【正文】 要特點(diǎn)： 1）全球覆蓋連續(xù)導(dǎo)航定位。 2）高精度三維定位。 3）實(shí)時導(dǎo)航定位。 4）被動式全天候?qū)Ш蕉ㄎ弧? 5）抗干擾性能好、保密性強(qiáng)。目前， GPS定位技術(shù)所達(dá)到的定位精度，使測量工作的模式，理念產(chǎn)生了革命性的變化，相對傳統(tǒng)的測量技術(shù)來說， GPS定位技術(shù)主要有以下特點(diǎn)： 1)兩站點(diǎn)之間不用通視。 3) GPS測量的速度快于傳統(tǒng)測量方式。 5) GPS測量的數(shù)字結(jié)果能方便地傳輸?shù)降貓D或 GIS系統(tǒng)中。 GPS網(wǎng)的設(shè)計(jì)包括網(wǎng)型構(gòu)造、精度、基準(zhǔn)等方面的設(shè)計(jì)，此外對于外業(yè)工作具體實(shí)施，還應(yīng)考慮觀測時段、時間、測站位置的選擇，接收機(jī)的類型及數(shù)量，交通后勤等因素。 GPS網(wǎng)的布設(shè)就是如何將各同步圖形合理地銜接成一個有機(jī)整體，使之達(dá)到精度高，可靠性強(qiáng)，且作 業(yè)量和作業(yè)經(jīng)費(fèi)少的要求。GPS控制網(wǎng)網(wǎng)形設(shè)計(jì)的一般原則： （ 1） GPS網(wǎng)中不應(yīng)存在自由基線。 （ 2） GPS網(wǎng)中的閉合條件中基線數(shù)不可過多。 （ 3） GPS網(wǎng)應(yīng)以 ―每個點(diǎn)至少獨(dú)立設(shè)站觀測兩次 ‖的原則布網(wǎng)。 （ 4） 為了實(shí)現(xiàn) GPS網(wǎng)與地面網(wǎng)之間的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換， GPS網(wǎng)至少應(yīng)與地面網(wǎng)有 2個重合點(diǎn)。同時，還應(yīng)與相當(dāng)數(shù)量的地面水準(zhǔn)點(diǎn)重合，以提供大地水準(zhǔn)面的研究資料，實(shí)現(xiàn) GPS 大地高向正常高的轉(zhuǎn)換。盡管 GPS 網(wǎng)的觀測不需要考慮通視的問題，但是為了便于用經(jīng)典方法擴(kuò)展，至少應(yīng)與網(wǎng)中另 一點(diǎn)通視。 GPS的網(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。 控制網(wǎng)的可靠性是用于衡量網(wǎng)辨別粗差，抵抗粗差影響能力的度量指標(biāo)，一般分為內(nèi)可靠性指標(biāo)和外可靠性指 標(biāo)。外可靠性是指不可發(fā)現(xiàn)的粗差對網(wǎng)的坐標(biāo)未知參數(shù)的影響，即未能發(fā)現(xiàn)的粗差對測量成果的影響值。因此，可根據(jù) GPS 網(wǎng)的特點(diǎn)，在網(wǎng)的設(shè)計(jì)階段考慮網(wǎng)的可靠性，以發(fā)現(xiàn)盡可能小的粗差和減少不可發(fā)現(xiàn)的粗差對網(wǎng) 的坐標(biāo)未知參數(shù)的影響。我們布設(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)。 在 GPS網(wǎng)的整體平差中，可能含有兩類觀測量，即相對觀測量和絕對觀測量。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。 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。 （ 2）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)。 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)。而后兩種方法，對 GPS 網(wǎng)定位的約束條件最少，所以通常稱為最小約束法； 約束平差法，在確定網(wǎng)的位置基準(zhǔn)的同時，對 GPS 網(wǎng)的方向和尺度也會產(chǎn)生影響，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)。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，則是一個需要慎重考慮的問題。 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，因此，這時應(yīng)多采用最小約束平差法。 GPS RTK 測量原理 GPS RTK 原 理 RTK 又稱載波相位動態(tài)實(shí)時差分（ Real time kinematic），是基于載波相位觀測值的實(shí)時動態(tài)定位技術(shù)，主要由兩部分組成，即基準(zhǔn)站和流動站。能夠?qū)崟r地提供測站點(diǎn)在指定坐標(biāo)系中的三維定位結(jié)果，并達(dá)到厘米級精度 [2]。將采集的的載波相位觀測量調(diào)制到基準(zhǔn)站電臺的載波上，再通過基準(zhǔn)站電臺發(fā)射出去。流動站的 GPS接收機(jī)再利用 OTF(運(yùn)動中求解整周模糊度 )技術(shù)由基準(zhǔn)站的載波相位觀測量和流動站的載波相位觀測量來求解整周模糊度，最后求出厘米級精度流動站的位置?？梢娺@種測量方法的關(guān)鍵是求解起始的整周模糊度即初始化，并能始終保持。 基準(zhǔn)站流動站 圖 21 RTK 原理圖 RTK 作業(yè)模式主要包括： （ 1）快速靜態(tài)測量，采用這種模式，要求 GPS接收機(jī)在用戶站上靜止地進(jìn)行觀測。用戶站的 GPS 接收機(jī)在流動過 程之中，可以不必保持對 GPS衛(wèi)星的連續(xù)跟蹤； （ 2）準(zhǔn)動態(tài)測量，在流動過程之中，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； 12 河南理工大學(xué)本科畢業(yè)論文 （ 3）動態(tài)測量，與前面相同首先要靜止觀測數(shù)分鐘，以完成初始化，運(yùn)動的接收機(jī)以預(yù)定的時間間隔采樣，確定位置。 常規(guī)的 GPS測量方法，需要事后進(jìn)行解算才能獲得厘米級的精度，而 GPS RTK是能夠在野外實(shí)時得到厘米級定位精度的測量方法，它采用了載波相位動態(tài)實(shí)時差分方法，它的出現(xiàn)廣泛應(yīng)用于 以下幾個方面： ① 各種控制測量； ② 地形測圖；③ 放樣； ④ 在海洋測繪中的應(yīng)用 (海洋測繪主要包括海上定位、海洋大地測量和水下地形測量 )，極大地提高了外業(yè)作業(yè)效率。這種測量方法的關(guān)鍵是求解起始的整周模糊度即初始化，并能始終保持。 圖 22 GPS RTK 數(shù)據(jù)流程示意圖 GPS RTK 系統(tǒng)的組成 13 河南理工大學(xué)本科畢業(yè)論文 GPS RTK 實(shí)時定位系統(tǒng)由以下幾個部分組成： （ 1）基準(zhǔn)站 :主要由一臺 GPS接收機(jī)、 GPS天線、電臺和通訊天線組成。 GPS 接收機(jī)的功能是接收、處理和存儲衛(wèi)星信號，一個 GPS RTK 系統(tǒng)至少需要兩臺 GPS接收機(jī)，一臺基準(zhǔn)站，一臺流動站。由于基準(zhǔn)站設(shè)置次數(shù)少，一般與流動站共用電子手薄，使用電子手薄設(shè)置完基準(zhǔn)站后，轉(zhuǎn)給流動站使用。 3）中繼站電臺：為了擴(kuò)展 GPS RTK 作業(yè)范圍和距離，必要時可以在基準(zhǔn)站和流動站之間設(shè)立中繼站電臺。 ② 流動站接收電臺：可以內(nèi)置在 GPS接收機(jī)內(nèi)部，也有外置的獨(dú)立電臺。 （ 3）隨機(jī)軟件 ,主要用于處理數(shù)據(jù)及形成成果數(shù)據(jù)文件。 GPS RTK 技術(shù)優(yōu)點(diǎn) 與靜態(tài) GPS的比較 RTK 有以下優(yōu)點(diǎn)： （ 1）測量外業(yè)容易受到地形、氣候、季節(jié)、森林覆蓋等諸多因素的影響，使測量精度、作業(yè)速度都受到很大限制，在能見度低、難通視的情況下，有些測量作業(yè)根本無法進(jìn)行。 （ 2）定位精度較高，數(shù)據(jù)也安全可靠，測站間無需通視。 14 河南理工大學(xué)本科畢業(yè)論文 （ 3）綜合測繪能力強(qiáng)，作業(yè)集成度高，易實(shí)現(xiàn)自動化，可勝任各種測繪內(nèi) 、外業(yè)。 （ 4）操作簡便，容易使用，對作業(yè)條件要求不高，數(shù)據(jù)輸入、處理、存儲能力強(qiáng)，與計(jì)算機(jī)、其他測量儀器通信方便。集成化 GPS RTK 接收機(jī)已經(jīng)問世，例如 leica公司推出的 MCGPS1000 接收機(jī)，能實(shí)時地提供每秒 10 次厘米級 GPS定位成果輸出，而點(diǎn)位成果的時間延遲不超過 （ 5）作業(yè)人員少，定位速度快，綜合效益高。其他輔助費(fèi)用少，外業(yè)效率高；內(nèi)業(yè)便于利用計(jì)算機(jī)處理，集成度高，節(jié)省人力。進(jìn)行 GPS RTK 定位時，基準(zhǔn)站將觀測值及其已知坐標(biāo)通過數(shù)據(jù)鏈發(fā)送給流動站，流動站不僅采集 GPS 觀測數(shù)據(jù)還要接受通過數(shù)據(jù)鏈電臺送來的基準(zhǔn)站數(shù)據(jù)，并在流動站上形成差分觀測之后實(shí)時求出流動站坐標(biāo)，其精度可達(dá)到厘米級， GPS RTK 關(guān)鍵技術(shù)有如下幾點(diǎn)： （ 1）數(shù)據(jù)傳輸技術(shù) GPS RTK 技術(shù)要求基準(zhǔn)站實(shí)時向流動站發(fā)送信息，要求信息發(fā)送量大，數(shù)據(jù)可靠及誤碼率小，移動數(shù)據(jù)通信技術(shù)促成 GPS RTK 數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)的成熟。 （ 2）數(shù)據(jù)處理技術(shù) 實(shí)時厘米級定位精度 GPS 測量要求快速解出整周模糊度，因而需要實(shí)時處理相位搜索判斷相位觀測值的初始整周模糊度，常用搜索方法有： FARA法， OTF法。隨后，又出現(xiàn)組合波搜索技術(shù)和目前的 Z 跟蹤技術(shù)以及共同跟蹤技術(shù)；科技的發(fā)展令人目眩，2020年 Ashtech又推出采 用 instantGPS RTK 的 Zxtreme接收機(jī)；隨著 GPS在動態(tài)定位領(lǐng)域的發(fā)展，特別是 GPS RTK 技術(shù)的發(fā)展，專家學(xué)者提出了各種求解動態(tài)測量中相位整周模糊度的 OTF功法。 OTF法可分為四類：雙頻偽距法，模糊度函數(shù)法，最小二乘搜索法和模糊度協(xié)方差陣法。 坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)的求解方法，一般是在 RTK 作業(yè)前首先在測區(qū)做一定數(shù)量的靜態(tài) GPS控制點(diǎn)，與地方坐標(biāo)系的控制點(diǎn)聯(lián)測，以同時獲取 GPS點(diǎn)的 WGS84坐標(biāo)系統(tǒng)坐標(biāo)和地方坐標(biāo)系統(tǒng)坐標(biāo)，然后利用后處理軟件或 GPS 控制器內(nèi)置的實(shí)時處理軟件求解坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)，如果測區(qū)內(nèi)的已知控制點(diǎn)己經(jīng)有地方坐標(biāo)系坐標(biāo)和 WGS84坐標(biāo)系坐標(biāo)，則可直接利用隨機(jī)軟件求解坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)。因此，所選定的基準(zhǔn)點(diǎn)要求精度要高，并且應(yīng)均勻分布在測區(qū)周圍，基準(zhǔn)點(diǎn)的數(shù)量視測區(qū)的大小一般取 36點(diǎn)為宜，一般地，在求解坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)時，應(yīng)采取不同基準(zhǔn)點(diǎn)的匹配方案，用不同的計(jì)算方法求得坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)，經(jīng)比較后選擇殘差較小、精度較高的一組參數(shù)使用。 （ 4）基準(zhǔn)站的設(shè)置 GPS 衛(wèi)星處在 2104km 多的高空，從衛(wèi)星發(fā)出的信號到接收機(jī)接收，中間要經(jīng)過電離層、對流層以及來自多方面的干擾，其信號一般十分微弱，通常只有50～ 180dB。因此，要提高 GPS信號接收的質(zhì)量，基準(zhǔn)站必須遠(yuǎn)離各種強(qiáng)電磁干擾源 (如微波站、尋呼臺發(fā)射塔、變電站、高壓線、電視臺等 )；同時，為了減少多路徑效應(yīng)的影響，基準(zhǔn)站周圍應(yīng)無明顯的大面積的信號反射物 (如大面積水域、大型建筑等 )；另外，要求基準(zhǔn)站電臺天線和移動站天線之間無大的遮擋物 (如高層建筑物、高山等 )，且天線應(yīng)盡量設(shè)置高一些，以提高數(shù)傳電臺的傳輸距離。 GPS RTK 技術(shù)在應(yīng)用中遇到的其中一個問題就是參