步环83个，各观测边的坐标分量之和最大为0.051m。Ratio平均值为22，同步环全长相对闭合差允许值为10ppm，最大值为5.4ppm，异步环全长相对闭合差最大值为9.9ppm。重复基线、同步环、异步环都满足限差要求。测区边长相对中误差最小1/101.2万；最大1/4.3万。GPS网最长边边长5924m，边长相对中误差1/94.1万；最短边边长184m，边长相对中误差1/5.5万；最弱边边长352.7m，边长相对中误差1/12.7万；最弱点点位Wx=±1.48mm，Wy=±1.31mm。根据2001年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》和《工程测量规范》（GB50026-2007），施测的GPS控制点可以满足后续板块测量对控制点精度要求。
总结：
GPS已广泛应用于各种等级精度的城市控制测量中。为提高测量精度，就必须做好GPS测量的质量控制工作。总体而言，质量控制的内容主要包括质量评价（评定质量的指标）和质量改善（提高质量的方法）。从GPS测量的作业流程来看，一般包括测前、测中和测后三个阶段。测前一般包括测量工程的设计与计划以及仪器设备的检定检验，测中主要是施测工作，而测后则主要是数据处理及成果整理，所以GPS 测量的质量控制过程必须贯穿测前、中、后三个阶段。
参考文献：
[1]毛克，刘江龙，刘永强等.GPS技术在风力发电场控制测量中的应用[J].电力勘测设计，2010，（3）：22-25.
[2]刘薇，陈东升，杨振等.浅析城市静态GPS控制网施测质量的控制措施[J].科技信息，2010，（18）：781-782.
[3]刘兵，施昆，韦瑞表等.GPS技术在山区石油地震勘探测量中的应用[J].测绘工程，2008，17（6）：63-66.
