【正文】 ） 這些技術指標充分的滿足了控制測量的精度要求。 空間衛(wèi)星群 GPS的空間衛(wèi)星群由 24顆高約 20萬公里的 GPS衛(wèi)星群組成，并均勻分布在 6個軌道面上，各平面之間交角為 60o，軌道和地球赤道的 傾角 為 55o，衛(wèi)星的軌道運行周期為 11小時 58分，這樣可以保證在任 何時間和任何地點地平線以上可以接收 4到 11顆 GPS衛(wèi)星發(fā)送出的信號。 GPS在公路工程控制測量中的應用 【摘要】 GPS（ Global Positioning System)全球定位系統(tǒng)是美國研制并在 1994年投入使用的衛(wèi)星導航與定位系統(tǒng)。 GPS的地面控制系統(tǒng) GPS的地面控制系統(tǒng)包括一個主控站、三個注入站和五個監(jiān)測站，主控站的作用是根據(jù)各監(jiān)控站對 GPS的觀測數(shù)據(jù)計算衛(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)通過注入站注入到衛(wèi)星中去；同時還對衛(wèi)星進行控制，向衛(wèi)星發(fā)布指令，調度備用衛(wèi)星等。 GPS的工作原理 GPS系統(tǒng)是一種采用距離交會法的衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)。測站間相互通視一直是測量學的難題。例如使用 Timble4800GPS接收機的 RT K法可在 5s以內求得測點坐標。 GPS觀測可在任何地點，任何時間連續(xù)地進行，一般不受天氣狀況的影響。外 業(yè)觀測數(shù)據(jù)經數(shù)據(jù)處理并進行平差計算其結果見表 1。開封市公路局勘察設計院于 2020年用 10人花費 20天時間，用全站儀和測距儀通過導線形式完成了該路段進行了控制測量。原來 10人 20天的外業(yè)任務，使用 GPS測量僅用 5人 6小時時間，可見利用 GPS測量能大大提高作業(yè)的效率，減輕勞動強度，保證了高等級公路測設質量。這種技術非常適合路線、橋、隧勘察。 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)星的無線 電導航定位系統(tǒng)，為用戶提供精密的三維坐標、導航與時間信息。國家地震局、總參測繪局和科學院等部門聯(lián)合在全國各地建立 了 25個連續(xù)觀測基準站、 56個定期復測基準站和 1000多個不定期復測站，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，從而開展地震預報、大地測量和國防等方面的研究工作。在經濟高速發(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，這就需要健全能夠實現(xiàn)及時更新的基礎地理信息數(shù)據(jù)庫。 測量總結： 合理設定測量速度：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)精度要求應合理設定測量速度和記錄間隔時間。 1 GPS的測量原理及 誤差分類 GPS測量是通過地面接收設備接收衛(wèi)星傳送來的信息來確定地面點的三維坐標。 所謂電離層，指地球上空距地面高度在 50～ 1000km之間的大氣層。最后將地面接收機觀測結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。這是因為當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。由于對流層折射對 GPS信號傳播的影響比較復雜，一般采用更正模型進行削弱。 與衛(wèi)星有關的誤差 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。 2 同步觀測值求差。這樣各衛(wèi)星之間的鐘差可以保持在 20nm以內，由此引起的等效距離誤差不會超過 6m，衛(wèi)星鐘差和經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。 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的，而其 天線的相位中心和其幾何中心，在理論上應保持一致。這種由于多路徑的信號傳播所引起的干涉時延效應被稱為多路徑效應。以避免反射信號從天線抑徑板上放進入天線，產生多路徑誤差。 4 結論 通過對 GPS測量的誤差分析，可以發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)誤差（衛(wèi)星星歷誤差、衛(wèi)星鐘差、接收機鐘差以及大氣折射誤差）的減弱，主要靠通過改進接收機的性能和增強衛(wèi)星技術的發(fā)展；而偶然誤差（信號的多路徑效應、接收機的位置誤差、天線相位中心位置誤差）的減弱，可以通過測量人員的工作態(tài)度和工作熱情，以及經驗的豐富來減弱。即移動站遷站的過程中不能關機 ，不能失鎖，否則 RTK需重新初始化。 （ 2） 當 VDOP2時，觀測結果最優(yōu)，當 VDOP4時，標準差明顯增大，但仍優(yōu)于標稱精度，可見衛(wèi)星分布對高程精 度有影響，但影響結果不大。在野外，障礙物是樹木等電磁波可以有效穿透的物體時，數(shù)據(jù)鏈可以有效的傳輸；如果障礙物是較低的山體，流動站的接收天線可能接收到從障礙山體繞射過來的電磁波和從旁邊較高山體反射過來的電磁波，這樣 RTK能夠正常工作，實驗表明有時障礙山體后面的電磁波場強由于多路信號迭加而增強；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。 5 RTK的誤差特性及控制方法 RTK定位的誤差，一般分兩類 （ 1） 同儀器和干擾有關的誤差：包括天線相位中心變化、多路徑誤差、信號干擾和氣象因素等。多路徑誤差取決于天線周圍的環(huán)境。在基準站消弱天線電噪聲最有效的方法是連續(xù)監(jiān)測所有可見衛(wèi)星的周跳和信噪比。利用下列方法使電離層的誤差得到有效的消除和消弱： A、 利用雙頻接收機將 L1和 L2的觀測值進行線形組來消除電離層的影響。實驗表明，當兩上頂之間能通視，距離為 40KM時，也可以收到差分信號。質量控制的方法主要有： （ 1） 以知點檢核比較法。在一般的地形地勢下，高質量的 RTK設站一次即可測完 4KM半徑的測區(qū)，大大減少了傳統(tǒng)測量所需的控制點數(shù)量和測量儀器的 ―搬站 ‖次數(shù)，僅需一人操作，在一般的電磁波環(huán)境下幾秒鐘即可到一點坐標，作業(yè)速度快，勞動強度低，節(jié)聲了外業(yè)費用，提高了勞動效率。流動站利用內裝式軟件控制系統(tǒng)，無需人工干預便可自動實現(xiàn)多種測繪功能，使輔助測量工作極大減少，減少人為誤 差，保證了作業(yè)精度。作業(yè)時間受限制可由選擇作業(yè)時間來解決。解決這類問題的有效辦法是把基準站布設在測區(qū)中央的最高點上。 電量不足問題。以便應用時得心應手。它可以發(fā)現(xiàn)很多問題，如輸入的控制點坐標、坐標系統(tǒng)、設置參數(shù)有誤，衛(wèi)星狀況不佳，太陽黑子爆發(fā)等等。一般中午時分不易進行 RTK測量，或者測量效率很低，所以要早出工，晚收工，利用良好時段進行 RTK測量，不僅效率快，而且精度高。每個測區(qū)跨經度、緯度都在 2度左右，控制面積近 4萬平方公里。用網(wǎng)環(huán)路和子環(huán)路構成閉合式的 GPS網(wǎng)，以便及時計算同步環(huán)和異步環(huán)坐標分量閉合差，有利于及時發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集過程中出現(xiàn)的數(shù)據(jù)質量問題，并在測區(qū)及時進行補測。全網(wǎng)共計算同步環(huán) 85個、重復基線 5條、異步環(huán) 54個，基線精度統(tǒng)計分析如下表 (1)： 表 (1) 基線精度統(tǒng)計表 總數(shù) 0～ 1ppm 百分比 1～ 2ppm 百分比 同 步 環(huán) 85 85 100% 0 0 重復基線 5 4 80% 1 20% 異 步 環(huán) 54 45 % 9 % 由上表 (1)分析可知，全網(wǎng)基線成果符合規(guī)范的精度要求。由上述分析可知，整個 GPS網(wǎng)內部符合精度完全達到 C級 GPS網(wǎng)的精度要求。 新、舊成果比較分析 把不參與二維約束平差的 8個 Ⅰ 、 Ⅱ 等三角點的新、舊坐標分量作較差比較，比較分析如表 (6)： 表 (6) 新、舊坐標分量較差表 點 名 較 差 (m) 備 注 點 名 較 差 (m) 備 注 Ⅰ 那雷后背山 － － Ⅰ 等 通天嶺 ＋ ＋ Ⅱ 鎖 Ⅰ 母雞頂 ＋ － Ⅰ 等 石子嶺 ＋ ＋ Ⅱ 補 Ⅰ 中吾山 － － Ⅰ 等 尖筆嶺 ＋ ＋ Ⅱ 補 Ⅰ 斗雞嶺 ＋ － Ⅰ 等 望海嶂 ＋ － Ⅱ 補 由以上 8個舊三角點新、舊坐標較差分析可知，除了 2個 Ⅰ 等點的新、舊坐標有較大偏差外，余下 6個點的較差都在幾個厘米，并且 6個點均勻分布全網(wǎng)。 把 5座水準檢核點新、舊高程值進行較差分析，如下表 (7)。我國目前使用的是 1954年北京坐標系或 1980年國家大地坐標系，因此必須求出WGS84坐標轉換到 54北京坐標系或 80國家坐標系的參數(shù)。 計算流程見下圖： 一．收集測區(qū)高等級控制點資料 在應用手持 GPS接收機觀測的區(qū)域內找出三個以上分布均勻的等級點（精度越高越好）或GPS―B‖級網(wǎng)網(wǎng)點，點位最好是周圍無電磁波干擾，視野開闊，衛(wèi)星信號強。 如果收集到的只是高斯平面直角坐標（ x,y），則應把平面直角坐標（ x,y）代入高斯投影反算公式（ 32）求出大地坐標值（ B， L）再代入式（ 31）求 X Y Z2，此時 （ 32） 式中 不同坐標系對應的橢球參數(shù)見下表： 項 目 WGS84 北京 54 西安 80 長半軸 A 6378137 M 6378245 M 6378140 M 第一偏心率平方 E2 扁率 F 1/ 1/ 1/ 四．求五個轉換參數(shù) DX、 DY、 DZ、 DA、 DF （ 41） 上述函數(shù)模型是把 WGS84坐標系的空間直角坐標原點平移到 1954北京坐標系的原點，用 1954北京坐標系的橢球參數(shù)重算以達到兩坐標系轉換的方法。 下面是我們在河池市國際疫苗研究所 ―DOMI傷寒 Vi疫苗國際合作項目研究 ‖ 項目中，測量 GIS基礎數(shù)據(jù)圖時，對手持 GPS進行坐標轉換后，進行實地檢測的結果。在對成果進行再整理中發(fā)現(xiàn)，對同一個測區(qū)的觀測成果，采用不同數(shù)量的起算數(shù)據(jù)或同樣的一組起算數(shù)據(jù)，采用不同的擬合方式所得到的 GPS水準高程，輸出的高程評定精度都較高，而與幾何水準測量所得的高程相比則有著顯著的差異。從上面四個數(shù)字模型的擬合方程式中的待定系數(shù)可知，要求解方程， GPS網(wǎng)中至少要聯(lián)測 6個重合己知高程點。即： 式中、分別為同一點擬合的 GPS水準高程與實測幾何水準高程，為兩者之差。表中以 A、 B、 C、 D分別表示（ 2）、（ 3）、（ 4）、（ 5）式的數(shù)學模型擬合方式。 2 GPS水準的擬合方式統(tǒng)計 近年來，我院在貴港覃塘、來賓廖平等測區(qū)先后采用了 GPS全球定位系統(tǒng)技術進行控 制測量。在此，筆者提出一個檢驗選擇的方法，以供 參考。而我們上述轉換參數(shù)的求解結果僅是在圖根點上進行，如果在 GPS B級網(wǎng)點上進行求解，相信精度會更高。 一旦需轉換的兩個坐標系統(tǒng)確定以后， DA、 DF是常 值，但是 DX、 DY、 DZ對于不同地區(qū)有不同的值。 二．直接用手持 GPS測定已知點 B、 L、 H值 若同時收集到北京坐標系 x、 y、 B、 L、 h、 ξ值和 WGS84坐標系 B、 L、 H值，則不需此步驟。 【關鍵詞】 手持 GPS 坐標系統(tǒng) 轉換參數(shù) 概述 目前，市面上出售的手持 GPS所使用的坐標系統(tǒng)基本都是 WGS84坐標系統(tǒng)，而我們使用的地圖資料大部分都屬于 1954年北京 坐標系或 1980年西安國家大地坐標系。 出測前，應進行衛(wèi)星可見預報分析 ，做好 GPS網(wǎng)測量方案。 GPS高程擬合 高程基準： 1985國家高 程基準。 中央子午線：東經 111度， 19分帶。首先，在 WGS84坐標系下進行三維無約束平差計算；然后，在國家 1980西安坐標系下進行二維約束平差。由于衛(wèi)星信號在傳播過程中受到電離層折射、對流層折射、多路徑效應等因素影響，使觀測數(shù)據(jù)含有誤差，尤其是在下午進行長基線觀測時，衛(wèi)星觀測數(shù)據(jù)質量都較差。 2． GPS控制網(wǎng)布設 2． 1 內業(yè)設計 ―南寧 —合浦 C級 GPS網(wǎng) ‖嚴格按照 1992年 中華人民共和國測繪行業(yè)標準《全球定位系統(tǒng)（ GPS）測量規(guī)范》（ CH202092）要求設計，按照《項目設計書》要求，全網(wǎng)共布設 93個點。作者結合生產實踐，介紹了 GPS技術應用于 C級 GPS網(wǎng)施測中的作業(yè)流程、精度分析方法和工作體會。 在整個測量過程中都要注意質量控制檢驗，方法如上所述，還可利用原有大比例尺地圖，檢驗其山頂點的高度，圈出未能進行 RTK測量的盲點?？刂泣c主要布置在制高點上用來設置基準站，以利于接收衛(wèi)星信號和數(shù)據(jù)鏈信號，控制點間距離應小于 RTK有效作業(yè)半徑的 2/3倍。 精度和穩(wěn)定性問題。在山區(qū)，一般林區(qū)，城鎮(zhèn)密樓區(qū)等地作業(yè)時， GPS衛(wèi)星信號被阻擋機會較多，容易造成失鎖，采用 RTK作業(yè)時有時需要經常重新 初始化。白天中午，受電離層干擾大，共用衛(wèi)星數(shù)少，常接收不到 5顆衛(wèi)星，因而初始化時間長甚至不能初始化，也就無法進行測量。只要在設站是進行簡單的設置，就可以邊走邊獲得測量結果坐標或進行坐標放樣。只要滿足 RTK的基本工作條件，在一定的作業(yè)半徑范圍內（一般為 4KM）， RTK的平面精度和高程精度都能達到厘米級。 （ 2） 重測比較法。因此，國際上將 RTK技術通常只用于幾公里范圍內、兩點之間能電磁波 ―通視 ‖的坐標測量。 C、 利用電離層模型加以改正。因此，在天氣急劇變 化時不適宜進行 RTK測量。多路徑誤差可通過下列措施予以消弱： A、 選擇地形開闊、不具反射面的