【正文】 潮汐、大氣、電離層等參數(shù)進(jìn)行研究。 GPS系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用大大推進(jìn)了地球科學(xué)及地震、氣象、海洋等各相關(guān)科學(xué)的發(fā)展。 目前中國(guó)首期地殼運(yùn)動(dòng)觀測(cè) GPS網(wǎng)絡(luò)工程已經(jīng)完成。國(guó)家地震局、總參測(cè)繪局和科學(xué)院等部門(mén)聯(lián)合在全國(guó)各地建立 了 25個(gè)連續(xù)觀測(cè)基準(zhǔn)站、 56個(gè)定期復(fù)測(cè)基準(zhǔn)站和 1000多個(gè)不定期復(fù)測(cè)站，通過(guò)對(duì)大地板塊進(jìn)行以毫米 /年為單位的長(zhǎng)期測(cè)量，分析地殼運(yùn)動(dòng)規(guī)律，從而開(kāi)展地震預(yù)報(bào)、大地測(cè)量和國(guó)防等方面的研究工作。 ? 在政府管理和民用領(lǐng)域， GPS的導(dǎo)航和動(dòng)態(tài)定位測(cè)量等功能得到廣泛應(yīng)用。如在針對(duì)各類(lèi)災(zāi)害的預(yù)防和快速反應(yīng)上，如地震、森林火災(zāi)、水災(zāi)等，可以快速確定發(fā)災(zāi)地點(diǎn)、受災(zāi)范圍和災(zāi)情的發(fā)展趨勢(shì)。在交通、環(huán)保、城市規(guī)劃、水利和旅游等方面 GPS獲得了廣泛的運(yùn)用。 二、 GPS 系統(tǒng)和 GIS系統(tǒng)的結(jié)合應(yīng)用 隨著社會(huì)和經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，人類(lèi)活動(dòng)同 時(shí)也帶來(lái)了環(huán)境惡化、人口劇增、資源耗費(fèi)等急待解決的問(wèn)題，這就要求從事與之相關(guān)的各部門(mén)以整體的觀點(diǎn)認(rèn)識(shí)地球和我們身邊的環(huán)境系統(tǒng)。 GIS（Geographic Information System 地理信息系統(tǒng)）能夠?qū)⒏鞣N信息同空間地理位置有機(jī)結(jié)合起來(lái)，將地理學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、 RS、 GPS和 INTERNET等技術(shù)相融合實(shí)現(xiàn)綜合分析處理，以數(shù)字化的手段統(tǒng)一實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)地球及其相關(guān)現(xiàn)象的重現(xiàn)和認(rèn)識(shí)及對(duì)空間環(huán)境的多分辨率、三維描述，以處理自然和社會(huì)活動(dòng)諸方面的問(wèn)題，建立具有生物物理和社會(huì)經(jīng)濟(jì)各方面資料的基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫(kù) 和綜合信息數(shù)據(jù)庫(kù)。 傳統(tǒng)空間數(shù)據(jù)的主要資料源是測(cè)繪部門(mén)提供的大比例尺地圖。由于這些地圖的繪制需要測(cè)繪、統(tǒng)計(jì)、交通等部門(mén)的協(xié)作，投入大量人力物力來(lái)完成，因此其更新的周期較長(zhǎng)；另外它們不具備匯總其它社會(huì)經(jīng)濟(jì)等各方面信息，提供動(dòng)態(tài)綜合分析的功能。在經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的現(xiàn)在，政府宏觀決策、城市規(guī)劃、交通建設(shè)等等方面對(duì)空間資料的要求是實(shí)時(shí)、高精度和全方位的，這就需要健全能夠?qū)崿F(xiàn)及時(shí)更新的基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)。 基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)建立以 PC ARC/INFO、 ARCVIEW為軟件平臺(tái)，按 WGS84坐標(biāo)系和 UTM投影方式制成電子 地圖，開(kāi)發(fā)軟件為 ARCVIEW、 MAPINFO等。 三、 GPS實(shí)地測(cè)量范例 這里我們以安徽省地理信息中心和安徽省公路局合作的全省國(guó)道、省道及交通標(biāo)志位置 GPS測(cè)量項(xiàng)目為例予以簡(jiǎn)要介紹。 測(cè)量方式： 測(cè)量人員按照各地市公路部門(mén)提供的各級(jí)公路和沿途各特征點(diǎn)資料制定線路，安排日程表，每天將取得數(shù)據(jù)輸入便攜式電腦，完成移動(dòng)測(cè)量后將全部數(shù)據(jù)同基準(zhǔn)站 GPS進(jìn)行校正差分，得出標(biāo)志點(diǎn)和路線的經(jīng)緯度坐標(biāo)文件，再經(jīng) ARC/INFO軟件處理得到完整準(zhǔn)確的電子地圖。 測(cè)量設(shè)備： 測(cè)量中使用的 GPS設(shè)備是由美國(guó) TRIMBLE公司出品的兩臺(tái)套 GPS Pathfinder Basic Plus雙頻接收機(jī)?；鶞?zhǔn)站設(shè)于安徽省科委院內(nèi)。移動(dòng)站由接收機(jī)、天線和其它輔助設(shè)備組成。 基準(zhǔn)站：天寶 Trimble 12 Channel 運(yùn)行軟件： PFCBS 移動(dòng)接收機(jī)：天寶 Trimble 6 Channel 運(yùn)行軟件： PFINDER 內(nèi)存： 256K Waypoint 99/999 點(diǎn) 實(shí)測(cè)環(huán)境要求： 3顆衛(wèi)星可測(cè) 2D； 4顆衛(wèi)星可測(cè) 3D 差分軟件： PFINDER 現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)精度 : 100米 差分后精度為 : 25米 測(cè)量范圍：海拔 –500米 ?/FONT20200米，距基準(zhǔn)站（合肥） 500公里內(nèi)，覆蓋全省 測(cè)量方式：車(chē)載 測(cè)量成果： 省地理信息中心和省公路局的野外測(cè)量人員以大約每周一個(gè)地區(qū)的進(jìn)程測(cè)得蚌埠、淮南、滁州等地區(qū)的高速?lài)?guó)道、省道，各級(jí)國(guó)道、省道等路線；公路局、大小橋、工區(qū)等標(biāo)志點(diǎn)。 測(cè)量總結(jié)： 合理設(shè)定測(cè)量速度：在 GPS動(dòng)態(tài)測(cè)量時(shí)，路線的形狀描述由拐點(diǎn)密度決定，根據(jù)精度要求應(yīng)合理設(shè)定測(cè)量速度和記錄間隔時(shí)間。 注意測(cè)量環(huán)境對(duì)衛(wèi)星信號(hào)接收的影響：在山區(qū)、茂密森林和高大建筑附近，需隨時(shí)注意天線對(duì)天空的可視范圍，保證接收到可進(jìn)行 3維計(jì)算的 4顆以上衛(wèi)星的信號(hào)。 注意接收機(jī)內(nèi)存量：新的 GPS產(chǎn)品具有較大的內(nèi)存量，但野外測(cè)量時(shí)最好配備便攜式計(jì)算機(jī)，分時(shí)間段將測(cè)量數(shù)據(jù)輸入同時(shí)空出接收機(jī)內(nèi)存。 結(jié)束語(yǔ)：在當(dāng)前，空間信息數(shù)據(jù)是政府部門(mén)決策和行業(yè)發(fā)展規(guī)劃的重要依據(jù)，是網(wǎng)絡(luò)高速公路上的主流內(nèi)容之一。利用 GPS進(jìn)行 GIS地理數(shù)據(jù)更新具有及時(shí)、高效、高精度、不受惡劣環(huán)境氣候影響等優(yōu)勢(shì)，未來(lái)的幾年內(nèi)， GPS連續(xù)觀測(cè)基準(zhǔn)站將會(huì)遍布全國(guó)，任何地區(qū)都可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)測(cè)量；美國(guó)也將取消人為的精度限制，民用測(cè)量可以取得更高的精度。 GPS作為一種便捷的科學(xué)工具將在空間科學(xué)領(lǐng)域獲 得廣泛的應(yīng)用。 GPS測(cè)量的誤差分析 全球定位系統(tǒng)（ Global Positioning SystemGPS）是美國(guó)從二十世紀(jì)七十年代開(kāi)始研制，歷時(shí)20年，耗資 200億美元，于 1994年全面建成，具有在海、陸、空進(jìn)行全方位實(shí)時(shí)三維導(dǎo)航和定位能力的新一代衛(wèi)星導(dǎo)航和定位系統(tǒng)。 GPS以全天候、高精度、自動(dòng)化、高效益等顯著特點(diǎn)，贏得了廣大測(cè)繪者的信賴(lài)，并成功地應(yīng)用于大地測(cè)量、工程測(cè)量、航空攝影測(cè)量、運(yùn)載工具導(dǎo)航和地殼運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)、工程變形監(jiān)測(cè)、資源勘察、地球動(dòng)力學(xué)等多種學(xué)科。 1 GPS的測(cè)量原理及 誤差分類(lèi) GPS測(cè)量是通過(guò)地面接收設(shè)備接收衛(wèi)星傳送來(lái)的信息來(lái)確定地面點(diǎn)的三維坐標(biāo)。 GPS通過(guò)計(jì)算同一時(shí)刻地面接收設(shè)備到多顆衛(wèi)星之間的偽距離，來(lái)確定地面點(diǎn)的坐標(biāo)。因此，對(duì)于 GPS衛(wèi)星、衛(wèi)星信號(hào)傳播過(guò)程和地面接收設(shè)備都會(huì)對(duì) GPS測(cè)量產(chǎn)生誤差。 GPS測(cè)量誤差按其性質(zhì)可分為系統(tǒng)誤差和偶然誤差兩類(lèi)。系統(tǒng)誤差主要包括衛(wèi)星星歷誤差、衛(wèi)星鐘差、接收機(jī)鐘差以及大氣折射誤差等；偶然誤差主要包括信號(hào)的多路徑效應(yīng)、接收機(jī)的位置誤差、天線相位中心位置誤差等等。其中系統(tǒng)誤差無(wú)論從誤差的大小還是對(duì)定位誤差的危害性來(lái)講都比偶然誤差要大的 多，它是 GPS測(cè)量的主要誤差來(lái)源。同時(shí)系統(tǒng)誤差也是有規(guī)律可循，可采取一定的措施加以消除，偶然誤差則可以通過(guò)改善測(cè)量環(huán)境來(lái)降低誤差。 2 系統(tǒng)誤差及減弱誤差的措施 與大氣折射有關(guān)的誤差 衛(wèi)星發(fā)出信號(hào)與地面接收機(jī)收到信號(hào)要經(jīng)過(guò)大氣層，信號(hào)在大氣層的傳輸過(guò)程中受到大氣層的減弱和延遲。 所謂電離層，指地球上空距地面高度在 50～ 1000km之間的大氣層。電離層中的氣體分子由于受到太陽(yáng)等天體各種射線輻射，產(chǎn)生強(qiáng)烈的電離形成大量的自由電子和正離子。當(dāng) GPS 信號(hào)通過(guò)電離層時(shí)， 如同其它電磁波一樣，信號(hào)的路徑會(huì)發(fā)生彎曲，傳播速度也會(huì)發(fā)生變化。所以用信號(hào)的傳播時(shí)間乘上真空中光速而得到的距離就不會(huì)等于衛(wèi)星至接收機(jī)間的幾何距離，這種偏差叫電離層折射誤差。 減弱電離層折射誤差的措施有以下幾方面： 1 利用雙頻觀測(cè)。電磁波通過(guò)電離層所產(chǎn)生的折射改正數(shù)與電磁波頻率 ?的平方成反比。如果分別用兩個(gè)頻率 ?1和 ?2來(lái)發(fā)射衛(wèi)星信號(hào)，這兩個(gè)不同頻率的信號(hào)就會(huì)沿同一路徑到達(dá)接收機(jī)。由于用調(diào)制在兩個(gè)載波上的 P碼測(cè)距時(shí)，初電離層折射不同外，其余誤差都相同，所以就可以用 P1和 P2碼測(cè)的偽距之差計(jì)算出電離層折射改正 量。最后將地面接收機(jī)觀測(cè)結(jié)果加上計(jì)算出的折射改正量得到改正后的地面點(diǎn)精確坐標(biāo)。 2 利用電離層改正模型加以修改。采用雙頻技術(shù)，可以有效的減弱電離層折射的影響，但在電子含量很大，衛(wèi)星的角度角又小時(shí)求得電離層延遲更改中的誤差可能達(dá)幾厘米。為了滿足更高精度的 GPS測(cè)量的需要， Fritzk、 Brunner等人提出了電離層延遲更正模型。該模型考慮了折射率 n及地磁場(chǎng)的影響，并且是沿著信號(hào)傳播的路徑來(lái)進(jìn)行積分。計(jì)算結(jié)果表明，無(wú)論在何種情況下改進(jìn)模型的精度均優(yōu)于 2mm。 3 利用同步觀測(cè)值求差。用兩臺(tái)接收機(jī)在基線的兩端進(jìn)行 同步觀測(cè)并取其觀測(cè)量之差，可以減少電離層折射的影響。這是因?yàn)楫?dāng)兩觀測(cè)站相距不太遠(yuǎn)時(shí)，由于衛(wèi)星至兩觀測(cè)站電磁波傳播路程上的大氣狀況基本相似，因此大氣狀況的系統(tǒng)影響便可以通過(guò)同步觀測(cè)量的求差而減弱。 這種方法對(duì)于短基線（小于 20KM）的效果尤為明顯，這時(shí)經(jīng)電離層折射改正后的基線長(zhǎng)度的殘差一般為 1ppm?D。不過(guò)，隨著基線的長(zhǎng)度增加，其精度隨之明顯下降。 對(duì)流層折射誤差及減弱措施 對(duì)流層的高度為 40km以下的大氣層，其密度比電離層更大，大氣狀態(tài)也更復(fù)雜。對(duì)流層與地面接觸并從地面得到輻射熱能，使其溫度隨 高度的上升而降低， GPS信號(hào)通過(guò)對(duì)流層時(shí)，也使傳播路徑發(fā)生彎曲，從而使距離產(chǎn)生偏差，這種現(xiàn)象叫做對(duì)流層折射誤差。 對(duì)流層折射誤差與地面氣候、大氣壓力、溫度和濕度變化密切相關(guān)，這也是對(duì)流層折射比電離層折射更復(fù)雜。對(duì)流層的折射與信號(hào)高度角有關(guān)，當(dāng)在天頂方向（高度角 90度），其影響達(dá) ；當(dāng)在地面方向（高度角為 10度），其影響可達(dá) 20m。 減弱對(duì)流層折射誤差的主要措施有以下幾方面： 1 利用對(duì)流層更正模型加以修改。由于對(duì)流層折射對(duì) GPS信號(hào)傳播的影響比較復(fù)雜，一般采用更正模型進(jìn)行削弱。常用的各種更正模型是利用 氣象參數(shù)進(jìn)行計(jì)算更正。其氣象參數(shù)在測(cè)站點(diǎn)直接測(cè)定。 2利用同步觀測(cè)求差。當(dāng)觀測(cè)站相距不太遠(yuǎn)時(shí)（小于 20km），由于信號(hào)通過(guò)對(duì)流層的路徑相似，所以對(duì)同一衛(wèi)星的觀測(cè)值求差，可以明顯減弱對(duì)流層的影響。但是，隨著同步觀測(cè)站之間距離增大，求差方法的有效性也將隨之降低。當(dāng)距離大于 100km時(shí)，對(duì)流層的折射影響就制約 GPS精度的提高。 3 利用水氣輻射計(jì)直接測(cè)定信號(hào)傳播的影響。 與衛(wèi)星有關(guān)的誤差 衛(wèi)星星歷誤差及減弱措施 由星歷所給出的衛(wèi)星在空間位置與實(shí)際位置之差稱(chēng)為衛(wèi)星星歷誤差。由于衛(wèi)星在運(yùn)動(dòng)中受到多 種攝動(dòng)力的復(fù)雜影響，而通過(guò)地面監(jiān)測(cè)站又難以充分可靠地測(cè)定這些作用力并掌握它們的作用規(guī)律，因此在星歷預(yù)報(bào)時(shí)會(huì)產(chǎn)生較大的誤差。在一個(gè)觀測(cè)時(shí)間段內(nèi)星歷誤差屬于系統(tǒng)誤差特性，是一種起算數(shù)據(jù)誤差。它將嚴(yán)重影響單點(diǎn)定位的精度，也是精度相對(duì)定位中的重要誤差源。 解決星歷誤差的方法有以下幾種措施： 1 建立自己的衛(wèi)星跟蹤網(wǎng)獨(dú)立軌道。建立 GPS衛(wèi)星跟蹤網(wǎng)，進(jìn)行獨(dú)立定軌。這不僅使我國(guó)用戶擺脫美國(guó)政府使用 ―SA‖和 ―AS‖有意降低調(diào)制在 C/A碼上的衛(wèi)星星歷精度的影響，且使提供的衛(wèi)星星歷進(jìn)一步提高。這將為提高精密定位的精度起顯著影 響；也可以為實(shí)時(shí)定位提供預(yù)報(bào)星歷。 2 同步觀測(cè)值求差。利用兩個(gè)或多個(gè)觀測(cè)站上，對(duì)同一衛(wèi)星的同步觀測(cè)值求差，以減弱衛(wèi)星星歷誤差的影響。由于同一衛(wèi)星的位置誤差對(duì)不同的觀測(cè)站同步觀測(cè)量的影響具有系統(tǒng)性質(zhì)，所以通過(guò)同步觀測(cè)值求差方法，可以把兩站共同誤差消除。 衛(wèi)星鐘的鐘誤差及減弱措施 衛(wèi)星鐘的鐘差包括鐘差、頻偏、頻漂等產(chǎn)生的誤差，也包含鐘的隨機(jī)誤差。在 GPS測(cè)量中，無(wú)論是碼相位觀測(cè)或載波相位觀測(cè)（ RTK），均要求衛(wèi)星鐘和接收機(jī)鐘保持嚴(yán)格同步。盡管 GPS衛(wèi)星均設(shè)有高精度的原子鐘（銣鐘或銫鐘），但與理想的 GPS時(shí)之間仍存在偏差或漂移。這些偏差的總量均在 1ms以內(nèi)，由此引起的等效距離誤差約可達(dá) 300km。 衛(wèi)星鐘的這種偏差，可以通過(guò)衛(wèi)星的地面控制系統(tǒng)根據(jù)前一段時(shí)間的跟蹤資料和 GPS標(biāo)準(zhǔn)時(shí)推算的數(shù)據(jù)加以改正，并通過(guò)衛(wèi)星的導(dǎo)航電文提供給用戶。這樣各衛(wèi)星之間的鐘差可以保持在 20nm以內(nèi)，由此引起的等效距離誤差不會(huì)超過(guò) 6m，衛(wèi)星鐘差和經(jīng)過(guò)改正過(guò)的殘余誤差，則需要采用在接收機(jī)間求一次差等方法來(lái)進(jìn)一步消除。 與接收機(jī)有關(guān)的誤差 GPS接收機(jī)一般采用高精度的石英鐘，其穩(wěn)定度很高。若 接收機(jī)鐘與衛(wèi)星鐘間的同步差為 1181。s，則由此引起的等效距離誤差約為 300m。 減弱接收機(jī)鐘差的方法： 1 把每個(gè)觀測(cè)時(shí)刻的接收機(jī)鐘差當(dāng)作一個(gè)獨(dú)立的未知數(shù)，在數(shù)據(jù)處理中與觀測(cè)站的位置 參數(shù)一并求解。 2 認(rèn)為各觀測(cè)時(shí)刻的接收機(jī)鐘差間是相關(guān)的，像衛(wèi)星鐘那樣，建立接收機(jī)的鐘差數(shù)學(xué)模型，并在觀測(cè)量的平差計(jì)算中求解模型的系數(shù)。這種方法的成功與否的關(guān)鍵在于模型的有效程度。 3通過(guò)在衛(wèi)星間求一次差來(lái)消除接收機(jī)的鐘差。 接收機(jī)天線相位中心位置的偏差 在 GPS測(cè)量中，觀測(cè)都是以接收機(jī)天線的相位中心的位置為準(zhǔn)的，而其 天線的相位中心和其幾何中心，在理論上應(yīng)保持一致?？墒菍?shí)際上天線的相位中心隨著信號(hào)輸入的強(qiáng)度和方向不同而有所變化，即觀測(cè)時(shí)相位的瞬時(shí)位置（一般稱(chēng)相位中心）與理論上的相位中心有所不同，這種差別叫天線相位中心的位置偏差。如何減少相位中心的偏移是天線設(shè)計(jì)的一個(gè)問(wèn)題。 3 偶然誤差及減弱措施 接收機(jī)天線相位中心相對(duì)測(cè)站標(biāo)石中心位置的誤差，叫接收機(jī)位置誤差。這里包括天線的置平和對(duì)中誤差，量取天線高誤差。如當(dāng)天線高度為 ，置平誤差為 ，可能會(huì)產(chǎn)生對(duì)中誤差 3mm。因此，對(duì)于 減弱這種誤差的有效措施，是在精密定位時(shí)，必須仔細(xì)造作，盡量減少這種誤差的影響。 多路徑誤差 在 GPS測(cè)量中，如果測(cè)站周?chē)姆瓷湮锼瓷涞男l(wèi)星信號(hào)（反射波）進(jìn)入接收機(jī)天線，這就將和直接來(lái)自衛(wèi)星的信號(hào)（直接波）產(chǎn)生干涉，從而使觀測(cè)值偏離真值產(chǎn)生所謂的 ―多路徑誤差 ‖。這種由于多路徑的信號(hào)傳播所引起的干涉時(shí)延效應(yīng)被稱(chēng)為多路徑效應(yīng)。 多路徑效應(yīng)是 GPS測(cè)量中一種重要的誤差源，將嚴(yán)重?fù)p害 GPS測(cè)量的精度，嚴(yán)重時(shí)還將引起信號(hào)的失鎖。在實(shí)際工作能夠應(yīng)用以下幾種措施減弱多路徑誤差。 1 選擇合適的站址。多路徑誤差不僅 與衛(wèi)星信號(hào)方向有關(guān)、與反射系數(shù)有關(guān)，并且與反射物離測(cè)站遠(yuǎn)近有關(guān)，可采用以下措施來(lái)減弱：（ 1）測(cè)站應(yīng)遠(yuǎn)離大面積平靜的水面。灌木叢、草和其它地面植被能較好地吸收微波信