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GPS在大地測量中的運(yùn)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(jīng)過計算求出接收機(jī)的三維位置 三維方向以及運(yùn)動速度和時間信息 實(shí)際上是將衛(wèi)星作為動態(tài)空間已知點(diǎn) 利用距離交會的原理確定接收機(jī)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(diào)制在L1上的C A code偽距4 調(diào)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(diǎn)定位和相對定位 差分定位 單點(diǎn)定位就是根據(jù)一臺接收機(jī)的觀測數(shù)據(jù)來確定接收機(jī)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(dǎo)航定位 相對定位 差分定位 是根據(jù)兩臺以上接收機(jī)的觀測數(shù)據(jù)來確定觀測點(diǎn)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(yīng)采用相位觀測值進(jìn)行相對定位 2 按接收機(jī)的運(yùn)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(jī)相對于地球表面運(yùn)動 則稱為動態(tài)定位 在定位觀測時 若接收機(jī)相對于地球表面靜止 則稱為靜態(tài)定位 GPS定位廣泛運(yùn)用于科研領(lǐng)域 GPS定位技術(shù)以其精度高 速度快 費(fèi)用省 操作簡便等優(yōu)良特性被廣泛應(yīng)用于大地控制測量中 時至今日 可以說GPS定位技術(shù)已完全取代了常規(guī)測角 測距手段建立大地控制網(wǎng) 我們一般將應(yīng)用GPS衛(wèi)星定位技術(shù)建立的控制網(wǎng)叫GPS網(wǎng) 歸納起來大致可以將GPS網(wǎng)分為兩大類 一類是全球或全國性的高精度GPS網(wǎng) 這類GPS網(wǎng)中相鄰點(diǎn)的距離在數(shù)千公里至上萬公里 其中主要任務(wù)是作為全球高精度坐標(biāo)框架或全國高精度坐標(biāo)框架 為全球性地球動力學(xué)和空間科學(xué)方面的科學(xué)研究工作服務(wù) 或用以研究地區(qū)性的板塊運(yùn)動或地殼形變規(guī)律等問題 另一類是區(qū)域性的GPS網(wǎng) 包括城市或礦區(qū)GPS網(wǎng) GPS工程網(wǎng)等 這這類網(wǎng)中的相鄰點(diǎn)間的距離為幾公里至幾十公里 其主要任務(wù)是直接為國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)服務(wù) GPS定位A級網(wǎng)絡(luò)建成 作為大地測量的科研任務(wù)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(biāo)系統(tǒng)之一的高精度大地控制網(wǎng)是大地測量工作者多年來一直夢寐以求的 直到空間技術(shù)和射電天文技術(shù)高度發(fā)達(dá) 才得以建立跨洲際的全球大地網(wǎng) 但由于VLBI SLR技術(shù)的設(shè)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(diǎn) 直到GPS技術(shù)逐步完善的今天才使全球覆蓋的高精度GPS網(wǎng)得以實(shí)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(biāo)框架 為大地測量的科學(xué)研究及相關(guān)地學(xué)研究打下了堅實(shí)的基礎(chǔ) 1991在全球范圍內(nèi)建立一個IGS 國際GPS地球動力學(xué)服務(wù) 觀測網(wǎng) 并于1992年6 9月間實(shí)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(nèi)組織了一次盛況空前 中國 92GPS會戰(zhàn) 目的是在全國范圍內(nèi)確定精確的地心坐標(biāo) 建立起我國新一代的地心參考框架及其與國家坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)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(shè)成國家A級網(wǎng) 作為國家高精度衛(wèi)星大地網(wǎng)的骨架 并奠定地殼運(yùn)動及地球動力學(xué)研究的基礎(chǔ) 建成后的國家A級網(wǎng)共由28個點(diǎn)組成 經(jīng)過精細(xì)的數(shù)據(jù)處理 平差后在ITRF91地心參考框架中的點(diǎn)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(wǎng)點(diǎn)進(jìn)行了GPS復(fù)測 其點(diǎn)位精度已提高到厘米級 邊長相對精度達(dá)3 10 9 GPS定位B級網(wǎng)絡(luò)建成 做為我國高精度坐標(biāo)框架的補(bǔ)充以及為滿足國家建設(shè)的需要 在國家A級網(wǎng)的基礎(chǔ)上建立了國家B級網(wǎng) 又稱國家高精度GPS網(wǎng) 布測工作從1991年開始 經(jīng)過5年努力完成外業(yè)工作 內(nèi)業(yè)計算已基本完成 不日將公布使用 全網(wǎng)基本均勻布點(diǎn) 覆蓋全國 共布測818個點(diǎn)左右 總獨(dú)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(jīng)整體平差后 點(diǎn)位地心坐標(biāo)精度達(dá) 0 1m GPS基線邊長相對中誤差可達(dá)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(wǎng)已成為我國現(xiàn)代大地測量和基礎(chǔ)測繪的基本框架 將在國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中發(fā)揮越來越重要的作用 國家A B級網(wǎng)以其特有的高精度把我國傳統(tǒng)天文大地網(wǎng)進(jìn)行了全面改善和加強(qiáng) 從而克服了傳統(tǒng)天文大地網(wǎng)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(diǎn) 通過求定A B級GPS網(wǎng)與天文大地網(wǎng)之間的轉(zhuǎn)換參數(shù) 建立起了地心參考框架和我國國家坐標(biāo)的數(shù)學(xué)轉(zhuǎn)換關(guān)系 從而使國家大地點(diǎn)的服務(wù)應(yīng)用領(lǐng)域更寬廣 利用A B級GPS網(wǎng)的高精度三維大地坐標(biāo) 并結(jié)合高精度水準(zhǔn)聯(lián)測 從而大大提高了確定我國大地水準(zhǔn)面的精度 特別是克服我國西部大地水準(zhǔn)面存在較大系統(tǒng)誤差的缺陷 GPS定位區(qū)域性控制網(wǎng) 所謂區(qū)域GPS網(wǎng)是指國家C D E級GPS網(wǎng)或?qū)楣こ添椖坎紲y的工程GPS網(wǎng) 這類網(wǎng)的的特點(diǎn)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(fèi)用等優(yōu)點(diǎn) 建立區(qū)域大地控制網(wǎng)的手段我國已基本被GPS技術(shù)所取代 就其作用而言分為建立新的地面控制網(wǎng) 檢核和改善已有地面網(wǎng) 對已有的地面網(wǎng)進(jìn)行加密 擬合區(qū)域大地水準(zhǔn)面 建立新的GPS定位地面控制網(wǎng) 盡管我國在70年代以前已布設(shè)了覆蓋全國的大地控制網(wǎng) 但由于人為的破壞 現(xiàn)存控制點(diǎn)已不多 當(dāng)在某個區(qū)域需要建立大地控制網(wǎng)時 首選方法就是用GPS技術(shù)來建網(wǎng) 改善已有GPS地面控制網(wǎng)絡(luò) 對于現(xiàn)有的地面控制網(wǎng)由于經(jīng)典觀測手段的限制 精度指標(biāo)和點(diǎn)位分布都不能滿足國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要 但是考慮到歷史的繼承性 最經(jīng)濟(jì) 有效的方法就是利用高精度GPS技術(shù)對原有老網(wǎng)進(jìn)行全面發(fā)行合理布設(shè)GPS網(wǎng)點(diǎn) 并晝與老網(wǎng)重合 再把GPS數(shù)據(jù)和經(jīng)典控制網(wǎng)一并聯(lián)合平差處理 從而達(dá)到對老的檢核和改善的目的 對GPS定位控制網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行加密 對于已有的地面控制網(wǎng) 除了本身點(diǎn)位密度不夠以外 人為的破壞也相當(dāng)嚴(yán)重 為了滿足基本建設(shè)的急需 采用GPS技術(shù)對重點(diǎn)地區(qū)進(jìn)行控制點(diǎn)加密是一種行之有效的手段 布設(shè)加密網(wǎng)時要盡量和本區(qū)域的高等級控制點(diǎn)重合 以便較好地把新網(wǎng)同老網(wǎng)匹配好 從而避免控制點(diǎn)誤差的傳遞 GPS定位擬合區(qū)域大地水準(zhǔn)面 GPS技術(shù)用于建立大地控制網(wǎng) 在確定平面位置的同時 能夠以很高的精度確定控制點(diǎn)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(xué)者熱烈討論的一個話題 由于地形圖測繪和工程建設(shè)者依據(jù)水準(zhǔn)高程 因此必須把GPS測得的大地高差以某種方式轉(zhuǎn)化成水準(zhǔn)高差 才便于工程建設(shè)使用 通常的方法是 采用一定密度及合理分布的GPS水準(zhǔn)高聯(lián)測點(diǎn) 即GPS點(diǎn)上聯(lián)測水準(zhǔn)高程 用數(shù)學(xué)手段擬合區(qū)域大地水準(zhǔn)面 利用區(qū)域地球重力場模型來改化GPS大地高為水準(zhǔn)高 GPS定位器廠家