【正文】 任意數(shù)量的點(diǎn)，其中包括不能直接測量的點(diǎn)，外業(yè)工作量少，效率高；能夠?qū)⒂^測得到的全部資料貯存，并可隨時(shí)恢復(fù)其空間模型；而且對觀測快速變形具有其他方法所不可及的優(yōu)點(diǎn)。 (3)物理學(xué)傳感器方法 傳統(tǒng)的直接測距和間接測距等距離兩種方法存在著諸多缺 點(diǎn)：勞動強(qiáng)度大、工作效率低下、精度難以提高、受地形條件和氣候條件限制有時(shí)無法進(jìn)行等。 20 世紀(jì) 50 年代至今，隨著物理測距技術(shù)的逐步成熟和日趨完善，物理測距儀器得以普及并獲得廣泛應(yīng)用。 (4)GPS 觀測法 傳統(tǒng)的大地測量方法，無法測得絕對量 (例如點(diǎn)在投影面上的坐標(biāo) x,y 和高程 H，而只能觀測一些相對量 (例如角度β、距離 S、高差 h 等 )。對于工程建筑物變形觀測來說，據(jù)此所解算的變形總是相對于某個(gè)基準(zhǔn)。而該基準(zhǔn)則是由某些在整個(gè)觀測期間一成不變的所謂不動點(diǎn)確定的。這樣，就有可能歪曲變形結(jié)果。 GPS 是一種以衛(wèi)星為基礎(chǔ)的 全球無線電定位導(dǎo)航系統(tǒng)。在測量上， GPS 則具有全球17 性、全天候、高精度、連續(xù)、快速、實(shí)時(shí)的三維定位能力。 GPS 定位具有覆蓋范圍廣、數(shù)據(jù)內(nèi)容豐富、信號可靠、準(zhǔn)確度高、多用性強(qiáng)、操作簡便、經(jīng)濟(jì)效益高等優(yōu)點(diǎn)?，F(xiàn)在，GPS 精密定位技術(shù)不僅廣泛用于國家控制網(wǎng)、城市控制網(wǎng)、工程控制網(wǎng)各等級控制點(diǎn)的定位測量和航空攝影測量的外業(yè)控制測量，而且也廣泛用于大地形變測量、地表沉降監(jiān)測和工程建筑物的變形觀測。 GPS 精密定位技術(shù)用于沉降監(jiān)測，可以直接采用 GPS 定位測量所解算的大地高程，無需進(jìn)行高程系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換。這樣不僅簡化了計(jì)算工作，更 重要的是對保證觀測成果的精度不受損失具有一定的意義。 GPS 變形監(jiān)測控制網(wǎng)的布設(shè)與觀測 GPS 變形監(jiān)測控制網(wǎng)技術(shù)設(shè)計(jì)的一般原則 GPS 網(wǎng)技術(shù)設(shè)計(jì)的一般原則包括以下幾個(gè)方面 : 應(yīng)用范圍的考慮 對于工程建設(shè)的 GPS 網(wǎng)，應(yīng)該既考慮勘測設(shè)計(jì)階段的需要，又要考慮施工放樣階段的需要。對于城市 GPS 控制網(wǎng)，既要考慮近期建設(shè)和規(guī)劃的需要 。又要考慮遠(yuǎn)期發(fā)展的需要 。還應(yīng)具有根據(jù)具體情況擴(kuò)展 GPS 控制網(wǎng)的功能。例如，因?yàn)?GPS 測量具有高精度和不要求通視的優(yōu)點(diǎn)，有的城市己經(jīng)考慮將城市 GPS 網(wǎng)建成為 兼有監(jiān)測三維形變功能的控制網(wǎng)。這樣既可以為城市建設(shè)提供發(fā)現(xiàn)隱患、預(yù)防災(zāi)害的極有價(jià)值的信息 。也有利于充分發(fā)揮 GPS 網(wǎng)和測繪工作在城市建設(shè)中的作用。 采用分級布網(wǎng)的方案 分級布設(shè) GPS 網(wǎng)，可根據(jù)測區(qū)的近期需要和遠(yuǎn)期發(fā)展分期布設(shè)，且可使全網(wǎng)的結(jié)構(gòu)呈長短邊相結(jié)合的形式。與全網(wǎng)均由短邊構(gòu)成的全面網(wǎng)相比，可以減少網(wǎng)的邊緣處誤差的積累，也便于 GPS 網(wǎng)的數(shù)據(jù)處理和成果檢核分階段進(jìn)行。 GPS 測量的精度標(biāo)準(zhǔn) ﹝ 9﹞ GPS 測量的精度標(biāo)準(zhǔn)通常用網(wǎng)中相鄰點(diǎn)之間的距離中誤差表示，其形式為 : 22 b. d)a （??? （ 31） 其中 :? :距離中誤差 (mm) ； a：固定誤差 (mm) ； b 比例系數(shù) (ppm)； d:相鄰點(diǎn)的距離 (km) 。 國家測繪局 1992 年制訂的我國第一部《全球定位系統(tǒng) (GPS)測量規(guī)范》，將 GPS 的18 測量精度分類 AE 五級。其中 A, B 兩級一般為國家 GPS 控制網(wǎng)，我國的國家 GPS 網(wǎng)就是按照這一精度標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)的，其中 A 級網(wǎng) 29 點(diǎn)， B 級網(wǎng)有數(shù)百個(gè) 點(diǎn)。 C,D,E 三級是局部性的 GPS 網(wǎng)。 2021 年推出了新的國家標(biāo)準(zhǔn) GB/T 183142021《全球定位系統(tǒng) (GPS)測量規(guī)范》將 GPS 的測量精度分為 AAE 六級 (見表 32) 。 表 32GPS 測量技術(shù)指標(biāo) 級別 項(xiàng)目 AA A B C D E 固定誤差 a（ mm） ≦ 3 ≦ 5 ≦ 8 ≦ 10 ≦ 10 ≦ 10 比例誤差系數(shù) b（ ppm） ≦ ≦ ≦ 1 ≦ 5 ≦ 10 ≦ 20 相鄰點(diǎn)最小距離（ km） 300 100 20 5 2 相鄰點(diǎn)最大距離（ km） 3000 900 210 40 15 10 相鄰點(diǎn)平均距離（ km） 1000 300 70 10～ 15 5～ 10 ～ 5 測量基準(zhǔn)的選取 GPS 測量得到的是 GPS 基線向量，是屬于 WGS84 坐標(biāo)系的三維坐標(biāo)差，而實(shí)際需要得到國家坐標(biāo)系或地方獨(dú)立坐標(biāo)系的坐標(biāo)。為此，在 GPS 網(wǎng)的技術(shù)設(shè)計(jì)中，必須說明 GPS 網(wǎng)的成果所采用的坐標(biāo)系統(tǒng)和起算數(shù)據(jù)，也就是說明 GPS 所采用的基準(zhǔn)，或者稱之為 GPS 網(wǎng)的基準(zhǔn)設(shè)計(jì)。 GPS 網(wǎng)的基準(zhǔn)與常規(guī)控制網(wǎng)的基準(zhǔn)類似，包括位置基準(zhǔn)、方位基準(zhǔn)和尺度基準(zhǔn)。當(dāng)測區(qū)有舊的地面控制點(diǎn)成果時(shí)，既應(yīng)充 分利用原有資料，又要使新布測的 GPS 控制網(wǎng)提高精度，不受舊資料的影響。為此，應(yīng)將新的 GPS 網(wǎng)與舊控制點(diǎn)進(jìn)行聯(lián)測，聯(lián)測點(diǎn)一般不應(yīng)少于 3 個(gè)。 (1)坐標(biāo)系統(tǒng) GPS 網(wǎng)的坐標(biāo)系統(tǒng)盡量應(yīng)與測區(qū)過去采用的坐標(biāo)系統(tǒng)一致，如果采用的是地方獨(dú)立坐標(biāo)系，一般應(yīng)該了解以下幾個(gè)參數(shù) : ①所采用的參考橢球體，一般是以國家坐標(biāo)系的參考橢球?yàn)榛A(chǔ) 。 ②坐標(biāo)系的中央子午線 。 ③縱、橫坐標(biāo)的加常數(shù) 。 ④坐標(biāo)系的投影面高程及測區(qū)平均高程異常值 。 ⑤起算點(diǎn)的坐標(biāo)。 19 (2)位置基準(zhǔn) GPS 網(wǎng)的位置基準(zhǔn)，通常都是由給定的起算點(diǎn)坐標(biāo)確定。方位基 準(zhǔn)可以通過給定起算方位角確定，也可以由 GPS 基線向量的方位作為方位基準(zhǔn)，尺度基準(zhǔn)可以由地面的電磁波測距邊確定，或由兩個(gè)以上的起算點(diǎn)間距確定，也可由 GPS 基線向量的距離確定。 (3)高程點(diǎn) 為了得到 GPS 點(diǎn)的正常高，應(yīng)使一定數(shù)量的 GPS 點(diǎn)與水準(zhǔn)點(diǎn)重合，或者對部分 GPS 點(diǎn)聯(lián)測水準(zhǔn)。為了便于進(jìn)行水準(zhǔn)聯(lián)測，且便于進(jìn)行 GPS 觀測，提高 GPS 作業(yè)效率， GPS點(diǎn)一般應(yīng)設(shè)在交通方便的地方。 應(yīng)根據(jù)測量任務(wù)的目的和測區(qū)范圍、精度和密度的要求等，充分收集和了解測區(qū)的地理情況，及原有控制點(diǎn)的分布和保存情況，以便恰當(dāng)?shù)剡x定 GPS 點(diǎn)的點(diǎn)位。在選定 GPS 點(diǎn)點(diǎn)位時(shí)應(yīng)遵守以下原則 : ①點(diǎn)位周圍應(yīng)便于安置天線和 GPS 接收機(jī)。視野開闊，視場內(nèi)周圍障礙物的高度角一般應(yīng)小于 150。 ②點(diǎn)位應(yīng)遠(yuǎn)離大功率無線電發(fā)射源 (如電視臺、微波站及微波通道等 )及高壓電線以避免周圍磁場對信號的干擾 。 ③點(diǎn)位周圍不應(yīng)有對電磁波反射 (或吸收 )強(qiáng)烈的物體，以減弱多路徑效應(yīng)影響 。 ④點(diǎn)位應(yīng)選在交通方便的地方，以提高作業(yè)效率 。 ⑤選定點(diǎn)位時(shí)，應(yīng)考慮便于用其它測量手段聯(lián)測和擴(kuò)展 。 ⑥點(diǎn)位應(yīng)選在地面基礎(chǔ)堅(jiān)固的地方，以便于保存。 此外，有時(shí)還需要考慮點(diǎn)位附近的通訊設(shè)施、 電力供應(yīng)等情況，以便于各點(diǎn)之間的聯(lián)絡(luò)和設(shè)備用電。在利用舊點(diǎn)時(shí)，應(yīng)檢查標(biāo)石的完整性和穩(wěn)定性。點(diǎn)位選定后，不論是新點(diǎn)或舊點(diǎn)，均應(yīng)按規(guī)定繪制點(diǎn)之記，選點(diǎn)工作結(jié)束后，還要編寫選點(diǎn)工作總結(jié)。 為了較長期地保存點(diǎn)位， GPS 控制點(diǎn)一般應(yīng)按照國家規(guī)范設(shè)置具有中心標(biāo)志的標(biāo)石，精確標(biāo)志點(diǎn)位。點(diǎn)的標(biāo)石和標(biāo)志必須穩(wěn)定、堅(jiān)固。對于研究三維形變的 GPS 監(jiān)測網(wǎng)的點(diǎn)位，更應(yīng)該建造便于長期保存的標(biāo)志，為提高精度，可建帶有強(qiáng)制歸心裝置的觀測墩。 GPS 變形監(jiān)測控制網(wǎng)的圖形設(shè)計(jì) 網(wǎng)形設(shè)計(jì)的一般原則 為了滿足變形監(jiān)測的要求，網(wǎng)的 圖形設(shè)計(jì)的一般原則是 : 20 ① GPS 網(wǎng)一般應(yīng)采用獨(dú)立觀測邊構(gòu)成閉合圖形，例如三角形、多邊形或附合線路，以增加檢核條件，提高網(wǎng)的可靠性 。 ② GPS 網(wǎng)作為測量控制網(wǎng)，其相鄰點(diǎn)間基線向量的精度，應(yīng)分布均勻 。 ③ GPS 網(wǎng)點(diǎn)應(yīng)盡量與原有地面控制網(wǎng)點(diǎn)相重合。重合點(diǎn)一般不應(yīng)少于 3 個(gè)，且在網(wǎng)中應(yīng)分布均勻，以利于可靠地確定 GPS 網(wǎng)與地面網(wǎng)之間的轉(zhuǎn)換參數(shù) 。 ④ GPS 網(wǎng)點(diǎn)應(yīng)考慮與水準(zhǔn)點(diǎn)相重合，而非重合點(diǎn)，一般應(yīng)根據(jù)要求以水準(zhǔn)測量方法(或相當(dāng)精度的方法 )進(jìn)行聯(lián)測，或在網(wǎng)中布設(shè)一定密度的水準(zhǔn)聯(lián)測點(diǎn)，以便為大地水準(zhǔn)面的研究提供資料 。 ⑤為 了便于 GPS 的測量觀測和水準(zhǔn)聯(lián)測， GPS 網(wǎng)點(diǎn)一般應(yīng)設(shè)在視野開闊和交通便利的地方 。 ⑥為了便于用經(jīng)典方法聯(lián)測或擴(kuò)展，可在 GPS 網(wǎng)點(diǎn)附近布設(shè)一通視良好的方位點(diǎn)，以建立聯(lián)測方向。方位點(diǎn)與觀測站的距離，一般應(yīng)大于 300m。 獨(dú)立基線向量的選擇 GPS 控制網(wǎng)一般應(yīng)由獨(dú)立觀測的基線向量構(gòu)成。 參加同步觀測的儀器越多，選取獨(dú)立基線向量的可能方式便迅速增加。這就為選用獨(dú)立基線向量以構(gòu)成最佳的 GPS 網(wǎng)形，提供了充分的選擇性。在實(shí)際工作中，可根據(jù)對 GPS 網(wǎng)的要求和經(jīng)驗(yàn)來確定。 當(dāng)具有多時(shí)段的觀測成果時(shí)，獨(dú)立基線向量的選取 ，一般應(yīng)以構(gòu)成閉合圖形為優(yōu)。 GPS 變形監(jiān)測控制網(wǎng)的基準(zhǔn)設(shè)計(jì) 前面己指出，網(wǎng)的基準(zhǔn)包括網(wǎng)的位置基準(zhǔn)、方向基準(zhǔn)和尺度基準(zhǔn)。而確定網(wǎng)的基準(zhǔn)，是通過網(wǎng)的整體平差來實(shí)現(xiàn)的。 GPS 網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)中，應(yīng)當(dāng)根據(jù)網(wǎng)的用途，提出確定網(wǎng)的基準(zhǔn)的方法和原則。 一般來說，在 GPS 網(wǎng)的整體平差中，可能含有兩類觀測量，即相對觀測量 (如基線向量 )和絕對觀測量 (如點(diǎn)在 WGS84 中的坐標(biāo)值 )。在僅含有相對觀測量的 GPS 網(wǎng)中，網(wǎng)的方向基準(zhǔn)和尺度基準(zhǔn)，由在平差計(jì)算中作為相關(guān)觀測量的基線向量唯一地確定。而網(wǎng)的位置基準(zhǔn)，則決定于所 取網(wǎng)點(diǎn)坐標(biāo)的近似值系統(tǒng)和平差方法。在 GPS 網(wǎng)包含點(diǎn)的坐標(biāo)觀測量的情況下，網(wǎng)的位置基準(zhǔn)，將取決于這些網(wǎng)點(diǎn)的坐標(biāo)值及其精度。 GPS 網(wǎng)的基準(zhǔn)設(shè)計(jì)，一般主要是指確定網(wǎng)的位置基準(zhǔn)問題。確定網(wǎng)的位置基準(zhǔn)，通常可根據(jù)情況，選取以下方法 : 21 ①選取網(wǎng)中一點(diǎn)的坐標(biāo)值并加以固定，或給以適當(dāng)?shù)臋?quán) 。 ②網(wǎng)中的點(diǎn)均不固定，通過自由網(wǎng)平差，確定網(wǎng)的位置基準(zhǔn) 。 ③在網(wǎng)中選若干點(diǎn)的坐標(biāo)值并加以固定 。 ④選網(wǎng)中若干點(diǎn) (直到全部點(diǎn) )的坐標(biāo)值并給以適當(dāng)?shù)臋?quán)。 前兩種方法，對 GPS 網(wǎng)定位的約束條件最少，所以，通常稱為最小約束法 。而后兩種方法，對平差計(jì)算則存在若干約束條件，其約束條件的多少，取決于在網(wǎng)中所選點(diǎn)的數(shù)量，這種方法，通常稱為約束法。 以最小約束法進(jìn)行 GPS 網(wǎng)的平差，對網(wǎng)的定向與尺度沒有影響，也就是說，不管采用上述那種最小約束法，平差后網(wǎng)的方向和尺度，以及網(wǎng)中元素 (邊長、方位或坐標(biāo)差 )的相對精度都是相同的，但網(wǎng)的位置及點(diǎn)位精度卻不相同。 約束平差法，在確定網(wǎng)的位置基準(zhǔn)的同時(shí)，對 GPS 網(wǎng)的方向和尺度也會產(chǎn)生影響，其影響程度，與約束條件的多少及所取觀測值的精度有關(guān)。當(dāng)網(wǎng)中己知點(diǎn)的坐標(biāo)含有較大的誤差，或其權(quán)難以可靠地確定時(shí)，將會對網(wǎng)的 定向與尺度產(chǎn)生不利的影響。雖然從理論上說，在網(wǎng)的平差計(jì)算中，給所有的己知位置以適當(dāng)?shù)臋?quán)，是最為嚴(yán)格的方法，但是，如何適當(dāng)?shù)卮_定己知位置的權(quán)，及其與網(wǎng)中其它觀測量權(quán)的比例關(guān)系，則是一個(gè)需要慎重考慮的問題。 所以，一般只有對于一個(gè)大范圍的 GPS 網(wǎng)，而且要求精確地位于 WGS84 協(xié)議球坐標(biāo)系時(shí)，或者在具有一組分布適宜的，高精度的己知點(diǎn)時(shí)，為改善 GPS 網(wǎng)的定向和尺度，約束平差法才具有重要意義。在一般情況下，對于一些區(qū)域性的 GPS 網(wǎng)，如城市、礦山和工程 GPS 網(wǎng)，其是否精確位于地心坐標(biāo)系統(tǒng)，并不特別重要，因此，這時(shí)多采 用最小約束平差法。而且，為了與經(jīng)典地面網(wǎng)相聯(lián)合、通常以采用固定一點(diǎn)的經(jīng)典自由網(wǎng)平差法為宜。 GPS 變形監(jiān)測控制網(wǎng)的施測 1 、 GPS 控制網(wǎng)施測采用的儀器 GPS 控制網(wǎng)測量應(yīng)按工程要求使用一定精度的雙頻 GPS 接收機(jī)進(jìn)行觀測。對于可通視的短基線邊測距，可使用高精度光電測距儀 (如徠卡 DI 2021 型精密光電測距儀、LVIE5000 精密光電測距儀 )或同等測距精度的電子全站儀。 觀測 在控制點(diǎn)標(biāo)石埋設(shè)完畢后，應(yīng)使其穩(wěn)定一段時(shí)間，經(jīng)過一個(gè)雨季，使之穩(wěn)固后再進(jìn)22 行觀測。 為了提高 GPS 觀測的 精度與可靠性， GPS 點(diǎn)間應(yīng)構(gòu)成一定數(shù)量的由 GPS 獨(dú)立基線構(gòu)成的非同步閉合環(huán)，使 GPS 網(wǎng)有足夠的多余觀測。 (1)觀測準(zhǔn)備 : ①對所用觀測儀器進(jìn)行檢驗(yàn)。 ②利用 GPS 有關(guān)軟件，查閱測區(qū)衛(wèi)星可見性預(yù)報(bào)表，合理選擇最佳觀測時(shí)段。 ③根據(jù)觀測要求、衛(wèi)星可見性預(yù)報(bào)表、各點(diǎn)的周圍環(huán)境及交通狀況制定詳 細(xì)的工作計(jì)劃、工作日程、人員調(diào)度表、觀測要求一覽表等。 (2) GPS 觀測 : GPS 作業(yè)方式采用靜態(tài)相對定位模式。 GPS 觀測須滿足以下有關(guān)條件 : ①觀測要求 : 表 33 GPS 測量作業(yè)基本技術(shù)指標(biāo)表 項(xiàng)目 指標(biāo) 衛(wèi)星截止高度 ≧ 150 有效觀測衛(wèi)星個(gè)數(shù) =15sec 小于 30 公里基線 觀測時(shí)段長度 大于 30 公里基線 與 IGS跟蹤站聯(lián)測基線 ≧ 6 ≧ 2hour ≧ 6hour 平均重復(fù)設(shè)站數(shù) ≧ 3 GDOP 值 ≦ 6 ②觀測組嚴(yán)格按照調(diào)度表規(guī)定的時(shí)間作業(yè)，保證同步觀測同一衛(wèi)星組。 ③對設(shè)有觀測墩的控制點(diǎn)進(jìn)行強(qiáng)制對中，對聯(lián)測的國家點(diǎn)用經(jīng)檢驗(yàn)的光學(xué)對中器對中。為消除天線相位中心偏差對測量結(jié)果 的影響，安置天線須嚴(yán)格整平，使天線標(biāo)志線指北，