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GPS在大地测量中的运用 广州市沃天电子科技有限公司 GPS卫星定位原来分析 GPS卫星定位基本原理 卫星不间断地发送自身的星历参数和时间信息 用户接收到这些信息后 经过计算求出接收机的三维位置 三维方向以及运动速度和时间信息 实际上是将卫星作为动态空间已知点 利用距离交会的原理确定接收机的三维位置 GPS定位的各种常用的观测量 1 L1载波相位观测值2 L2载波相位观测值3 调制在L1上的C A code伪距4 调制在L2上的P code伪距5 Dopple观测值 GPS卫星定位分类知多少 GPS定位的分类 1 按定位方式 GPS定位分为单点定位和相对定位 差分定位 单点定位就是根据一台接收机的观测数据来确定接收机位置的方式 它只能采用伪距观测量 可用于车船等的概略导航定位 相对定位 差分定位 是根据两台以上接收机的观测数据来确定观测点之间的相对位置的方法 它既可采用伪距观测量也可采用相位观测量 大地测量或工程测量均应采用相位观测值进行相对定位 2 按接收机的运动状态 可分为动态定位 静态定位 在定位观测时 若接收机相对于地球表面运动 则称为动态定位 在定位观测时 若接收机相对于地球表面静止 则称为静态定位 GPS定位广泛运用于科研领域 GPS定位技术以其精度高 速度快 费用省 操作简便等优良特性被广泛应用于大地控制测量中 时至今日 可以说GPS定位技术已完全取代了常规测角 测距手段建立大地控制网 我们一般将应用GPS卫星定位技术建立的控制网叫GPS网 归纳起来大致可以将GPS网分为两大类 一类是全球或全国性的高精度GPS网 这类GPS网中相邻点的距离在数千公里至上万公里 其中主要任务是作为全球高精度坐标框架或全国高精度坐标框架 为全球性地球动力学和空间科学方面的科学研究工作服务 或用以研究地区性的板块运动或地壳形变规律等问题 另一类是区域性的GPS网 包括城市或矿区GPS网 GPS工程网等 这这类网中的相邻点间的距离为几公里至几十公里 其主要任务是直接为国民经济建设服务 GPS定位A级网络建成 作为大地测量的科研任务是研究地球的形状及其随时间的变化 因此建立全球覆盖的坐标系统之一的高精度大地控制网是大地测量工作者多年来一直梦寐以求的 直到空间技术和射电天文技术高度发达 才得以建立跨洲际的全球大地网 但由于VLBI SLR技术的设备昂贵且非常笨重 因此在全球也只有少数高精度大地点 直到GPS技术逐步完善的今天才使全球覆盖的高精度GPS网得以实现 从而建立起了高精度的 在1 2cm 全球统一的动态坐标框架 为大地测量的科学研究及相关地学研究打下了坚实的基础 1991在全球范围内建立一个IGS 国际GPS地球动力学服务 观测网 并于1992年6 9月间实施了第一期会战联测 我国多家单位合作 在全国范围内组织了一次盛况空前 中国 92GPS会战 目的是在全国范围内确定精确的地心坐标 建立起我国新一代的地心参考框架及其与国家坐标系的转换参数 以优于10 8量级的相对精度确定站间基线向量 布设成国家A级网 作为国家高精度卫星大地网的骨架 并奠定地壳运动及地球动力学研究的基础 建成后的国家A级网共由28个点组成 经过精细的数据处理 平差后在ITRF91地心参考框架中的点位精度优于0 1m 边长相对精度一般优于1 10 8 随后在1993年和1995年又两次对A级网点进行了GPS复测 其点位精度已提高到厘米级 边长相对精度达3 10 9 GPS定位B级网络建成 做为我国高精度坐标框架的补充以及为满足国家建设的需要 在国家A级网的基础上建立了国家B级网 又称国家高精度GPS网 布测工作从1991年开始 经过5年努力完成外业工作 内业计算已基本完成 不日将公布使用 全网基本均匀布点 覆盖全国 共布测818个点左右 总独立基线数2200多条 平均边长在我国东部地区为50km 中部地区为100km 西部地区为150km 经整体平差后 点位地心坐标精度达 0 1m GPS基线边长相对中误差可达2 0 10 8 高程分量相对中误差为3 0 10 8 新布成的国家A B级网已成为我国现代大地测量和基础测绘的基本框架 将在国民经济建设中发挥越来越重要的作用 国家A B级网以其特有的高精度把我国传统天文大地网进行了全面改善和加强 从而克服了传统天文大地网的精度不均匀 系统误差较大等传统测量手段不可避免的缺点 通过求定A B级GPS网与天文大地网之间的转换参数 建立起了地心参考框架和我国国家坐标的数学转换关系 从而使国家大地点的服务应用领域更宽广 利用A B级GPS网的高精度三维大地坐标 并结合高精度水准联测 从而大大提高了确定我国大地水准面的精度 特别是克服我国西部大地水准面存在较大系统误差的缺陷 GPS定位区域性控制网 所谓区域GPS网是指国家C D E级GPS网或专为工程项目布测的工程GPS网 这类网的的特点是控制区域有限 或一个市或一个地区 边长短 一般从几百米到20km 观测时间短 从快速静态定位的几分钟至一两个小时 由于GPS定位的高精度 快速度 省费用等优点 建立区域大地控制网的手段我国已基本被GPS技术所取代 就其作用而言分为建立新的地面控制网 检核和改善已有地面网 对已有的地面网进行加密 拟合区域大地水准面 建立新的GPS定位地面控制网 尽管我国在70年代以前已布设了覆盖全国的大地控制网 但由于人为的破坏 现存控制点已不多 当在某个区域需要建立大地控制网时 首选方法就是用GPS技术来建网 改善已有GPS地面控制网络 对于现有的地面控制网由于经典观测手段的限制 精度指标和点位分布都不能满足国民经济发展的需要 但是考虑到历史的继承性 最经济 有效的方法就是利用高精度GPS技术对原有老网进行全面发行合理布设GPS网点 并昼与老网重合 再把GPS数据和经典控制网一并联合平差处理 从而达到对老的检核和改善的目的 对GPS定位控制网络进行加密 对于已有的地面控制网 除了本身点位密度不够以外 人为的破坏也相当严重 为了满足基本建设的急需 采用GPS技术对重点地区进行控制点加密是一种行之有效的手段 布设加密网时要尽量和本区域的高等级控制点重合 以便较好地把新网同老网匹配好 从而避免控制点误差的传递 GPS定位拟合区域大地水准面 GPS技术用于建立大地控制网 在确定平面位置的同时 能够以很高的精度确定控制点间的相对大地高差 如何充分利用这种高差信息是近几年许多学者热烈讨论的一个话题 由于地形图测绘和工程建设者依据水准高程 因此必须把GPS测得的大地高差以某种方式转化成水准高差 才便于工程建设使用 通常的方法是 采用一定密度及合理分布的GPS水准高联测点 即GPS点上联测水准高程 用数学手段拟合区域大地水准面 利用区域地球重力场模型来改化GPS大地高为水准高 GPS定位器厂家