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GPS在大地測量中的運用 廣州市沃天電子科技有限公司 GPS衛(wèi)星定位原來分析 GPS衛(wèi)星定位基本原理 衛(wèi)星不間斷地發(fā)送自身的星歷參數(shù)和時間信息 用戶接收到這些信息后 經過計算求出接收機的三維位置 三維方向以及運動速度和時間信息 實際上是將衛(wèi)星作為動態(tài)空間已知點 利用距離交會的原理確定接收機的三維位置 GPS定位的各種常用的觀測量 1 L1載波相位觀測值2 L2載波相位觀測值3 調制在L1上的C A code偽距4 調制在L2上的P code偽距5 Dopple觀測值 GPS衛(wèi)星定位分類知多少 GPS定位的分類 1 按定位方式 GPS定位分為單點定位和相對定位 差分定位 單點定位就是根據一臺接收機的觀測數(shù)據來確定接收機位置的方式 它只能采用偽距觀測量 可用于車船等的概略導航定位 相對定位 差分定位 是根據兩臺以上接收機的觀測數(shù)據來確定觀測點之間的相對位置的方法 它既可采用偽距觀測量也可采用相位觀測量 大地測量或工程測量均應采用相位觀測值進行相對定位 2 按接收機的運動狀態(tài) 可分為動態(tài)定位 靜態(tài)定位 在定位觀測時 若接收機相對于地球表面運動 則稱為動態(tài)定位 在定位觀測時 若接收機相對于地球表面靜止 則稱為靜態(tài)定位 GPS定位廣泛運用于科研領域 GPS定位技術以其精度高 速度快 費用省 操作簡便等優(yōu)良特性被廣泛應用于大地控制測量中 時至今日 可以說GPS定位技術已完全取代了常規(guī)測角 測距手段建立大地控制網 我們一般將應用GPS衛(wèi)星定位技術建立的控制網叫GPS網 歸納起來大致可以將GPS網分為兩大類 一類是全球或全國性的高精度GPS網 這類GPS網中相鄰點的距離在數(shù)千公里至上萬公里 其中主要任務是作為全球高精度坐標框架或全國高精度坐標框架 為全球性地球動力學和空間科學方面的科學研究工作服務 或用以研究地區(qū)性的板塊運動或地殼形變規(guī)律等問題 另一類是區(qū)域性的GPS網 包括城市或礦區(qū)GPS網 GPS工程網等 這這類網中的相鄰點間的距離為幾公里至幾十公里 其主要任務是直接為國民經濟建設服務 GPS定位A級網絡建成 作為大地測量的科研任務是研究地球的形狀及其隨時間的變化 因此建立全球覆蓋的坐標系統(tǒng)之一的高精度大地控制網是大地測量工作者多年來一直夢寐以求的 直到空間技術和射電天文技術高度發(fā)達 才得以建立跨洲際的全球大地網 但由于VLBI SLR技術的設備昂貴且非常笨重 因此在全球也只有少數(shù)高精度大地點 直到GPS技術逐步完善的今天才使全球覆蓋的高精度GPS網得以實現(xiàn) 從而建立起了高精度的 在1 2cm 全球統(tǒng)一的動態(tài)坐標框架 為大地測量的科學研究及相關地學研究打下了堅實的基礎 1991在全球范圍內建立一個IGS 國際GPS地球動力學服務 觀測網 并于1992年6 9月間實施了第一期會戰(zhàn)聯(lián)測 我國多家單位合作 在全國范圍內組織了一次盛況空前 中國 92GPS會戰(zhàn) 目的是在全國范圍內確定精確的地心坐標 建立起我國新一代的地心參考框架及其與國家坐標系的轉換參數(shù) 以優(yōu)于10 8量級的相對精度確定站間基線向量 布設成國家A級網 作為國家高精度衛(wèi)星大地網的骨架 并奠定地殼運動及地球動力學研究的基礎 建成后的國家A級網共由28個點組成 經過精細的數(shù)據處理 平差后在ITRF91地心參考框架中的點位精度優(yōu)于0 1m 邊長相對精度一般優(yōu)于1 10 8 隨后在1993年和1995年又兩次對A級網點進行了GPS復測 其點位精度已提高到厘米級 邊長相對精度達3 10 9 GPS定位B級網絡建成 做為我國高精度坐標框架的補充以及為滿足國家建設的需要 在國家A級網的基礎上建立了國家B級網 又稱國家高精度GPS網 布測工作從1991年開始 經過5年努力完成外業(yè)工作 內業(yè)計算已基本完成 不日將公布使用 全網基本均勻布點 覆蓋全國 共布測818個點左右 總獨立基線數(shù)2200多條 平均邊長在我國東部地區(qū)為50km 中部地區(qū)為100km 西部地區(qū)為150km 經整體平差后 點位地心坐標精度達 0 1m GPS基線邊長相對中誤差可達2 0 10 8 高程分量相對中誤差為3 0 10 8 新布成的國家A B級網已成為我國現(xiàn)代大地測量和基礎測繪的基本框架 將在國民經濟建設中發(fā)揮越來越重要的作用 國家A B級網以其特有的高精度把我國傳統(tǒng)天文大地網進行了全面改善和加強 從而克服了傳統(tǒng)天文大地網的精度不均勻 系統(tǒng)誤差較大等傳統(tǒng)測量手段不可避免的缺點 通過求定A B級GPS網與天文大地網之間的轉換參數(shù) 建立起了地心參考框架和我國國家坐標的數(shù)學轉換關系 從而使國家大地點的服務應用領域更寬廣 利用A B級GPS網的高精度三維大地坐標 并結合高精度水準聯(lián)測 從而大大提高了確定我國大地水準面的精度 特別是克服我國西部大地水準面存在較大系統(tǒng)誤差的缺陷 GPS定位區(qū)域性控制網 所謂區(qū)域GPS網是指國家C D E級GPS網或專為工程項目布測的工程GPS網 這類網的的特點是控制區(qū)域有限 或一個市或一個地區(qū) 邊長短 一般從幾百米到20km 觀測時間短 從快速靜態(tài)定位的幾分鐘至一兩個小時 由于GPS定位的高精度 快速度 省費用等優(yōu)點 建立區(qū)域大地控制網的手段我國已基本被GPS技術所取代 就其作用而言分為建立新的地面控制網 檢核和改善已有地面網 對已有的地面網進行加密 擬合區(qū)域大地水準面 建立新的GPS定位地面控制網 盡管我國在70年代以前已布設了覆蓋全國的大地控制網 但由于人為的破壞 現(xiàn)存控制點已不多 當在某個區(qū)域需要建立大地控制網時 首選方法就是用GPS技術來建網 改善已有GPS地面控制網絡 對于現(xiàn)有的地面控制網由于經典觀測手段的限制 精度指標和點位分布都不能滿足國民經濟發(fā)展的需要 但是考慮到歷史的繼承性 最經濟 有效的方法就是利用高精度GPS技術對原有老網進行全面發(fā)行合理布設GPS網點 并晝與老網重合 再把GPS數(shù)據和經典控制網一并聯(lián)合平差處理 從而達到對老的檢核和改善的目的 對GPS定位控制網絡進行加密 對于已有的地面控制網 除了本身點位密度不夠以外 人為的破壞也相當嚴重 為了滿足基本建設的急需 采用GPS技術對重點地區(qū)進行控制點加密是一種行之有效的手段 布設加密網時要盡量和本區(qū)域的高等級控制點重合 以便較好地把新網同老網匹配好 從而避免控制點誤差的傳遞 GPS定位擬合區(qū)域大地水準面 GPS技術用于建立大地控制網 在確定平面位置的同時 能夠以很高的精度確定控制點間的相對大地高差 如何充分利用這種高差信息是近幾年許多學者熱烈討論的一個話題 由于地形圖測繪和工程建設者依據水準高程 因此必須把GPS測得的大地高差以某種方式轉化成水準高差 才便于工程建設使用 通常的方法是 采用一定密度及合理分布的GPS水準高聯(lián)測點 即GPS點上聯(lián)測水準高程 用數(shù)學手段擬合區(qū)域大地水準面 利用區(qū)域地球重力場模型來改化GPS大地高為水準高 GPS定位器廠家