【正文】 潮汐、大氣、電離層等參數(shù)進行研究。 GPS系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用大大推進了地球科學(xué)及地震、氣象、海洋等各相關(guān)科學(xué)的發(fā)展。 目前中國首期地殼運動觀測 GPS網(wǎng)絡(luò)工程已經(jīng)完成。國家地震局、總參測繪局和科學(xué)院等部門聯(lián)合在全國各地建立 了 25個連續(xù)觀測基準(zhǔn)站、 56個定期復(fù)測基準(zhǔn)站和 1000多個不定期復(fù)測站，通過對大地板塊進行以毫米 /年為單位的長期測量，分析地殼運動規(guī)律，從而開展地震預(yù)報、大地測量和國防等方面的研究工作。 ? 在政府管理和民用領(lǐng)域， GPS的導(dǎo)航和動態(tài)定位測量等功能得到廣泛應(yīng)用。如在針對各類災(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、受災(zāi)范圍和災(zāi)情的發(fā)展趨勢。在交通、環(huán)保、城市規(guī)劃、水利和旅游等方面 GPS獲得了廣泛的運用。 二、 GPS 系統(tǒng)和 GIS系統(tǒng)的結(jié)合應(yīng)用 隨著社會和經(jīng)濟的高速發(fā)展，人類活動同 時也帶來了環(huán)境惡化、人口劇增、資源耗費等急待解決的問題，這就要求從事與之相關(guān)的各部門以整體的觀點認識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結(jié)合起來，將地理學(xué)、計算機科學(xué)、 RS、 GPS和 INTERNET等技術(shù)相融合實現(xiàn)綜合分析處理，以數(shù)字化的手段統(tǒng)一實現(xiàn)對整個地球及其相關(guān)現(xiàn)象的重現(xiàn)和認識及對空間環(huán)境的多分辨率、三維描述，以處理自然和社會活動諸方面的問題，建立具有生物物理和社會經(jīng)濟各方面資料的基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫 和綜合信息數(shù)據(jù)庫。 傳統(tǒng)空間數(shù)據(jù)的主要資料源是測繪部門提供的大比例尺地圖。由于這些地圖的繪制需要測繪、統(tǒng)計、交通等部門的協(xié)作，投入大量人力物力來完成，因此其更新的周期較長；另外它們不具備匯總其它社會經(jīng)濟等各方面信息，提供動態(tài)綜合分析的功能。在經(jīng)濟高速發(fā)展的現(xiàn)在，政府宏觀決策、城市規(guī)劃、交通建設(shè)等等方面對空間資料的要求是實時、高精度和全方位的，這就需要健全能夠?qū)崿F(xiàn)及時更新的基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫。 基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫建立以 PC ARC/INFO、 ARCVIEW為軟件平臺，按 WGS84坐標(biāo)系和 UTM投影方式制成電子 地圖，開發(fā)軟件為 ARCVIEW、 MAPINFO等。 三、 GPS實地測量范例 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道、省道及交通標(biāo)志位置 GPS測量項目為例予以簡要介紹。 測量方式： 測量人員按照各地市公路部門提供的各級公路和沿途各特征點資料制定線路，安排日程表，每天將取得數(shù)據(jù)輸入便攜式電腦，完成移動測量后將全部數(shù)據(jù)同基準(zhǔn)站 GPS進行校正差分，得出標(biāo)志點和路線的經(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。 測量設(shè)備： 測量中使用的 GPS設(shè)備是由美國 TRIMBLE公司出品的兩臺套 GPS Pathfinder Basic Plus雙頻接收機?；鶞?zhǔn)站設(shè)于安徽省科委院內(nèi)。移動站由接收機、天線和其它輔助設(shè)備組成。 基準(zhǔn)站：天寶 Trimble 12 Channel 運行軟件： PFCBS 移動接收機：天寶 Trimble 6 Channel 運行軟件： PFINDER 內(nèi)存： 256K Waypoint 99/999 點 實測環(huán)境要求： 3顆衛(wèi)星可測 2D； 4顆衛(wèi)星可測 3D 差分軟件： PFINDER 現(xiàn)場實測精度 : 100米 差分后精度為 : 25米 測量范圍：海拔 –500米 ?/FONT20200米，距基準(zhǔn)站（合肥） 500公里內(nèi)，覆蓋全省 測量方式：車載 測量成果： 省地理信息中心和省公路局的野外測量人員以大約每周一個地區(qū)的進程測得蚌埠、淮南、滁州等地區(qū)的高速國道、省道，各級國道、省道等路線；公路局、大小橋、工區(qū)等標(biāo)志點。 測量總結(jié)： 合理設(shè)定測量速度：在 GPS動態(tài)測量時，路線的形狀描述由拐點密度決定，根據(jù)精度要求應(yīng)合理設(shè)定測量速度和記錄間隔時間。 注意測量環(huán)境對衛(wèi)星信號接收的影響：在山區(qū)、茂密森林和高大建筑附近，需隨時注意天線對天空的可視范圍，保證接收到可進行 3維計算的 4顆以上衛(wèi)星的信號。 注意接收機內(nèi)存量：新的 GPS產(chǎn)品具有較大的內(nèi)存量，但野外測量時最好配備便攜式計算機，分時間段將測量數(shù)據(jù)輸入同時空出接收機內(nèi)存。 結(jié)束語：在當(dāng)前，空間信息數(shù)據(jù)是政府部門決策和行業(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進行 GIS地理數(shù)據(jù)更新具有及時、高效、高精度、不受惡劣環(huán)境氣候影響等優(yōu)勢，未來的幾年內(nèi)， GPS連續(xù)觀測基準(zhǔn)站將會遍布全國，任何地區(qū)都可以實現(xiàn)實時測量；美國也將取消人為的精度限制，民用測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測量的誤差分析 全球定位系統(tǒng)（ Global Positioning SystemGPS）是美國從二十世紀(jì)七十年代開始研制，歷時20年，耗資 200億美元，于 1994年全面建成，具有在海、陸、空進行全方位實時三維導(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、自動化、高效益等顯著特點，贏得了廣大測繪者的信賴，并成功地應(yīng)用于大地測量、工程測量、航空攝影測量、運載工具導(dǎo)航和地殼運動監(jiān)測、工程變形監(jiān)測、資源勘察、地球動力學(xué)等多種學(xué)科。 1 GPS的測量原理及 誤差分類 GPS測量是通過地面接收設(shè)備接收衛(wèi)星傳送來的信息來確定地面點的三維坐標(biāo)。 GPS通過計算同一時刻地面接收設(shè)備到多顆衛(wèi)星之間的偽距離，來確定地面點的坐標(biāo)。因此，對于 GPS衛(wèi)星、衛(wèi)星信號傳播過程和地面接收設(shè)備都會對 GPS測量產(chǎn)生誤差。 GPS測量誤差按其性質(zhì)可分為系統(tǒng)誤差和偶然誤差兩類。系統(tǒng)誤差主要包括衛(wèi)星星歷誤差、衛(wèi)星鐘差、接收機鐘差以及大氣折射誤差等；偶然誤差主要包括信號的多路徑效應(yīng)、接收機的位置誤差、天線相位中心位置誤差等等。其中系統(tǒng)誤差無論從誤差的大小還是對定位誤差的危害性來講都比偶然誤差要大的 多，它是 GPS測量的主要誤差來源。同時系統(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改善測量環(huán)境來降低誤差。 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)出信號與地面接收機收到信號要經(jīng)過大氣層，信號在大氣層的傳輸過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等天體各種射線輻射，產(chǎn)生強烈的電離形成大量的自由電子和正離子。當(dāng) GPS 信號通過電離層時， 如同其它電磁波一樣，信號的路徑會發(fā)生彎曲，傳播速度也會發(fā)生變化。所以用信號的傳播時間乘上真空中光速而得到的距離就不會等于衛(wèi)星至接收機間的幾何距離，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。電磁波通過電離層所產(chǎn)生的折射改正數(shù)與電磁波頻率 ?的平方成反比。如果分別用兩個頻率 ?1和 ?2來發(fā)射衛(wèi)星信號，這兩個不同頻率的信號就會沿同一路徑到達接收機。由于用調(diào)制在兩個載波上的 P碼測距時，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碼測的偽距之差計算出電離層折射改正 量。最后將地面接收機觀測結(jié)果加上計算出的折射改正量得到改正后的地面點精確坐標(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)星的角度角又小時求得電離層延遲更改中的誤差可能達幾厘米。為了滿足更高精度的 GPS測量的需要， 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及地磁場的影響，并且是沿著信號傳播的路徑來進行積分。計算結(jié)果表明，無論在何種情況下改進模型的精度均優(yōu)于 2mm。 3 利用同步觀測值求差。用兩臺接收機在基線的兩端進行 同步觀測并取其觀測量之差，可以減少電離層折射的影響。這是因為當(dāng)兩觀測站相距不太遠時，由于衛(wèi)星至兩觀測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)影響便可以通過同步觀測量的求差而減弱。 這種方法對于短基線（小于 20KM）的效果尤為明顯，這時經(jīng)電離層折射改正后的基線長度的殘差一般為 1ppm?D。不過，隨著基線的長度增加，其精度隨之明顯下降。 對流層折射誤差及減弱措施 對流層的高度為 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信號通過對流層時，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)象叫做對流層折射誤差。 對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)，這也是對流層折射比電離層折射更復(fù)雜。對流層的折射與信號高度角有關(guān)，當(dāng)在天頂方向（高度角 90度），其影響達 ；當(dāng)在地面方向（高度角為 10度），其影響可達 20m。 減弱對流層折射誤差的主要措施有以下幾方面： 1 利用對流層更正模型加以修改。由于對流層折射對 GPS信號傳播的影響比較復(fù)雜，一般采用更正模型進行削弱。常用的各種更正模型是利用 氣象參數(shù)進行計算更正。其氣象參數(shù)在測站點直接測定。 2利用同步觀測求差。當(dāng)觀測站相距不太遠時（小于 20km），由于信號通過對流層的路徑相似，所以對同一衛(wèi)星的觀測值求差，可以明顯減弱對流層的影響。但是，隨著同步觀測站之間距離增大，求差方法的有效性也將隨之降低。當(dāng)距離大于 100km時，對流層的折射影響就制約 GPS精度的提高。 3 利用水氣輻射計直接測定信號傳播的影響。 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)星在空間位置與實際位置之差稱為衛(wèi)星星歷誤差。由于衛(wèi)星在運動中受到多 種攝動力的復(fù)雜影響，而通過地面監(jiān)測站又難以充分可靠地測定這些作用力并掌握它們的作用規(guī)律，因此在星歷預(yù)報時會產(chǎn)生較大的誤差。在一個觀測時間段內(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)重影響單點定位的精度，也是精度相對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)獨立軌道。建立 GPS衛(wèi)星跟蹤網(wǎng)，進行獨立定軌。這不僅使我國用戶擺脫美國政府使用 ―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；也可以為實時定位提供預(yù)報星歷。 2 同步觀測值求差。利用兩個或多個觀測站上，對同一衛(wèi)星的同步觀測值求差，以減弱衛(wèi)星星歷誤差的影響。由于同一衛(wèi)星的位置誤差對不同的觀測站同步觀測量的影響具有系統(tǒng)性質(zhì)，所以通過同步觀測值求差方法，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，也包含鐘的隨機誤差。在 GPS測量中，無論是碼相位觀測或載波相位觀測（ RTK），均要求衛(wèi)星鐘和接收機鐘保持嚴(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 300km。 衛(wèi)星鐘的這種偏差，可以通過衛(wèi)星的地面控制系統(tǒng)根據(jù)前一段時間的跟蹤資料和 GPS標(biāo)準(zhǔn)時推算的數(shù)據(jù)加以改正，并通過衛(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超過 6m，衛(wèi)星鐘差和經(jīng)過改正過的殘余誤差，則需要采用在接收機間求一次差等方法來進一步消除。 與接收機有關(guān)的誤差 GPS接收機一般采用高精度的石英鐘，其穩(wěn)定度很高。若 接收機鐘與衛(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。 減弱接收機鐘差的方法： 1 把每個觀測時刻的接收機鐘差當(dāng)作一個獨立的未知數(shù)，在數(shù)據(jù)處理中與觀測站的位置 參數(shù)一并求解。 2 認為各觀測時刻的接收機鐘差間是相關(guān)的，像衛(wèi)星鐘那樣，建立接收機的鐘差數(shù)學(xué)模型，并在觀測量的平差計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通過在衛(wèi)星間求一次差來消除接收機的鐘差。 接收機天線相位中心位置的偏差 在 GPS測量中，觀測都是以接收機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?？墒菍嶋H上天線的相位中心隨著信號輸入的強度和方向不同而有所變化，即觀測時相位的瞬時位置（一般稱相位中心）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)計的一個問題。 3 偶然誤差及減弱措施 接收機天線相位中心相對測站標(biāo)石中心位置的誤差，叫接收機位置誤差。這里包括天線的置平和對中誤差，量取天線高誤差。如當(dāng)天線高度為 ，置平誤差為 ，可能會產(chǎn)生對中誤差 3mm。因此，對于 減弱這種誤差的有效措施，是在精密定位時，必須仔細造作，盡量減少這種誤差的影響。 多路徑誤差 在 GPS測量中，如果測站周圍的反射物所反射的衛(wèi)星信號（反射波）進入接收機天線，這就將和直接來自衛(wèi)星的信號（直接波）產(chǎn)生干涉，從而使觀測值偏離真值產(chǎn)生所謂的 ―多路徑誤差 ‖。這種由于多路徑的信號傳播所引起的干涉時延效應(yīng)被稱為多路徑效應(yīng)。 多路徑效應(yīng)是 GPS測量中一種重要的誤差源，將嚴(yán)重損害 GPS測量的精度，嚴(yán)重時還將引起信號的失鎖。在實際工作能夠應(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)星信號方向有關(guān)、與反射系數(shù)有關(guān)，并且與反射物離測站遠近有關(guān)，可采用以下措施來減弱：（ 1）測站應(yīng)遠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