关于GPS布网方案与作业模式的探讨

　　摘要：本文就GPS布网方案与作业模式的相关问题进行阐述，文章分别从布网方案与作业模式两个方面的各种基本情况进行阐述。

　　关键词：GPS，方案，模式

　　前言：

　　与传统的大地测量观测技术不同，在卫星大地测量中，观测站虽然是固定在地球表面上，其空间位置随同地球自转而运动，但观测目标却是主要受地球引力作用而绕地球旋转的人造地球卫星，它与地球自转无关。因此为了统一描述卫星在轨道上的运动，按不同需要表示测站的空间位置，并正确处理关联着地面测站及卫星的观测数据，需要采用两类坐标系统，并需实现各种坐标系之间的转换。从几何上看坐标系统是由原点位置、三个坐标轴指向和尺度所定义的。在卫星大地测量中，一般取地球质心为坐标系的原点，由于人造地球卫星围绕地球运动，引进地心坐标系是十分自然的，这样便于研究人造卫星卫星运动的规律。根据坐标轴指向的不同，可分为两大类坐标系：天球坐标系和地球坐标。 地球坐标系随同地球自转，可看作为固定在地球上的坐标系，便于表述地面观测站的空间位置。天球坐标系则与地球自转无关，便于描述人造地球卫星的位置和状态。

　　天文坐标系

　　1：天文坐标系;以地心为坐标原点的坐标系，Z轴的正向指向北天极，X轴的正向指向春分点，构成右手系。

　　2：瞬时真天文坐标系：由瞬时真天极及瞬时真赤道面，瞬时真春分点所定义的地心坐标系。

　　3：瞬时平天文坐标系：以瞬时平天极，瞬时平赤道，瞬时平春分点所定义的一种地心坐标系。

　　4：标准历元平天球坐标系：是其中相当于标准历元的一种特定的天球坐标系。

　　GPS控制网的图形设计

　　在建立GPS控制网时，由于GPS的同步观测不需要通视，使得观测具有较大的灵活性。因此，GPS网的设计也具有很大的灵活性。根据不同的用途，GPS的图形布设通常有导线连接、三角网连接、多边形网连接、对角线连接等方式。

　　在网形设计时应注意的问题

　　⑴ GPS网不要有开放式的网型结构，应构成封闭式闭合环和子环路。

　　⑵ 应尽量消除多路径影响，防止GPS信号通过其他物体反射到GPS天线上，因此应避开强反射的地面，避开强反射环境，如山谷、山坡、建筑物等。

　　⑶ 避开强电磁波干扰，设站应远离雷达站、电台、微波中继站等。

　　为了确保GPS观测效果的可靠性，有效的发现观测成果中的粗差，必须使GPS网中的独立边构成一定的几何图形，这种几何图形，可以是数条GPS独立边构成的非同步多边形(非同步闭合环)。如三角形，四边形，五边形…… 当GPS网中有若干个起算点时，也可以是由两个起算点之间的数条GPS独立边构成的附合路线。GPS网的图形设计也就是根据对所布设的GPS网的精度要求和其他方面的要求，设计出由独立的GPS边构成的多边形网(环形网)。GPS控制网的建立与应用常规地面测量方法建立控制网类似。

　　GPS控制网技术设计的一般原则

　　⑴充分考虑建立GPS控制网的应用范围

　　对于工程建设的GPS网，应考虑勘测设计阶段的需要，又要考虑施工放样等阶段的需要。对于城市GPS控制网，既要考虑今期建设和规划的需要，又要考虑远期发展的需要。还可以根据具体情况，扩展GPS控制网的功能。

　　⑵采用分级布网的方案

　　适当的分级布设GPS网，有利于根据测区的近期要求和远期发展分阶段布设，而且可以使全网的结构呈长短边相结合的形式。与均由短边构成的全网比较，可以减少网的边缘处误差累积，也便于GPS网的数据处理和成果检验分阶段进行。分段布网是建立常规控制网的基本方法。因为GPS网测量有许多优越性，所以不要求GPS网按常规控制网分很多等级布设。

　　⑶具体操作

　　①选取坐标系统、投影面，确定起算坐标、起算方位角和起始边长。

　　②根据近期建设的需要和远期规划的目标，确定GPS网的控制范围。

　　③分级布网。要求按GPS规范进行观测和数据处理。

　　④观测精度标准：GPS观测的空间距离的中误差

　　作业模式

　　经典静态定位模式

　　⑴ 作业方法：采用两台(或两台以上)接收机设备，分别安置在一条或数条基线的两个端点，同步观测4颗以上卫星，每时段长45分钟至2小时或更多。

　　⑵ 精度：基线的相对定位精度可达到5mm+1ppm·D，D为基线长度(km)。

　　⑶ 使用范围：建立全国性或国家大地控制网，建立地壳运动监测网、建立长距离检校基线、进行岛屿与大陆联测、钻井定位及精密工程控制网建立等。

　　⑷ 注意事项：所有已观测基线应组成一系列封闭图形(如图4.1)，以利于外业检核，提高成果可靠度。并且可以通过平差，有助于进一步提高定位精度。

　　快速静态定位

　　⑴ 作业方法：在测区中部选择一个基准站，并安置一台接收设备连续跟踪所有可见卫星;另一台接收机依次到各点流动设站，每点观测数分钟

　　⑵ 精度：流动站相对于基准站的基线中误差为5mm+1ppm·D。

　　⑶ 应用范围：控制网的建立及其加密、工程测量、地籍测量、大批相距百米左右的点位定位。

　　⑷ 注意事项：在观测时段内应确保有5颗以上卫星可供观测;流动点与基准点相距应不超过20km;流动站上的接收机在转移时，不必保持对所观测卫星连续跟踪，可关闭电源以降低能耗。

　　准动态定位

　　⑴ 作业方法：在测区选择一个基准点，安置接收机连续跟踪所有可见卫星;将另一台流动接收机先置于1号站观测;在保持对所测卫星连续跟踪而不失锁的情况下，将流动接收机分别在2，3，4……各点观测数秒钟。

　　⑵ 精度：基线的中误差约为1-2cm。

　　⑶ 应用范围：开阔地区的加密控制测量、工程定位及碎部测量、剖面测量及线路观测等。

　　⑷ 注意事项：应确保在观测时段上有5颗以上卫星可供观测;流动点与基准点距离不超过20km;观测过程中流动接收机不能失锁，否则应在失锁的流动点上延长观测时间1—2min。

　　动态定位

　　⑴ 作业方法：建立一基准点安置接收机连续跟踪所有可见卫星;流动接收机先在出发点上静态观测数分钟;然后流动接收机从出发点开始连续运动;按指定的时间间隔自动测定运动载体的实时位置。

　　⑵ 精度：相对于基准点的瞬时点为精度1—2cm。

　　⑶ 应用范围：精密测定运动目标的轨迹、测定道路的中心线、剖面测量、航道测量等。

　　⑷ 注意事项：需同步观测5颗卫星，其中至少4颗卫星要连续跟踪;流动点与基准点相距不超过20km。

　　实时动态测量

　　⑴ 作业方法：在基准站上安置一台GPS接收机，对所有可见GPS卫星进行连续地观测，并将其观测数据，通过无线电传输设备，实时地发送给用户观测站。在用户站上，GPS接收机在接受GPS卫星信号的同时，通过无线电接收设备，接收基准站传输的观测数据，然后根据相对定位的原理，实时地计算并显示用户站的三维坐标及其精度。

　　⑵ 精度：定位精度可达1～2cm。

　　⑶ 应用范围：应用于城市、矿山等区域性的控制测量，工程测量和地籍测量等。

　　结束语：

　　以上文字是在从事多年GPS测量工作的一些总结，对于GPS系统的知识和理论还有待巩固和加深理解，由于水平有限，文中有不妥之处，请予指正。

　　参考文献

　　⒈《GPS卫星定位原理及其在测绘学中的应用》

　　乔仰文 赵长胜 夏春林 徐信君著 科学教育出版社

　　⒉《卫星大地测量学》 王昆杰 王跃虎 李佂航著 测绘出版社

　　⒊《GPS卫星测量原理与应用》 周忠谟 易杰军著 测绘出版社

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文章名称： 关于GPS布网方案与作业模式的探讨

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