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摘要；随着GPS技术的飞速发展与广泛应用，数据处理显得尤为重要，尤其是静态测量中的一个关键。本文结合路桥工程测量来说，讲述了路桥工程测量中GPS测量模式以及数据处理。
关键词：GPS；路桥工作；工程测量
随着GPS的诞生及其迅猛发展，其也得到了广泛的应用。目前，GPS已广泛应用于精密工程测量、控制测量、工程测量等测量工作中。由于GPS测量的误差源多且复杂，时变性强，数据处理一直以来是GPS测量，尤其是静态测量中的一个关键。对此，本文结合数年来的数据处理经验，探讨了工程测量应用中各误差源的特性及改善数据处理精度的经验、方法。
一、路桥工程测量中GPS测量模式
由于测量地段的实地要求与用户的个人需求的不同，所采用测量方式也是不同的。具体的讲，GPS测量模式可以分为两种：静态测量和动态测量，在静态测量模式中又按照监测方式可分为两种：常规静态测量模式和快速静态测量模式，在动态测量模式又按照监测方式也可分为两种：准动态测量模式和实时动态测量模式，其中的实时动态测量模式包括两种方式：DGPS和RTK。
1 GPS中的静态测量模式
(1)常规静态测量模式
所谓的常规静态测量模式中，所要在一条或数条基线的两端分别安置有GPS接收机，以为同时观测4颗以上卫星，并且根据基线长度和测量等级，在每个时段观测45分钟以上。其相对定位精度一般可以达到5mm十1ppm。目前这种测量模式常用于建立地壳运动监测网，建立全球性或国家级大地控制网，进行岛屿与大陆联测，建立长距离检校基线，钻井定位及精密工程控制网建立等。
(2)快速静态测量模式
所谓的快速静态测量模式中，只需采用单台GPS接收机，安置已知测站作为基准站，对于所有可见卫星进行连续跟踪。移动站接收机依次到各待测测站，每测站观测数分钟。目前来说，这种测量模式常用于控制网的建立及其加密、工程测量、地籍测量等。
需要注意的是这种方法要求在观测时段内确保有5颗以上卫星可供观测，流动点与基准点相距应不超过20km。
2 GPS中的动态测量模式
(1)准动态测量模式
所谓的准动态测量模式，安置GPS接收机的方式和快速静态测量模式中一样，也是为了连续跟踪所有可见卫星。但是与快速静态测量模式不同的是，观测时间每测站观测几个历元数据，它要求移动站在测站过程中不能失锁，并且需要先在已知点或用其它方式进行初始化。这种方法常用于精密测定运动目标的轨迹、测定道路的中心线、剖面测量、航道测量等。
(2)实时动态测量模式
所谓的实时动态测量模式，顾名思义就是指实时得到高精度的测量结果。其具体操作如下：将GPS基准站接收机和数据链架设在已知测站上，连续跟踪所有可见卫星，并通过数据链发送数据向移动站。而移动站接收机通过移动站数据链接收基准站发射来的数据，并在机进行处理，从而实时得到移动站的高精度位置。
二、路桥工程测量中GPS的静态测量与处理
GPS控制测量一般采用静态方式进行，其数据处理一般分为两步：基线解算和网平差。下面结合这两方面以及高程拟合的相关问题，讨论其影响因素。
1 基线解算
GPS3：程测量或控制测量中，基线解算一般采用载波相位双差固定解，其质量的优劣直接影响到基线网平差的结果。工程测量中，GPS静态测量数据处理时，基线解算的质量检核一般是在载波相位整周模糊度固定的条件下，考虑观测量残差分布的同时，由同步环、异步环的闭合差、重复基线的较差来检核。为了进一步检核GPS观测网中基线之间的相容性，还需要进行同步环、异步环、重复基线的检核。通常是按照行业标准或国标，对其在WGS-84直角坐标系下的三维分量的闭合差设定范围，并以此来检核。这种检核的过程往往需要与上述的基线解算过程多次交叉进行。以得到自洽性较好的GPS基线网。
对于GPS工程测量中基线网自洽性检核，平面闭合差，高程闭合差分别采用不同的标准是比较符合实际的；这有利于控制GPS测量误差对平面控制测量的影响，避免GPSN的WGS-84坐标系空间分量检核合格，而平面闭合差超限引起的不合理现象，也有利于将传统的平面控制测量或导线测量与GPS测量更好的衔接起来。同时，也有利于GPS高程拟合中高程閉合差的控制，从而提高高程拟合的精度。
2 GPS网平差
GPS网平差分为WGS-84坐标系下三维(无约束和约束)平差和工程测量坐标系下的平面约束平差。平差过程表明，GPS独立基线向量中粗差的剔除、基线转换投影到工程测量坐标系的二维向量这两步对于最后的二维平面平差的结果至为重要。
GPS独立基线网转换投影到工程测量坐标系后，得到该坐标系下的二维基线向量网。由于这种投影转换是从WGS-84坐标系转换到工程测量平面坐标系，且主要是二维平面关系的转换，因此，为了得到自洽性较好(即位置相对关系较好)的二维基线向量网，首先必须要保证WGS-84大地坐标系下这些点位平面坐标之间关系的自洽性。这也表明，引入WGS-84椭球坐标系下平面闭合差、高程闭合差分离的质量检核比较合理。另外，工程测量坐标系下已知点之间的兼容性对WGS-84坐标系下的基线向量向工程测量坐标系的转换非常重要。起算点兼容性差，则这种转换参数精度低，转换后得到的二维基线网的扭曲，伸缩变形较大，最终平面平差结果的精度低，可靠性差。而且，这些已知点的在网中的分布也至关重要。由于已知点间不可能完全自洽(即求解转换参数时，残差不可能为零)，为了减少转换后的基线网边缘的变形，控制点应尽可能的分布均匀。
在WGS-84大地坐标系下GPS平面基线网自治性较好，工程测量坐标系下控制点之间的兼容性较好，并分布均匀的条件下，二维平面约束平差的结果，其精度较高，且可靠性较好。
3 高程拟合
静态GPS网的高程拟合一直以来是很多工程测量部门比较关心的问题，讨论的比较多的常常是数学拟合或引入局部水准面的改正方法，如数值拟合法、整体平差法、综合处理法、移动曲面法、线性拟合法、平面拟合法、斜面拟合法、引入EGM96重力场模型的高程拟合等。
高程拟合的过程一般为：在WGS-84坐标系下进行了最小约束或约束平差后，利用得到的WGS-84大地高、某些公共点上的正常高及其平面位置，进行数学拟合并内插出未知点上的正常高，必要时还需要进行相应的地形改正，以提高数学拟合的精度，削弱大地水准面不均匀性对拟合的影响。
影响高程拟合精度的误差源主要有：大地水准面的不规则性、GPS测量的高程精度、公共点正常高的精度、公共点的分 布状况。相关的文献中讨论的比较多的是如何利用已知数据尽可能真实的逼近大地水准面，而往往忽略的GPS高程测量本身的质量检核。实际上，准确地获取公共点上的WGS-84大地高和水准正常高，是进行真实模拟逼近大地水准面的前提。对于小范围的GPS控制网而言，在GPS网平面、高程闭合差检核标准分离的原则下，有效的控制GPS独立基线网的大地高闭合差，可以提高高程拟合的精度。
三、路桥工程测量中GPS的动态测量与处理
RTK(Real Time Kinematic)是GPS实时动态测量方式的简称，也是工程测量中GPS测量技术发展的一个新突破，在这种的监测模式中，其观测值与测站坐标信息通过基准站数据链将一起被传送给流动站；流动站不仅可以通过数据链接收来自基准站的数据，还同时采集GPS观测数据，并在系统内组成差分观测值进行实时处理，经过坐标转换后直接输出观测点的坐标。在使用RTK测量模式中精度损失有：
1 转换参数引起的精度损失
在进行RTK测量时，首先需要输入控制点的WGS-84坐标和地方坐标系坐标，以此来求解转换参数，依据此得到转换后的地方坐标系下的坐标。这其间待测点坐标的精度存在着坐标转换的损失，经验表明，这种损失一般在1cm左右，但与控制点的精度和分布有关。因此需要合理的选择WGS-84坐标的获取方式，而且，对于某一小测区范围而言，输入的控制点点位所组成的图形尽量能够涵盖该测区，对于较大范围的测区，建议进行转换参数的分区求解，而且区与区之间应当有适当的重合点。
2 基准站与流动站之间的距离
在RTK测量模式中，对其精度影响较大是基准站与流动站之间的距离、轨道误差和大气延迟误差。当基准站与流动站之间的距离较短时，其影响能够模拟，其残差能够通过观测值的差分处理得到削弱甚至基本消除，当基准站与流动站之间的距离较长时，它们的影响越大，得到固定解的时间一般也较长，对观测结果的影响也会越大。而且，伴随着基准站与流动站间距离的增大，GPS误差的空间相关性会逐渐失去线性，所以在二者较长距离下，即使流动站数据经过差分处理后仍然含有较大的观测误差，从而容易导致定位精度的降低与无法解算载波相位的整周模糊度。
3 测站环境及天气状况
RTK测量结果的精度影响影响因素：基准站、流动站上的环境及天气状况。当基准站周围的干扰较多时，会减小电台的控制范围，影响作业效率。当其周环境较差时，降低会接收信号的质量，增大测量噪声，最终使得RTK定位的结果收到很大影响。而且，基准站与流动站、各流动站之间的气象条件差异较大时，RTK测量结果会受到明显的影响，最为明显的就是高程测量的结果。
4 操作人员的误差
在RTK测量模式中，与其它的测量模式一样，一样也要求整平儀器、对中及量取仪器的高度等等。但是RTK测量成果的精度还会受到操作人员使用方法及实际经验的不同的影响。在使用RTK测量模式进行城市一级导线的测量时，必须采用三脚基座对流动站进行对中整平，以尽量减小其对观测值的影响。
5 基准站的误差
在RTK测量模式中，是利用基准站的坐标和基线向量，得到的流动站的坐标，因此，传人到流动站的结果中会存在有基准站的误差会，致使流动站的坐标受到影响。另一方面，在流动站的结果中还存在有基准站的对中、整平等人员操作误差，且流动站坐标的解算也会受到基准站周围环境对GPS观测量质量的影响。因此，要尽尽量减少在RTK测量模式中的基准站误差的影响。
从测量技术来看，RTK技术替代一级导线测量的可行性问题，RTK高程测量的精度问题将成为未来所发展的方向。所以，本文主要根据上文中所提到的精度损失以及作者在工作中的经验认为，在RTK测量转换参数的合理情况下，采用双基准站双采样(或多采样)的方法，可以有效的消除基准站误差的影响，削弱对流层延迟的随机性误差对于RTK高程的影响，从而提高RTK平面测量和高程测量的精度。
参考文献：
[1]居向明，GPS在工程控制测量中应注意的几个问题，测绘学院学报，2003
[2]赵俊生、徐卫民，GPS在城市控制测量应用中的研究，测绘通报，2007
[3]闰志刚等，GPS作业模式原理及实用技术.四川测绘，2005
关键词：GPS；路桥工作；工程测量
随着GPS的诞生及其迅猛发展，其也得到了广泛的应用。目前，GPS已广泛应用于精密工程测量、控制测量、工程测量等测量工作中。由于GPS测量的误差源多且复杂，时变性强，数据处理一直以来是GPS测量，尤其是静态测量中的一个关键。对此，本文结合数年来的数据处理经验，探讨了工程测量应用中各误差源的特性及改善数据处理精度的经验、方法。
一、路桥工程测量中GPS测量模式
由于测量地段的实地要求与用户的个人需求的不同，所采用测量方式也是不同的。具体的讲，GPS测量模式可以分为两种：静态测量和动态测量，在静态测量模式中又按照监测方式可分为两种：常规静态测量模式和快速静态测量模式，在动态测量模式又按照监测方式也可分为两种：准动态测量模式和实时动态测量模式，其中的实时动态测量模式包括两种方式：DGPS和RTK。
1 GPS中的静态测量模式
(1)常规静态测量模式
所谓的常规静态测量模式中，所要在一条或数条基线的两端分别安置有GPS接收机，以为同时观测4颗以上卫星，并且根据基线长度和测量等级，在每个时段观测45分钟以上。其相对定位精度一般可以达到5mm十1ppm。目前这种测量模式常用于建立地壳运动监测网，建立全球性或国家级大地控制网，进行岛屿与大陆联测，建立长距离检校基线，钻井定位及精密工程控制网建立等。
(2)快速静态测量模式
所谓的快速静态测量模式中，只需采用单台GPS接收机，安置已知测站作为基准站，对于所有可见卫星进行连续跟踪。移动站接收机依次到各待测测站，每测站观测数分钟。目前来说，这种测量模式常用于控制网的建立及其加密、工程测量、地籍测量等。
需要注意的是这种方法要求在观测时段内确保有5颗以上卫星可供观测，流动点与基准点相距应不超过20km。
2 GPS中的动态测量模式
(1)准动态测量模式
所谓的准动态测量模式，安置GPS接收机的方式和快速静态测量模式中一样，也是为了连续跟踪所有可见卫星。但是与快速静态测量模式不同的是，观测时间每测站观测几个历元数据，它要求移动站在测站过程中不能失锁，并且需要先在已知点或用其它方式进行初始化。这种方法常用于精密测定运动目标的轨迹、测定道路的中心线、剖面测量、航道测量等。
(2)实时动态测量模式
所谓的实时动态测量模式，顾名思义就是指实时得到高精度的测量结果。其具体操作如下：将GPS基准站接收机和数据链架设在已知测站上，连续跟踪所有可见卫星，并通过数据链发送数据向移动站。而移动站接收机通过移动站数据链接收基准站发射来的数据，并在机进行处理，从而实时得到移动站的高精度位置。
二、路桥工程测量中GPS的静态测量与处理
GPS控制测量一般采用静态方式进行，其数据处理一般分为两步：基线解算和网平差。下面结合这两方面以及高程拟合的相关问题，讨论其影响因素。
1 基线解算
GPS3：程测量或控制测量中，基线解算一般采用载波相位双差固定解，其质量的优劣直接影响到基线网平差的结果。工程测量中，GPS静态测量数据处理时，基线解算的质量检核一般是在载波相位整周模糊度固定的条件下，考虑观测量残差分布的同时，由同步环、异步环的闭合差、重复基线的较差来检核。为了进一步检核GPS观测网中基线之间的相容性，还需要进行同步环、异步环、重复基线的检核。通常是按照行业标准或国标，对其在WGS-84直角坐标系下的三维分量的闭合差设定范围，并以此来检核。这种检核的过程往往需要与上述的基线解算过程多次交叉进行。以得到自洽性较好的GPS基线网。
对于GPS工程测量中基线网自洽性检核，平面闭合差，高程闭合差分别采用不同的标准是比较符合实际的；这有利于控制GPS测量误差对平面控制测量的影响，避免GPSN的WGS-84坐标系空间分量检核合格，而平面闭合差超限引起的不合理现象，也有利于将传统的平面控制测量或导线测量与GPS测量更好的衔接起来。同时，也有利于GPS高程拟合中高程閉合差的控制，从而提高高程拟合的精度。
2 GPS网平差
GPS网平差分为WGS-84坐标系下三维(无约束和约束)平差和工程测量坐标系下的平面约束平差。平差过程表明，GPS独立基线向量中粗差的剔除、基线转换投影到工程测量坐标系的二维向量这两步对于最后的二维平面平差的结果至为重要。
GPS独立基线网转换投影到工程测量坐标系后，得到该坐标系下的二维基线向量网。由于这种投影转换是从WGS-84坐标系转换到工程测量平面坐标系，且主要是二维平面关系的转换，因此，为了得到自洽性较好(即位置相对关系较好)的二维基线向量网，首先必须要保证WGS-84大地坐标系下这些点位平面坐标之间关系的自洽性。这也表明，引入WGS-84椭球坐标系下平面闭合差、高程闭合差分离的质量检核比较合理。另外，工程测量坐标系下已知点之间的兼容性对WGS-84坐标系下的基线向量向工程测量坐标系的转换非常重要。起算点兼容性差，则这种转换参数精度低，转换后得到的二维基线网的扭曲，伸缩变形较大，最终平面平差结果的精度低，可靠性差。而且，这些已知点的在网中的分布也至关重要。由于已知点间不可能完全自洽(即求解转换参数时，残差不可能为零)，为了减少转换后的基线网边缘的变形，控制点应尽可能的分布均匀。
在WGS-84大地坐标系下GPS平面基线网自治性较好，工程测量坐标系下控制点之间的兼容性较好，并分布均匀的条件下，二维平面约束平差的结果，其精度较高，且可靠性较好。
3 高程拟合
静态GPS网的高程拟合一直以来是很多工程测量部门比较关心的问题，讨论的比较多的常常是数学拟合或引入局部水准面的改正方法，如数值拟合法、整体平差法、综合处理法、移动曲面法、线性拟合法、平面拟合法、斜面拟合法、引入EGM96重力场模型的高程拟合等。
高程拟合的过程一般为：在WGS-84坐标系下进行了最小约束或约束平差后，利用得到的WGS-84大地高、某些公共点上的正常高及其平面位置，进行数学拟合并内插出未知点上的正常高，必要时还需要进行相应的地形改正，以提高数学拟合的精度，削弱大地水准面不均匀性对拟合的影响。
影响高程拟合精度的误差源主要有：大地水准面的不规则性、GPS测量的高程精度、公共点正常高的精度、公共点的分 布状况。相关的文献中讨论的比较多的是如何利用已知数据尽可能真实的逼近大地水准面，而往往忽略的GPS高程测量本身的质量检核。实际上，准确地获取公共点上的WGS-84大地高和水准正常高，是进行真实模拟逼近大地水准面的前提。对于小范围的GPS控制网而言，在GPS网平面、高程闭合差检核标准分离的原则下，有效的控制GPS独立基线网的大地高闭合差，可以提高高程拟合的精度。
三、路桥工程测量中GPS的动态测量与处理
RTK(Real Time Kinematic)是GPS实时动态测量方式的简称，也是工程测量中GPS测量技术发展的一个新突破，在这种的监测模式中，其观测值与测站坐标信息通过基准站数据链将一起被传送给流动站；流动站不仅可以通过数据链接收来自基准站的数据，还同时采集GPS观测数据，并在系统内组成差分观测值进行实时处理，经过坐标转换后直接输出观测点的坐标。在使用RTK测量模式中精度损失有：
1 转换参数引起的精度损失
在进行RTK测量时，首先需要输入控制点的WGS-84坐标和地方坐标系坐标，以此来求解转换参数，依据此得到转换后的地方坐标系下的坐标。这其间待测点坐标的精度存在着坐标转换的损失，经验表明，这种损失一般在1cm左右，但与控制点的精度和分布有关。因此需要合理的选择WGS-84坐标的获取方式，而且，对于某一小测区范围而言，输入的控制点点位所组成的图形尽量能够涵盖该测区，对于较大范围的测区，建议进行转换参数的分区求解，而且区与区之间应当有适当的重合点。
2 基准站与流动站之间的距离
在RTK测量模式中，对其精度影响较大是基准站与流动站之间的距离、轨道误差和大气延迟误差。当基准站与流动站之间的距离较短时，其影响能够模拟，其残差能够通过观测值的差分处理得到削弱甚至基本消除，当基准站与流动站之间的距离较长时，它们的影响越大，得到固定解的时间一般也较长，对观测结果的影响也会越大。而且，伴随着基准站与流动站间距离的增大，GPS误差的空间相关性会逐渐失去线性，所以在二者较长距离下，即使流动站数据经过差分处理后仍然含有较大的观测误差，从而容易导致定位精度的降低与无法解算载波相位的整周模糊度。
3 测站环境及天气状况
RTK测量结果的精度影响影响因素：基准站、流动站上的环境及天气状况。当基准站周围的干扰较多时，会减小电台的控制范围，影响作业效率。当其周环境较差时，降低会接收信号的质量，增大测量噪声，最终使得RTK定位的结果收到很大影响。而且，基准站与流动站、各流动站之间的气象条件差异较大时，RTK测量结果会受到明显的影响，最为明显的就是高程测量的结果。
4 操作人员的误差
在RTK测量模式中，与其它的测量模式一样，一样也要求整平儀器、对中及量取仪器的高度等等。但是RTK测量成果的精度还会受到操作人员使用方法及实际经验的不同的影响。在使用RTK测量模式进行城市一级导线的测量时，必须采用三脚基座对流动站进行对中整平，以尽量减小其对观测值的影响。
5 基准站的误差
在RTK测量模式中，是利用基准站的坐标和基线向量，得到的流动站的坐标，因此，传人到流动站的结果中会存在有基准站的误差会，致使流动站的坐标受到影响。另一方面，在流动站的结果中还存在有基准站的对中、整平等人员操作误差，且流动站坐标的解算也会受到基准站周围环境对GPS观测量质量的影响。因此，要尽尽量减少在RTK测量模式中的基准站误差的影响。
从测量技术来看，RTK技术替代一级导线测量的可行性问题，RTK高程测量的精度问题将成为未来所发展的方向。所以，本文主要根据上文中所提到的精度损失以及作者在工作中的经验认为，在RTK测量转换参数的合理情况下，采用双基准站双采样(或多采样)的方法，可以有效的消除基准站误差的影响，削弱对流层延迟的随机性误差对于RTK高程的影响，从而提高RTK平面测量和高程测量的精度。
参考文献：
[1]居向明，GPS在工程控制测量中应注意的几个问题，测绘学院学报，2003
[2]赵俊生、徐卫民，GPS在城市控制测量应用中的研究，测绘通报，2007
[3]闰志刚等，GPS作业模式原理及实用技术.四川测绘，2005