【正文】 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。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。 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。 ? 用戶部分：不同類型的接收機(jī)（由帶前置放大器的天線、信號(hào)識(shí)別和處理的射頻倉(cāng)、微處理器、精密振蕩器、電源、顯示屏、內(nèi)存和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器組成）。 關(guān)鍵詞： GPS GIS 基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)庫(kù) 引言： GPS系統(tǒng)這一全新的現(xiàn)代定位方法已全面取代常規(guī)光學(xué)和電子儀器，與現(xiàn)代通訊和計(jì)算機(jī)技術(shù)相結(jié)合，以同時(shí)測(cè)定三維坐標(biāo)的方法將測(cè)量定位技術(shù)擴(kuò)展到海洋和外層空間，同時(shí)從定點(diǎn)擴(kuò)展到區(qū)域，從靜態(tài)擴(kuò)展到動(dòng)態(tài)，精度達(dá)到毫米級(jí)，從而大大拓寬了應(yīng)用范圍，在地球物理學(xué)、氣象、海洋、交通等領(lǐng)域獲得了廣泛運(yùn)用。一般 GPS測(cè)量作業(yè)效率為常規(guī)測(cè)量方法的 3倍以上。 RTK能實(shí)時(shí)地得出所在位置的空間三維坐標(biāo)。 第二 GPS測(cè)量可以大大提高工作及成果質(zhì)量。控制點(diǎn)坐標(biāo)測(cè)量點(diǎn)數(shù) 7點(diǎn)，除 E點(diǎn)發(fā)現(xiàn)有人為的破壞痕跡外，三維坐標(biāo)能夠比較的元素有 27個(gè)，差值小于施工測(cè)量規(guī)范規(guī)定的要求，從以上比較可知， RTK測(cè)量可以用于工程的控制測(cè)量是非常有效的新技術(shù)。根據(jù)所測(cè)坐標(biāo)計(jì)算出相應(yīng)邊長(zhǎng)值。這樣，導(dǎo)線附合或閉合長(zhǎng)度和 結(jié)點(diǎn) 導(dǎo)線 結(jié)點(diǎn) 間距 等指標(biāo)都有嚴(yán)格規(guī)定，這種要求一般在實(shí)際作業(yè)中難以達(dá)到，往往出現(xiàn)超規(guī)范作業(yè)。 大地測(cè)量法與 GPS測(cè)量法結(jié)果比較 見(jiàn)表 3。國(guó)道 310線鄭汴高速連接線控制網(wǎng)采用 測(cè)邊網(wǎng)， 高程 采用測(cè)距三角高程， 按照觀測(cè)技術(shù)要 求進(jìn)行施測(cè)。開(kāi)封市的省路網(wǎng)改造項(xiàng)目應(yīng)用 GPS測(cè)量是于 2020年開(kāi)始的， 2020年在省道豫 04線和尉氏 通許段 48公里的中線測(cè)量和國(guó)道 310線鄭汴高速連接線 用了靜態(tài)功能這一技術(shù)。 全天候作業(yè)。 操作簡(jiǎn)便。 觀測(cè)時(shí)間短 采用 GPS布設(shè)控制網(wǎng)時(shí)每個(gè)測(cè)站上的觀測(cè)時(shí)間一般在 30～ 40min左右，采用快速靜態(tài)定位方法，觀測(cè)時(shí)間更短。 定位精度高。 二 GPS測(cè)量的技術(shù)特點(diǎn) 相對(duì)于常規(guī)的測(cè)量方法來(lái)講， GPS測(cè)量有以下特點(diǎn)： 測(cè)站之間無(wú)需通視。在 GPS測(cè)量中通常采用兩類坐標(biāo)系統(tǒng)，一類是在空間固定的坐標(biāo)系統(tǒng)，另一類是與地球體相固聯(lián)的坐標(biāo)系統(tǒng)， 稱地固坐標(biāo)系統(tǒng)，我們?cè)诠饭こ炭刂茰y(cè)量中常用地固坐標(biāo)系統(tǒng)。 測(cè)量精度： 靜態(tài)測(cè)量 5mm+lppm RTK測(cè)量 10mm十 1ppm（平面） 20mm十 1ppm(高程 ） 這些技術(shù)指標(biāo)充分的滿足了控制測(cè)量的精度要求。 GPS地面控制系統(tǒng)主要設(shè)立在大西洋、印度洋、太平洋和美國(guó)本土。 空間衛(wèi)星群 GPS的空間衛(wèi)星群由 24顆高約 20萬(wàn)公里的 GPS衛(wèi)星群組成，并均勻分布在 6個(gè)軌道面上，各平面之間交角為 60o，軌道和地球赤道的 傾角 為 55o，衛(wèi)星的軌道運(yùn)行周期為 11小時(shí) 58分，這樣可以保證在任 何時(shí)間和任何地點(diǎn)地平線以上可以接收 4到 11顆 GPS衛(wèi)星發(fā)送出的信號(hào)。本文將以開(kāi)封市的省公路路網(wǎng)項(xiàng)目為例，概略敘述 GPS系統(tǒng)在公路 工程控制測(cè)量中的應(yīng)用。 GPS在公路工程控制測(cè)量中的應(yīng)用 【摘要】 GPS（ Global Positioning System)全球定位系統(tǒng)是美國(guó)研制并在 1994年投入使用的衛(wèi)星導(dǎo)航與定位系統(tǒng)。 關(guān)鍵詞： GPS定位系統(tǒng) 公路工程 控制測(cè)量 應(yīng)用 一、概述 GPS全球定位系統(tǒng)（ Global Positioning System)在公路 工程測(cè)量 中的應(yīng)用，在最近的兩年得到了迅速推廣，這主要依賴于 GPS系統(tǒng)可以向全球任何用戶全天候地連續(xù)提供高精度的三維坐標(biāo)、三維速度和時(shí)間信息等技術(shù)參數(shù)。 GPS的地面控制系統(tǒng) GPS的地面控制系統(tǒng)包括一個(gè)主控站、三個(gè)注入站和五個(gè)監(jiān)測(cè)站，主控站的作用是根據(jù)各監(jiān)控站對(duì) GPS的觀測(cè)數(shù)據(jù)計(jì)算衛(wèi)星的星歷和衛(wèi)星鐘的改正參數(shù)等并將這些數(shù)據(jù)通過(guò)注入站注入到衛(wèi)星中去；同時(shí)還對(duì)衛(wèi)星進(jìn)行控制，向衛(wèi)星發(fā)布指令，調(diào)度備用衛(wèi)星等。 GPS的用戶部分由 GPS接收機(jī)、數(shù)據(jù)處理軟件及相應(yīng)的用戶設(shè)備如計(jì)算機(jī)、氣象儀器等組成，其作用是接收 GPS衛(wèi)星發(fā)出的信號(hào)，利用信號(hào)進(jìn)行導(dǎo)航定位等。 GPS的工作原理 GPS系統(tǒng)是一種采用距離交會(huì)法的衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)。（如： WGS84世界大地坐標(biāo)系和 1980年西安大地坐標(biāo)系。測(cè)站間相互通視一直是測(cè)量學(xué)的難題。一般雙頻 GPS接收機(jī)基線解精度為 5mm+1ppm，而紅外儀標(biāo)稱精度為 5mm+5ppm，GPS測(cè)量精度與紅外儀相當(dāng)，但隨著距離的增長(zhǎng)， GPS測(cè)量?jī)?yōu)越性愈加突出。例如使用 Timble4800GPS接收機(jī)的 RT K法可在 5s以內(nèi)求得測(cè)點(diǎn)坐標(biāo)。 GPS測(cè)量的自動(dòng)化程度很高。 GPS觀測(cè)可在任何地點(diǎn)，任何時(shí)間連續(xù)地進(jìn)行，一般不受天氣狀況的影響。 據(jù)開(kāi)封市公路工程勘察設(shè)計(jì)院有關(guān)專家介紹，經(jīng)過(guò)多次的復(fù)測(cè)驗(yàn)證， GPS技術(shù)定線測(cè)量的精度可以完全滿足公路勘察設(shè)計(jì)和公路建設(shè)的精度要求。外 業(yè)觀測(cè)數(shù)據(jù)經(jīng)數(shù)據(jù)處理并進(jìn)行平差計(jì)算其結(jié)果見(jiàn)表 1。 由表 3可知：由于兩種測(cè)量方法本身的測(cè)量誤差和坐標(biāo)轉(zhuǎn)換數(shù)學(xué)模型誤差以及在平差計(jì)算中觀測(cè)量權(quán)配置等因素引起兩種測(cè)量方法的結(jié)果存在一定的差值，由于其三維坐標(biāo)差值均小于 177。開(kāi)封市公路局勘察設(shè)計(jì)院于 2020年用 10人花費(fèi) 20天時(shí)間，用全站儀和測(cè)距儀通過(guò)導(dǎo)線形式完成了該路段進(jìn)行了控制測(cè)量。表 4測(cè)量基線邊長(zhǎng)比較表。原來(lái) 10人 20天的外業(yè)任務(wù)，使用 GPS測(cè)量?jī)H用 5人 6小時(shí)時(shí)間，可見(jiàn)利用 GPS測(cè)量能大大提高作業(yè)的效率，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，保證了高等級(jí)公路測(cè)設(shè)質(zhì)量。它不受人為因素的影響。這種技術(shù)非常適合路線、橋、隧勘察。 第五 GPS高精度高程測(cè)量同高精度的平面測(cè)量一樣，是 GPS測(cè)量應(yīng)用的重要領(lǐng)域。 GPS系統(tǒng)介紹和現(xiàn)狀 GPS全稱為全球定位系統(tǒng)（ Global Position System），硬件是由環(huán)球通訊衛(wèi)星和接收裝置組成，基于衛(wèi)星的無(wú)線 電導(dǎo)航定位系統(tǒng)，為用戶提供精密的三維坐標(biāo)、導(dǎo)航與時(shí)間信息。 觀測(cè)原理和信號(hào)結(jié)構(gòu)： ? 基本觀測(cè)量：衛(wèi)星發(fā)射天線和接收機(jī)天線間信號(hào)傳播時(shí)間 ? 偽距測(cè)量由時(shí)間系統(tǒng)同步誤差參數(shù)決定 ? 軌道確定和描述保證衛(wèi)星精確定位 ? 系統(tǒng)精度：（美國(guó)政府出于軍事利益上的原因?qū)冗M(jìn)行了人為限制：（ 1）、 AS政策：加密P碼（ 2）、 SA政策：選擇利用性： a：在星歷數(shù)據(jù)中加干擾 b：衛(wèi)星時(shí)鐘加抖動(dòng)或使時(shí)間系統(tǒng)不穩(wěn)定。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。 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)。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)。 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)。 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。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。 1 GPS的測(cè)量原理及 誤差分類 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)。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。 所謂電離層，指地球上空距地面高度在 50～ 1000km之間的大氣層。 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)。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)。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。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。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。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。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。 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)際位置之差稱為衛(wèi)星星歷誤差。 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。 2 同步觀測(cè)值求差。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。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。 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。 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。這里包括天線的置平和對(duì)中誤差，量取天線高誤差。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)被稱為多路徑效應(yīng)。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。以避免反射信號(hào)從天線抑徑板上放進(jìn)入天線，產(chǎn)生多路徑誤差。（ 1）在天線中設(shè)置抑徑板，通過(guò)抑徑板來(lái)阻止被地面反射的衛(wèi)星信號(hào)，來(lái)避免讀路徑 誤差的產(chǎn)生。 4 結(jié)論 通過(guò)對(duì) GPS測(cè)量的誤差分析，可以發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)誤差（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）的減弱，主要靠通過(guò)改進(jìn)接收機(jī)的性能和增強(qiáng)衛(wèi)星技術(shù)的發(fā)展；而偶然誤差（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）的減弱，可以通過(guò)測(cè)量人員的工作態(tài)度和工作熱情，以及經(jīng)驗(yàn)的豐富來(lái)減弱。 RTK工作原理及模式 RTK技術(shù)的關(guān)鍵是初始調(diào)整模糊度的快速解算、數(shù)據(jù)鏈的優(yōu)質(zhì)完成 ——實(shí)現(xiàn)高波特率數(shù)據(jù)傳輸?shù)母呖煽啃院蛷?qiáng)干擾性。即移動(dòng)站遷站的過(guò)程中不能關(guān)機(jī) ，不能失鎖，否則 RTK需重新初始化。（ 2）接收到的衛(wèi)星 數(shù)目越少測(cè)量結(jié)果標(biāo)準(zhǔn)差越大，但只要能接收到 5顆以上衛(wèi)星，得出的固定解就能達(dá)到儀器標(biāo)稱精度。 （ 2） 當(dāng) VDOP2時(shí)，觀測(cè)結(jié)果最優(yōu)，當(dāng) VDOP4時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)差明顯增大，但仍優(yōu)于標(biāo)稱精度，可見(jiàn)衛(wèi)星分布對(duì)高程精 度有影響，但影響結(jié)果不大。目前， RTK系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸多采用超高頻（ UHF）、特高頻（ VHF）和高 頻（ HF）播發(fā)差分信號(hào)，這三種頻率的特點(diǎn)如表所示。在野外，障礙物是樹(shù)木等電磁波可以有效穿透的物體時(shí)，數(shù)據(jù)鏈可以有效的傳輸；如果障礙物是較低的山體，流動(dòng)站的接收天線可能接收到從障礙山體繞射過(guò)來(lái)的電磁波和從旁邊較高山體反射過(guò)來(lái)的電磁波，這樣 RTK能夠正常工作，實(shí)驗(yàn)表明有時(shí)障礙山體后面的電磁波場(chǎng)強(qiáng)由于多路信號(hào)迭加而增強(qiáng)；如果障礙物是很高的山體，電磁波的繞射和反射性能不發(fā)揮作用，則 RTK不能正常工作。 （ 2）使用高增益天線及高靈敏度接收機(jī)。 5 RTK的誤差特性及控制方法 RTK定位的誤差，一般分兩類 （ 1） 同儀器和干擾有關(guān)的誤差：包括天線相位中心變化、多路徑誤差、信號(hào)干擾和氣象因素等。而且電子相位中心是變化的，它取決于接收信號(hào)的頻率、方位角和高度角。多路徑誤差取決于天線周圍的環(huán)境。 C、 采用具有消弱多路徑誤差的各種技術(shù)天線。在基準(zhǔn)站消弱天線電噪聲最有效的方法是連續(xù)監(jiān)測(cè)所有可見(jiàn)衛(wèi)星的周跳和信噪比。但是，其殘余部分也隨著至基準(zhǔn)站距離的增加而加大。利用下列方法使電離層的誤差得到有效的消除和消弱： A、 利用雙頻接收機(jī)將 L1和 L2的觀測(cè)值進(jìn)行線形組來(lái)消除電離層的影響。但在太陽(yáng)黑子爆發(fā)期間，不但 RTK測(cè)量無(wú)法進(jìn)行，即使靜態(tài) GPS測(cè)量也會(huì)受到嚴(yán)重影響，太陽(yáng)黑子平靜期，小于 5PPM。實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)兩上頂之間能通視，距離為 40KM時(shí)，也可以收到差分信號(hào)。在良好的環(huán)境條件下， RTK初始化所需時(shí)間一般為幾十秒；不良環(huán)境條件下（尚滿足 RTK基本工作條件），技術(shù)先進(jìn)的 RTK也需要幾分鐘到幾十分鐘，其它機(jī)型 RTK需要幾時(shí)分鐘甚至不能測(cè)量。質(zhì)量控制的方