【正文】 位數(shù)量三個(gè) 方面。由于我國的國家控制點(diǎn)布設(shè)的時(shí)間較久，在許多地區(qū)破壞嚴(yán)重，有些點(diǎn)又被不同的單位恢復(fù)或更新，起算數(shù)據(jù)問題在一些工程 GPS測量中也較為常見。起算點(diǎn)坐標(biāo)誤差越大，對平差結(jié)果影響也越大。為保證平差結(jié)果具有足夠的精度，必須適當(dāng)控制起算點(diǎn)誤差。通常起算點(diǎn)坐標(biāo)可以通過以下幾種途徑獲取： ①利 用已知的 WGS． 84坐標(biāo)，聯(lián)測國家高精度 GPS控制點(diǎn)。 ②在精確獲取轉(zhuǎn)換參數(shù)的情況下，根據(jù)國家或地方坐標(biāo)系的大地坐標(biāo)以及該坐標(biāo)系和 WGS84坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系式進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換后。求得精化處理的起算點(diǎn)。 要提高起算點(diǎn)位置精度，可以通過對測區(qū)中心部位的點(diǎn)重復(fù)觀測 3 次，保證每個(gè)時(shí) 段觀測時(shí)聞，然后對觀測結(jié)果取加權(quán)平均值作為起算點(diǎn)的坐標(biāo)，此外，工程實(shí)踐如果遇到一些作業(yè)環(huán)境比較差的地方，如起算點(diǎn)數(shù)比較少，而且精度不高，點(diǎn)位分布不合理， 千萬 不 能 盲目相信處理基線處理的中誤差?？梢酝ㄟ^以下方法進(jìn)行起算數(shù)據(jù)的檢核：直接基線邊與起算點(diǎn)坐標(biāo)反算邊的比較分析；實(shí)測光電 邊與直接基線邊、坐標(biāo)反算邊的比較分析。以上的分析總結(jié)可作為工程實(shí)踐參考，并不實(shí)用于所有條件。 GPS 布網(wǎng)方案 GPS布網(wǎng)主要包括網(wǎng)形設(shè)計(jì)和觀測計(jì)劃制定，構(gòu)成優(yōu)化的解算圖形，同時(shí)應(yīng)考慮提 高成果可靠性，防止粗差。 GPS網(wǎng)觀測時(shí)應(yīng)有異步獨(dú)立觀測環(huán)或符合線路，構(gòu)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(huì)使作業(yè)計(jì)劃復(fù)雜，延長工期，影響工效，因此應(yīng)研究合理的獨(dú)立觀測環(huán)數(shù)。網(wǎng)形設(shè)計(jì)完成后，就要參考最新的星歷預(yù)報(bào)制定嚴(yán)密的作業(yè)計(jì)劃，使工作有條不紊開展，這是提高工作效率的重要環(huán)節(jié)。 GPS網(wǎng)的設(shè)計(jì)已 免除了測角、邊角同測和測邊網(wǎng)等的傳統(tǒng)要求。它不需要點(diǎn)間通視，也不需要考慮布設(shè)什么樣的圖形，更不需要考慮圖形強(qiáng)度，設(shè)置在制高點(diǎn)上 (哪里需要就可以設(shè)置在哪里 )。所以 GPS網(wǎng)的設(shè)計(jì)是非常靈活的，但也應(yīng)注意以下幾個(gè)問題： （ 1） 除了特殊需要，一般 GPS基線長度相差不要過大，這樣可以使 GPS測量的精度分布均勻； （ 2） GPS網(wǎng)不要有開放式的網(wǎng)型結(jié)構(gòu)，應(yīng)構(gòu)成封閉式閉合環(huán)和子環(huán)路 ； （ 3） 應(yīng)盡量消除多路徑影響，防止 GPS信號通過其它物體反射到 GPS天線上，因 此應(yīng)避開強(qiáng)反射的地面，避開強(qiáng)反射環(huán)境，如山谷、山坡、建筑物等； （ 4） 避開強(qiáng)電磁波干擾，設(shè)站應(yīng)遠(yuǎn)離雷達(dá)站、電臺、微波中繼站等。 1 GPS網(wǎng)中的異步環(huán)實(shí)質(zhì)上僅起到了多余觀測的作用，是剔除粗差的有效手段，而對 于網(wǎng)平差精度的提高并非起到?jīng)Q定性作用。和傳統(tǒng)的測量手段相比， GPS外業(yè)操作中除了量取天線高度及儀器的對中整平外，幾乎沒有其它的人為誤差因素；對于在較短時(shí)間內(nèi)完成的一段 GPS 網(wǎng)，系統(tǒng)所引起的粗差會(huì)在整個(gè)網(wǎng)中體現(xiàn)，而單條基線只要觀測條件滿足，基線解算良好，應(yīng)認(rèn)為其結(jié)果可靠。由于起算點(diǎn)對網(wǎng)平差影響較大，所以在施測布網(wǎng)時(shí)盡量使起算點(diǎn)問形成異步環(huán)，其它各點(diǎn)根據(jù)實(shí)際情況而定，不必 非在異步環(huán)中，以便節(jié)省大量的重復(fù)設(shè)站時(shí)間。因此適當(dāng)減少 GPS網(wǎng)中的異步環(huán)數(shù)量，這不但不會(huì)影響網(wǎng)平差的精度，而且還會(huì)提高工作效率 [20]。在起算點(diǎn)和需要設(shè)置參考站的過渡點(diǎn)構(gòu)成異步環(huán)后，其它測點(diǎn)根據(jù)情況可不必形成異步環(huán)，但要保證觀測條件良好，基線解算合格 [16]。 布設(shè) GPS網(wǎng)的基準(zhǔn)包括網(wǎng)的位置基準(zhǔn)、方向基準(zhǔn)和尺度基準(zhǔn)。而確定網(wǎng)的基準(zhǔn)，是通過網(wǎng)的整體平差來實(shí)現(xiàn)的。 GPS網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)中，應(yīng)當(dāng)根據(jù)網(wǎng)的用途，提出確定網(wǎng)的基準(zhǔn)的方法和原則。一般來說，在 GPS網(wǎng)的整體平差中，可能含有兩類觀測量，即相對觀測量 (如基線向量 )和絕對觀測量 (如點(diǎn)在 WGS84中的坐標(biāo)值 )。在僅含有相對觀測量的 GPS網(wǎng)中，網(wǎng)的方向基準(zhǔn)和尺度基準(zhǔn)，由在平差計(jì)算中作為相關(guān)觀測量的基線向量唯一地確定。而網(wǎng)的位置基準(zhǔn)，則決定于所取網(wǎng)點(diǎn)坐標(biāo)的近似值系統(tǒng)和平差方法。在 GPS網(wǎng)包含點(diǎn)的坐標(biāo)觀測量的情況下，網(wǎng)的位置基準(zhǔn)，將取決于這些網(wǎng)點(diǎn)的坐標(biāo)值及其精度。 GPS網(wǎng)的基準(zhǔn)設(shè)計(jì)，一般主要是指確定網(wǎng)的位置基準(zhǔn)問題。通常可根據(jù)情況，選取以下方法來確定： (1)選取網(wǎng)中～點(diǎn)的坐標(biāo)值并加以固定，或給以適當(dāng)?shù)臋?quán)； (2)網(wǎng)中的點(diǎn)均不固定，通過自由網(wǎng)擬合平差，確定網(wǎng)的位置基準(zhǔn)； (3)在阿中選若干點(diǎn)的坐標(biāo)值并加以固定； (4)選網(wǎng)中若干點(diǎn) (直到全部點(diǎn) )的坐標(biāo)值并給以適當(dāng)?shù)臋?quán)； 前兩種方法，對 GPS 網(wǎng)定位的約束條件最少，所以通常稱為最小約束法；而后兩 種方法，對平差計(jì)算則存在若干約束條件，其約束條件的多少，取決于在網(wǎng)中所選點(diǎn)的數(shù)量，這種方法通常稱為約束法。以最小約束法進(jìn)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(biāo)差 )的相對精度都是相同的，但網(wǎng)的位置及點(diǎn)位精度卻不相同。 約束平差法，在確定網(wǎng)的位置 基準(zhǔn)的同時(shí)，對 GPS網(wǎng)的方向和尺度也會(huì)產(chǎn)生影響， 如何提高 GPS 在工程測量應(yīng)用中的精度 1 其影響程度，與約束條件的多少及所取觀測值的精度有關(guān)。當(dāng)網(wǎng)中已知點(diǎn)的坐標(biāo)含有較大的誤差，或其權(quán)難以可靠地確定時(shí)，將會(huì)對網(wǎng)的定向與尺度產(chǎn)生不利的影響。雖然從理論上說，在網(wǎng)的平差計(jì)算中，給所有位置賦以適當(dāng)?shù)臋?quán)，是最為嚴(yán)格的方法，但是，如何確定已知位置的權(quán)，及其與網(wǎng)中其它觀測量權(quán)的比例關(guān)系，則是一個(gè)需要慎重考慮的問題。所以一般只有對于一個(gè)大范圍的 GPS網(wǎng)，而且要求精確地位 WGS84協(xié)議地球坐標(biāo)系時(shí)，或者在具有一組分布適宜的，高精度的已知點(diǎn)時(shí)，為改善 GPS網(wǎng)的定向和 尺度，約束平差法才具有重要意義。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(biāo)系統(tǒng)，并不特別重要，這時(shí)應(yīng)多采用最小約束平差法。 觀測時(shí)長 觀測時(shí)間的長短直接影響工作效率和基線解算效果，時(shí)問短會(huì)因采集數(shù)據(jù)不夠而使基線解算失?。挥^測時(shí)間 過長 不會(huì)提高基線解算精度，造成時(shí)間上的大量浪費(fèi)。 GPS作業(yè)通過對某條基線一定時(shí)間內(nèi)采集到的衛(wèi)星數(shù)據(jù)進(jìn)行解算，求出衛(wèi)星信號的整周未知數(shù) (模糊度 )，如果參加計(jì)算的數(shù)據(jù)量不足以確定出信號的整周未知數(shù)，則基線解算失敗。 此外，周跳 也 會(huì)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(huì)使信號的整周數(shù)產(chǎn)生異常的波動(dòng)，隨 著觀測時(shí)間的延長，周跳 產(chǎn)生的機(jī)率越大，如果 GPS 在觀測和計(jì)算中不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)并剔除周跳 ，不但不能夠提高 基線解算的質(zhì)量，還會(huì)產(chǎn)生負(fù)面的影響。 國家 GPS測量規(guī)范對不同級別的 GPS網(wǎng)觀測時(shí)間有具體的規(guī)定，對于精密工程 GPS 控制網(wǎng)，例如 B級網(wǎng)，規(guī)范規(guī)定連續(xù)觀測時(shí)間為 4小時(shí)以上。然而并不是一味的延長觀測時(shí)間基線處理的精度就高，理論分析與實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明：在載波相位觀測中，如果整周未知數(shù)已經(jīng)確定，那么相對定位的精 度，將不會(huì)隨觀測時(shí)間的延長而明顯提高，整周未知數(shù)的解算一般需要 l2小時(shí)可以準(zhǔn)確解算。有時(shí)隨著時(shí)間的增加會(huì)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(shí)也看到，觀測時(shí)間適當(dāng)加長，基線精度的波動(dòng)就會(huì)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(dāng)增加觀測時(shí)間對提高基線精度是有幫助的，選擇好的觀測時(shí)段可以實(shí)現(xiàn)在較短的時(shí)間內(nèi)得到較高的基線精度，從而提高工作效率。對大型的高精度的 GPS控制網(wǎng)可以采用星歷預(yù)報(bào)與實(shí)際分析相結(jié)合的方法，第一天選擇預(yù)報(bào)較好的時(shí)段 ，采用較長的觀測時(shí)間，然后通過分段基線解算，選擇精度最高的時(shí)段，對于短基線的測區(qū)，由于相鄰兩天同一時(shí)刻衛(wèi)星分布基本相同， 1 以后幾天的觀測可以參考第一天的觀測時(shí)間段，從而提高工作效率。 4 RTK 測量 簡介 RTK是根據(jù) GPS的相對定位概念，建立在實(shí)時(shí)處理兩個(gè)測站的載波相位的基礎(chǔ)之 上，基準(zhǔn)站通過數(shù)據(jù)鏈實(shí)時(shí)地將采集的載波相位觀測量和基準(zhǔn)站坐標(biāo)信息一同發(fā)送給流動(dòng)站，流動(dòng)站一邊接收基準(zhǔn)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(jìn)行實(shí)時(shí)處理，能實(shí)時(shí)給出厘米級成果。它的基本思想是，在基準(zhǔn) 站安置一臺 GPS接收機(jī)，對所有可見的 GPS衛(wèi)星進(jìn)行連續(xù)觀測，并將其觀測數(shù)據(jù)，通過無線電傳輸設(shè)備 實(shí)時(shí) 發(fā)送給用戶觀測站。依據(jù)相對定位的原理實(shí)時(shí)解算并顯示用戶站的坐標(biāo)信息及其精度 [18]。 RTK作業(yè)模式主要有快速靜態(tài)測量、 準(zhǔn)動(dòng)態(tài)測量 和 動(dòng)態(tài)測量 ?？焖凫o態(tài)測量 要求 GPS接收機(jī)在用戶站上靜止地進(jìn)行觀測。在觀測的過程中，連同接收基準(zhǔn)站的同步觀測數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)地解算整周未知數(shù)和用戶站的三維坐標(biāo)。用戶站的 GPS接收機(jī)在流動(dòng)過程之中，可以不必保持對 GPS衛(wèi)星的連續(xù)跟蹤。準(zhǔn)動(dòng)態(tài)測量 在流動(dòng)過程之中，要求保持對于 GPS衛(wèi)星的 連續(xù)跟蹤， 否則進(jìn)行重新初始化。動(dòng)態(tài)測量 首先要靜止觀測數(shù)分鐘，以 完成初始化，運(yùn)動(dòng)的接收機(jī)以預(yù)定的時(shí)間間隔采樣，確定位置。在流動(dòng)過程當(dāng)中，要求保持對 GPS衛(wèi)星的連續(xù)跟蹤。 RTK 系統(tǒng)組成 （ 1） 基準(zhǔn)站 基準(zhǔn)站設(shè)置在坐標(biāo)為已知的參考點(diǎn)上， GPS 天線安置在參考點(diǎn)的上方。 GPS接收機(jī)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(dòng)站。 當(dāng) 有很多用戶在同一測區(qū)工作時(shí)，可設(shè)立 RTK的常設(shè)基準(zhǔn)站。常設(shè)基準(zhǔn)站可承擔(dān)下列任務(wù)：連續(xù)采集數(shù)據(jù)，存儲(chǔ)原始數(shù)據(jù)，計(jì)算 RTCM 改正，為用戶實(shí)時(shí)或事后提供數(shù)據(jù)，監(jiān)測衛(wèi)星狀況，向用戶 預(yù)告各種干擾。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(zhǔn)站信息給用戶站，進(jìn)行實(shí)時(shí)測量定位。 （ 2）移動(dòng)站 各點(diǎn)之間遷站時(shí)采用步行方式的 RTK，移動(dòng)站接收機(jī)的天線多數(shù)都置于測桿項(xiàng)部 ，如何提高 GPS 在工程測量應(yīng)用中的精度 1 觀測者將測桿放在點(diǎn)上，此測桿應(yīng)有水準(zhǔn)氣泡，以使接收機(jī)天線嚴(yán)格位于點(diǎn)上方。最新的移動(dòng)站接收機(jī)已實(shí)現(xiàn)一體化，即接收機(jī)、天線、顯示器和電池四大部分融為一體。用戶界面多數(shù)采用掌式計(jì)算機(jī) (稱為控制器 )，它既可手持，又能 固定在測桿上。觀測者利用控制器既可察看 RTK系統(tǒng)的狀況，又能存儲(chǔ)坐標(biāo)及其它信息 [14]。 RTK 網(wǎng) RTK 網(wǎng)是由幾個(gè)常設(shè)基站組成?？山柚脩糁車膸讉€(gè)常設(shè)基準(zhǔn)站實(shí)時(shí)算出移動(dòng)站的坐標(biāo)。當(dāng)使用 RTK 網(wǎng)代替一個(gè)基準(zhǔn)站時(shí)，算出的移動(dòng)站坐標(biāo)將更可靠。各常設(shè)站之間的距離可達(dá) 100km。 RTK 網(wǎng)傳輸數(shù)據(jù)的方法有 3 種：第一種方法是移動(dòng)站接收機(jī)選擇一組常設(shè)基準(zhǔn)站的數(shù)據(jù)，個(gè)別國家布設(shè)的這種 RTK網(wǎng)已覆蓋其全境；第二種方法是采用區(qū)域改正參數(shù)，利用網(wǎng)中全部基站算出改正平面，再按東西方向和南北方向算出改正值，然后，將一個(gè)基準(zhǔn)站的數(shù)據(jù)和區(qū)域改正參數(shù)播發(fā)給移動(dòng)站；第 三種方法采用“虛擬參考站”。在 RTK 應(yīng)用過程當(dāng)中，坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的問題是十分重要的， GPS 接受機(jī)接收衛(wèi)星信號單點(diǎn)定位的坐標(biāo)以及相對定位解算的基線向量屬于 WGS84 大地坐標(biāo)系，因?yàn)?GPS 衛(wèi)星星歷是以 WGS84 坐標(biāo)系為依據(jù)建立的。而實(shí)用的測量成果往往是屬于某一國家坐標(biāo)系或是地方坐標(biāo)系 (或叫局部的、參考坐標(biāo)系 )，應(yīng)用中必須進(jìn)行轉(zhuǎn)換。 RTK 精度影響因素 RTK 定位誤差 同信號傳播有關(guān)的誤差：包括電離層誤差、對流層誤差、多路徑效應(yīng)、信號干 擾等。對固定基準(zhǔn)站而言，同儀器和 GPS衛(wèi)星有關(guān)的誤差可 通過各種校正方法予以削 弱，同信號傳播有關(guān)的誤差將隨移動(dòng)站至基準(zhǔn)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(nèi) )。 同儀器和 GPS 衛(wèi)星有關(guān)的誤差 天線相位中心變化：天線的機(jī)械中心和電子相位中心一般不重合。而且電子相位中心是變化的，它取決于接收信號的頻率、方位角和高度角。天線相位中心的變化， 可使點(diǎn)位坐標(biāo)的誤差一般達(dá)到 3～ 5cm。 所以 天線 相位中心的變化 對 RTK定位精度 的影響是非常大的。實(shí)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(jī)的天線均應(yīng)按天線附有的 方位標(biāo)志進(jìn)行定向，必要時(shí)應(yīng)進(jìn)行天線檢驗(yàn)校正。 軌道誤差：目前，隨著定軌技術(shù)的不斷完善，軌道誤差只有 5～ 10m，其殘余的影響到基線的相對誤差不到 1 106m，就短基線 (10km)而言，對結(jié)果的影響可忽略不計(jì)， 但是對 20～ 30km的基線則可達(dá)到 2～ 3cm。 衛(wèi)星鐘差：目前鐘差可通過對衛(wèi)星鐘運(yùn)行狀態(tài)的連續(xù)監(jiān)測而精確地確定，鐘差對傳播距離的影響不會(huì)超過 6m，影響基線的相對誤差約 177。 2ppm， 對 RTK觀測的影響可忽略不計(jì)。 觀測誤差：主要是對中、整平及天線高量取。要求對儀器認(rèn)真細(xì)心地架設(shè)，要有高度的責(zé)任 心，對天線高可采用兩次量取，量取部位要準(zhǔn)確，不能有差錯(cuò)。 同信號傳播有關(guān)的誤差 電離層誤差：電離層引起電磁波傳播延遲從而產(chǎn)生誤差，其延遲強(qiáng)度與電離層的電子密度密切相關(guān)，電離層的電子密度隨太陽黑子活動(dòng)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(dòng)最強(qiáng)時(shí)為最弱 時(shí)的 4倍。利用下列方法使電離層誤差得到有效的削弱和消除：利用雙頻接收機(jī)將觀測值進(jìn)行線性組合來消除電離層的影響；利用兩個(gè)以上觀測站同步觀測量求差 (短基線 )；利用電離層模型加以改正。實(shí)際上 RTK技 術(shù)一般都考慮了上述因素和辦法 ， 但在太陽黑子爆發(fā)期內(nèi)， RTK測量無法進(jìn)行。 對流層誤差：對流層誤差同點(diǎn)間距離和點(diǎn)問高差密切相關(guān)，高度角 90176。 時(shí)可使電磁