【正文】 一個需要慎重考慮的問題。有時隨著時間的增加會出現(xiàn)精度下降現(xiàn)象，出現(xiàn)這種情況的主要原因是粗差或低精度的基線觀測值的影響；但同時也看到，觀測時間適當加長，基線精度的波動就會減小，這樣可以使基線的精度維持一定的水平，基線長度基本保持不變，這也說明適當增加觀測時間對提高基線精度是有幫助的，選擇好的觀測時段可以實現(xiàn)在較短的時間內得到較高的基線精度，從而提高工作效率。用戶站的 GPS接收機在流動過程之中，可以不必保持對 GPS衛(wèi)星的連續(xù)跟蹤。目前，在好多地方都已采用了這種方法，例如在我國東南沿海的廣州、深圳等城市都已可采用 GSM／ GPRS通信的方法發(fā)送基準站信息給用戶站，進行實時測量定位。各常設站之間的距離可達 100km。天線相位中心的變化， 可使點位坐標的誤差一般達到 3～ 5cm。 同信號傳播有關的誤差 電離層誤差：電離層引起電磁波傳播延遲從而產生誤差，其延遲強度與電離層的電子密度密切相關，電離層的電子密度隨太陽黑子活動狀況、地理位置、季節(jié)變化、 晝夜不同而變化，白天為夜間的 5倍，冬季為夏季的 5倍，太陽黑子活動最強時為最弱 時的 4倍。實際上 RTK技 術一般都考慮了上述因素和辦法 ， 但在太陽黑子爆發(fā)期內， RTK測量無法進行。實際作業(yè)中 可通過觀測值的求差來削弱相位中心偏移的影響，要求接 1 收機的天線均應按天線附有的 方位標志進行定向，必要時應進行天線檢驗校正。在 RTK 應用過程當中，坐標轉換的問題是十分重要的， GPS 接受機接收衛(wèi)星信號單點定位的坐標以及相對定位解算的基線向量屬于 WGS84 大地坐標系，因為 GPS 衛(wèi)星星歷是以 WGS84 坐標系為依據(jù)建立的。最新的移動站接收機已實現(xiàn)一體化，即接收機、天線、顯示器和電池四大部分融為一體。動態(tài)測量 首先要靜止觀測數(shù)分鐘，以 完成初始化，運動的接收機以預定的時間間隔采樣，確定位置。 4 RTK 測量 簡介 RTK是根據(jù) GPS的相對定位概念，建立在實時處理兩個測站的載波相位的基礎之 上，基準站通過數(shù)據(jù)鏈實時地將采集的載波相位觀測量和基準站坐標信息一同發(fā)送給流動站，流動站一邊接收基準站的載波相位，一邊接收衛(wèi)星的載波相位，并組成相位差分觀測值進行實時處理，能實時給出厘米級成果。在一般情況下，對于一些區(qū)域性的GPS網(wǎng)，如城市、礦山和工程 GPS網(wǎng)，是否精確位于地心坐標系統(tǒng)，并不特別重要，這時應多采用最小約束平差法。在 GPS網(wǎng)包含點的坐標觀測量的情況下，網(wǎng)的位置基準，將取決于這些網(wǎng)點的坐標值及其精度。因此適當減少 GPS網(wǎng)中的異步環(huán)數(shù)量，這不但不會影響網(wǎng)平差的精度，而且還會提高工作效率 [20]。 GPS網(wǎng)觀測時應有異步獨立觀測環(huán)或符合線路，構成異步環(huán)的邊數(shù)不宜太多，也不能太少，大量增加異步環(huán)會使作業(yè)計劃復雜，延長工期，影響工效，因此應研究合理的獨立觀測環(huán)數(shù)。為保證平差結果具有足夠的精度，必須適當控制起算點誤差。 (2)當只有 3個起算數(shù)據(jù)時，平面擬合的中誤 差可以作為起算數(shù)據(jù)平面精度匹配的 依據(jù)，而高程擬合中誤差不可靠。如圖 3． 1所示： G001G011是測區(qū)布設的未知點， S002， S003， S007如何提高 GPS 在工程測量應用中的精度 1 是已知 GPS控制點，它們都分布在測區(qū)的一側，且 S003和 s007距離較近。為了能準確地判斷起算點質量的好壞，一般需要輪換地將各個起算點分別作為檢查點。當聯(lián)測點多于 3 個時，內業(yè)計算時可分組計算，選擇附合條件較好的點作為起算數(shù)據(jù)，求得最優(yōu)的解算結果 [17]。但 城市與工程測量成果采用某一國家或地方坐標系，需要將 GPS 測量成果轉換成國家或地方的相應成果， 主要是 利用 GPS網(wǎng)點與原地面控制網(wǎng)點重合 (重合點一般不少于 3 點 )的方式進行轉換 ，將少量的重合己知點作為約束條件，將 GPS網(wǎng)強制附合到己知點所在的坐標系中。天線相位中心與幾何中心 之 差稱為天線相位中心偏差。當用戶接收機 收 到信號并實時 鎖定 后 ,載波信號的整周數(shù)便可由接收 機自動計數(shù)。天線安置誤差，可通過精細操作，達到要求 的精度。灌木叢、草和其它地面植被能較好地吸收微波信號的能量， 是較為理想的設站地址 。多路徑效應誤差對 GPS測量的精度會產生嚴重的影響， 在 偽距觀測中能產生數(shù)米的誤差。長距離的基線觀測量可以觀測氣象元素 (氣壓、溫度、濕度等 )，按照模型計算改正數(shù)，同時在差分計算模型中引入對流層改正參數(shù)一并解算。由此可見衛(wèi)星軌道誤差對差分相對定位的影響不明顯，但 隨著基線長度的增加，衛(wèi)星軌道誤差的影響越來越大。所以對 GPS衛(wèi)星鐘的穩(wěn)定度要求就不言而喻了，如果測定的時間差 有 1ms的誤差，對應就是 300km 的測距誤差。按誤差的性質，可以分為偶然誤差和系統(tǒng)誤差兩大類。它可以實時提供觀測點的 三維坐標，并且達到厘米級的精度。 使用 GPS衛(wèi)星載波相位進行的靜態(tài)基線測量，測地型接收機能夠獲得很高的精度(106～ 108），為可靠求解相位模糊度 ,靜止觀測要求一兩個小時或更長的時間，這樣很大的限制了在實際工程中的應用。用戶站和基準站觀測同一組衛(wèi)星是上述情況的先決條件。 差分 GPS定位原理 根據(jù) GPS基準站發(fā)送信息的方式，差分 GPS 定位可分為位置差分、相位差分和偽距差分三類。所以實際工作中一般不用三差模型，而是多采用站星雙差模型。星間單差可用于單點定位，能夠提高絕對定位的精度。靜態(tài)相對定位是設置在基線端點的接收機是固定的，這樣可以通過連續(xù)觀測取得足夠的多余觀測數(shù)據(jù) ,來改善定位精度。其基本原理是以 GPS 衛(wèi)星與接收機天線間的距離 (或距離差 )觀測量為基礎 ,根據(jù)已知的衛(wèi)星的瞬時坐標 ,確定用戶接收機天線對應的點位 ,也就是觀測站位置。 使用 GPS來定位的方法有多種，根據(jù)測距原理，主要有偽距定位法，載波相 位測量法和差分 GPS定位。接收機通過天線接收衛(wèi)星發(fā)出的信號，利用本機產生的偽隨機噪聲碼獲得距離觀測量和導航電文，依據(jù)導航電文提供的鐘差改正數(shù)和衛(wèi)星位置，計算接收機所處的位置 [10]。衛(wèi)星上備有的少量燃料用來調衛(wèi)星型軌道姿態(tài)，若出現(xiàn)故障，備用衛(wèi)星隨時可由地面控制站發(fā)出指令飛往指定地點。 系統(tǒng)組成 GPS定位系統(tǒng)由空間衛(wèi)星、地面監(jiān)控和用戶接收機三部分組成。 GPS 接收機越來越輕便，測量的自動化程度高，測量任務主要是放置的 GPS接收機的天線，開關設備，測量儀器高，監(jiān)視設備的工作狀態(tài)。 定位精度高。 1 2 GPS 測量原理及其技術概述 GPS 在工程測量中的應用現(xiàn)狀及發(fā)展前景 GPS 定位系統(tǒng)自產生以來就得到了迅速的發(fā)展，引起各國軍事部門和民用部門的普遍關注。 本文內容安排 本文 分析了 GPS測量 理論，在靜態(tài) GPS方面，重點分析 各種來源誤差、 起算點、布網(wǎng)方法 以及 觀測時間對 GPS測量精度 的影響。 80年代中期，我國引進了 GPS接收機，并應用于各個領域。 1998年 lO月 19日一 1999年 4月 19日，美國導航研究所和國際地球自轉服務中心、國際 GPS服務中心、國際大地測量協(xié)會共同組織了一次 GLONASS/GPS國際大聯(lián)測，并稱之為國際 GLoNASS試驗。但是在工程實踐中，要確保 GPS數(shù)據(jù)的精度及穩(wěn)定性，充分發(fā)揮它在測量中的優(yōu)越性，就必須分析對其精度的影響因素。 研究背景與意義 傳統(tǒng)的工程控制測量是在大地測量基礎上進行的，即必須有一定數(shù)量的已知點作為工程控制測量的起算依據(jù)。但由于該系統(tǒng)衛(wèi)星少，觀測間隔時間大（每隔 1~2小時才能觀測一次），無法實時連續(xù)定位，并且只能得到二維坐標經(jīng)度和緯度，沒有高程。隨著 GPS接收機的改進， GPS定位技術，DGPS 差分定位技術和 RTK 實時差分定位技術的發(fā)展 ， 并 且 滿足動態(tài)、快速、高精度定位的需要，使 GPS 在陸地導航、各類控制網(wǎng)建立、精密工程測量、施工放樣等方面推廣應用。在分析各種測量方法的同時，指出它們的優(yōu)缺點和 適 用情況，使用范圍。該系統(tǒng)歷經(jīng)三個階段：原理可行性驗證階段（ 1973～ 1979），系統(tǒng)研制與試驗階段（ 1979～1984）和工程發(fā)展與完成階段。 GPS技術的發(fā)展為大地測量提供了一種新的測量手段。因此，有必要研究分析 GPS各種測量的資料、觀測及數(shù)據(jù)處理方法，探求 GPS測量精度。由此可見，需要組織大的測量隊伍，布設分布適宜的觀測網(wǎng)，才能夠解算出多種衛(wèi)星導航系統(tǒng)的統(tǒng)一坐標，獲取較滿意成果 [5]。 GPS的現(xiàn)代化加速了 GPS技術在我國更多領域的應用。 第二章介紹了全球定位系統(tǒng)，闡述了靜態(tài) GPS系統(tǒng)的構成、 定位 原理，重點介 紹了 絕對定位、相對定位和差分 GPS定位原理 。自 1982 年第一代測量型的 GPS 接收機投入市場以來，我國陸續(xù)進口了 GPS接收機進行各方面的研究工作。采用快速相對定位的方法，對于短基線 (小于 20千米 )，觀測時間可縮短到幾分鐘。當前的 GPS衛(wèi)星定位儀具有一個防水裝置。衛(wèi)星運行周期為 11h58min，衛(wèi)星高度為 20200km。三個信息注入站分別位于大西洋、印度洋、太平洋，他們都位于赤道帶附近 [9]。 1 按接收機使用狀態(tài)的不同，分為高動態(tài)接收機和低動態(tài)接收機；按精度的不同，分為雙頻精碼接收機和單頻粗碼接收機；按用途的不同，可分為測量型、導航型、受時型接收機。動態(tài)定位是至少一臺接收機處于運動狀態(tài)，測定的是各觀測時刻相應運動中接收機的點位。可以用導航電文給出的鐘差參數(shù)修正衛(wèi)星鐘差， 但接收機鐘差一般難以預先準確確定，常把它作為一個未知參數(shù)，在與觀測站坐標在數(shù)據(jù)處理中一并求解。因為兩個測站在相同時刻對同一衛(wèi)星來說，它的星歷誤差、衛(wèi)星鐘差等與衛(wèi)星有關的誤差相同，所以站間單差能夠消除與衛(wèi)星有關的誤差。站 星雙差的觀測量精度很高，主要用于相對 定位。根據(jù)采用觀測量的不同，動態(tài)相對定位又分為測相偽距動態(tài)相對定位和測碼偽距動態(tài)相對定位。 最簡單的一種差分方法，任何 GPS接收機都能夠改裝和組成這種差分系統(tǒng)。國際海事無線電委員會所推薦的 RTMC SC— 104就采用了這種技術。但上述這些測量技術都是在事后進行數(shù)據(jù)處理，無法實時提交成果和實時進行成果質量評定，不能有效的避免發(fā)現(xiàn)問題檢查不合格造成返工的現(xiàn)象。載波相位差分 GPS方法分為差分法和修正法兩類。對于系統(tǒng)誤差，在數(shù)據(jù)處理過程中，通過建立系統(tǒng)誤差模型計算改正數(shù)、在數(shù)學模型中引入未知參數(shù)求解、同步觀測數(shù)據(jù)求差等方法，可以消除或減弱系統(tǒng)誤差的影響。 GPS差分定位中的衛(wèi)星鐘差也可以采用在衛(wèi)星之間求差的方法（單差再次在星間求差）來消除其對測量精度的影響。對流層折射的影響是由于電磁波信號的傳播速度在通過大氣對流層時發(fā)生變化，這樣導致測距成果產生系統(tǒng)性偏差。電離層折射的影響取決于太陽黑子數(shù)、太陽光照強度、衛(wèi)星高度角、時間、地點等外界條件和信號頻率。其誤差大約是載波相位多路徑影響的 200倍。 如果 GPs點已確定，且不能改變，而它又處于強反射波的地方，為減少多路徑誤差，觀測時可適當變化天線高度。可采用與處理衛(wèi)星鐘差類似的方法處理接收機鐘差 ， 處 理 GPS接收機鐘差的常用 方法是引入鐘差未知數(shù)，與所求未知坐標向量一起解算。這種情況稱為整周變跳或周跳。為削弱天線相位中心的影響 ,在實際測量時 ,要求天線嚴格對中 、 整平 。特別是當這些點誤差較大或含有粗差時， 會 嚴重影響 GPS 成果的可靠性，使高精度的 GPS定位成果失去本來意義， 所以 在進行 GPS網(wǎng)約束平差前， 很有必要 對 GPS控制網(wǎng)起算點坐標的誤差進行分析。 方差檢驗法：在進行三維無約束平差時要進行方差估計 ，調整觀測值的權，直到驗后的單位權方差與先驗的單位權方差相容。 但是 實際工程中 我們 經(jīng)常遇到起算數(shù)據(jù)只有 3個，起算數(shù)據(jù)高程精度本身不匹配，位置關系也不太理想的情況，不可以通過簡 單的數(shù)據(jù)處理后平差的中誤差來判定起算數(shù)據(jù)精度匹配的好壞。通過數(shù)據(jù)分析我們發(fā)現(xiàn)用 2個起算數(shù)據(jù)和用 3個起算數(shù)據(jù)分別進行高程擬合時，距離已知控制點越遠高程變化量越大。高程擬合 時，先進行自由網(wǎng)平差，再進行約束平差，若兩種方法高程擬合成果變化量很小， 就 說明起算數(shù)據(jù)高程之間匹配較好；若差值變化量很大，則說明起算數(shù)據(jù)的高程精度匹配精度不高。求得精化處理的起算點。它不需要點間通視，也不需要考慮布設什么樣的圖形，更不需要考慮圖形強度，設置在制高點上 (哪里需要就可以設置在哪里 )。而確定網(wǎng)的基準，是通過網(wǎng)的整體平差來實現(xiàn)的。以最小約束法進行 GPS網(wǎng)的平差，對網(wǎng)的定向與尺度沒有影響，也就是說，不管采用上述哪種最小約束法，平差后網(wǎng)的方向和尺度，以及網(wǎng)中元素 (邊長、方位或坐標差 )的相對精度都是相同的，但網(wǎng)的位置及點位精度卻不相同。 此外，周跳 也 會對解算成果造成不良影響，由于地球電離層，噪音等因素對衛(wèi)星信號的干擾，會使信號的整周數(shù)產生異常的波動，隨 著觀測時間的延長，周跳 產生的機率越大，如果 GPS 在觀測和計算中不能及時發(fā)現(xiàn)并剔除周跳 ，不但不能夠提高 基線解算的質量，還會產生負面的影響。 RTK作業(yè)模式主要有快速靜態(tài)測量、 準動態(tài)測量 和 動態(tài)測量 。 GPS接收機連續(xù)采集數(shù)據(jù)然后 通過無線電數(shù)據(jù)鏈或 GSM電話播發(fā)給移動站。 RTK 網(wǎng) RTK 網(wǎng)是由幾個常設基站組成。對固定基準站而言，同儀器和 GPS衛(wèi)星有關的誤差可 通過各種校正方法予以削 弱，同信號傳播有關的誤差將隨移動站至基準站的距離的增加而加大，所以 RTK的有 效作業(yè)半徑是有限的 (一般 5km內 )。 2ppm， 對 RTK觀測的影響可