摘要：本文就GPS布網(wǎng)方案與作業(yè)模式的相關(guān)問題進(jìn)行闡述，文章分別從布網(wǎng)方案與作業(yè)模式兩個(gè)方面的各種基本情況進(jìn)行闡述。

　　關(guān)鍵詞：GPS，方案，模式

　　前言：

　　與傳統(tǒng)的大地測(cè)量觀測(cè)技術(shù)不同，在衛(wèi)星大地測(cè)量中，觀測(cè)站雖然是固定在地球表面上，其空間位置隨同地球自轉(zhuǎn)而運(yùn)動(dòng)，但觀測(cè)目標(biāo)卻是主要受地球引力作用而繞地球旋轉(zhuǎn)的人造地球衛(wèi)星，它與地球自轉(zhuǎn)無關(guān)。因此為了統(tǒng)一描述衛(wèi)星在軌道上的運(yùn)動(dòng)，按不同需要表示測(cè)站的空間位置，并正確處理關(guān)聯(lián)著地面測(cè)站及衛(wèi)星的觀測(cè)數(shù)據(jù)，需要采用兩類坐標(biāo)系統(tǒng)，并需實(shí)現(xiàn)各種坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換。從幾何上看坐標(biāo)系統(tǒng)是由原點(diǎn)位置、三個(gè)坐標(biāo)軸指向和尺度所定義的。在衛(wèi)星大地測(cè)量中，一般取地球質(zhì)心為坐標(biāo)系的原點(diǎn)，由于人造地球衛(wèi)星圍繞地球運(yùn)動(dòng)，引進(jìn)地心坐標(biāo)系是十分自然的，這樣便于研究人造衛(wèi)星衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)的規(guī)律。根據(jù)坐標(biāo)軸指向的不同，可分為兩大類坐標(biāo)系：天球坐標(biāo)系和地球坐標(biāo)。 地球坐標(biāo)系隨同地球自轉(zhuǎn)，可看作為固定在地球上的坐標(biāo)系，便于表述地面觀測(cè)站的空間位置。天球坐標(biāo)系則與地球自轉(zhuǎn)無關(guān)，便于描述人造地球衛(wèi)星的位置和狀態(tài)。

　　天文坐標(biāo)系

　　1：天文坐標(biāo)系;以地心為坐標(biāo)原點(diǎn)的坐標(biāo)系，Z軸的正向指向北天極，X軸的正向指向春分點(diǎn)，構(gòu)成右手系。

　　2：瞬時(shí)真天文坐標(biāo)系：由瞬時(shí)真天極及瞬時(shí)真赤道面，瞬時(shí)真春分點(diǎn)所定義的地心坐標(biāo)系。

　　3：瞬時(shí)平天文坐標(biāo)系：以瞬時(shí)平天極，瞬時(shí)平赤道，瞬時(shí)平春分點(diǎn)所定義的一種地心坐標(biāo)系。

　　4：標(biāo)準(zhǔn)歷元平天球坐標(biāo)系：是其中相當(dāng)于標(biāo)準(zhǔn)歷元的一種特定的天球坐標(biāo)系。

　　GPS控制網(wǎng)的圖形設(shè)計(jì)

　　在建立GPS控制網(wǎng)時(shí)，由于GPS的同步觀測(cè)不需要通視，使得觀測(cè)具有較大的靈活性。因此，GPS網(wǎng)的設(shè)計(jì)也具有很大的靈活性。根據(jù)不同的用途，GPS的圖形布設(shè)通常有導(dǎo)線連接、三角網(wǎng)連接、多邊形網(wǎng)連接、對(duì)角線連接等方式。

　　在網(wǎng)形設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意的問題

　　⑴ GPS網(wǎng)不要有開放式的網(wǎng)型結(jié)構(gòu)，應(yīng)構(gòu)成封閉式閉合環(huán)和子環(huán)路。

　　⑵ 應(yīng)盡量消除多路徑影響，防止GPS信號(hào)通過其他物體反射到GPS天線上，因此應(yīng)避開強(qiáng)反射的地面，避開強(qiáng)反射環(huán)境，如山谷、山坡、建筑物等。

　　⑶ 避開強(qiáng)電磁波干擾，設(shè)站應(yīng)遠(yuǎn)離雷達(dá)站、電臺(tái)、微波中繼站等。

　　為了確保GPS觀測(cè)效果的可靠性，有效的發(fā)現(xiàn)觀測(cè)成果中的粗差，必須使GPS網(wǎng)中的獨(dú)立邊構(gòu)成一定的幾何圖形，這種幾何圖形，可以是數(shù)條GPS獨(dú)立邊構(gòu)成的非同步多邊形(非同步閉合環(huán))。如三角形，四邊形，五邊形…… 當(dāng)GPS網(wǎng)中有若干個(gè)起算點(diǎn)時(shí)，也可以是由兩個(gè)起算點(diǎn)之間的數(shù)條GPS獨(dú)立邊構(gòu)成的附合路線。GPS網(wǎng)的圖形設(shè)計(jì)也就是根據(jù)對(duì)所布設(shè)的GPS網(wǎng)的精度要求和其他方面的要求，設(shè)計(jì)出由獨(dú)立的GPS邊構(gòu)成的多邊形網(wǎng)(環(huán)形網(wǎng))。GPS控制網(wǎng)的建立與應(yīng)用常規(guī)地面測(cè)量方法建立控制網(wǎng)類似。

　　GPS控制網(wǎng)技術(shù)設(shè)計(jì)的一般原則

　　⑴充分考慮建立GPS控制網(wǎng)的應(yīng)用范圍

　　對(duì)于工程建設(shè)的GPS網(wǎng)，應(yīng)考慮勘測(cè)設(shè)計(jì)階段的需要，又要考慮施工放樣等階段的需要。對(duì)于城市GPS控制網(wǎng)，既要考慮今期建設(shè)和規(guī)劃的需要，又要考慮遠(yuǎn)期發(fā)展的需要。還可以根據(jù)具體情況，擴(kuò)展GPS控制網(wǎng)的功能。

　　⑵采用分級(jí)布網(wǎng)的方案

　　適當(dāng)?shù)姆旨?jí)布設(shè)GPS網(wǎng)，有利于根據(jù)測(cè)區(qū)的近期要求和遠(yuǎn)期發(fā)展分階段布設(shè)，而且可以使全網(wǎng)的結(jié)構(gòu)呈長(zhǎng)短邊相結(jié)合的形式。與均由短邊構(gòu)成的全網(wǎng)比較，可以減少網(wǎng)的邊緣處誤差累積，也便于GPS網(wǎng)的數(shù)據(jù)處理和成果檢驗(yàn)分階段進(jìn)行。分段布網(wǎng)是建立常規(guī)控制網(wǎng)的基本方法。因?yàn)镚PS網(wǎng)測(cè)量有許多優(yōu)越性，所以不要求GPS網(wǎng)按常規(guī)控制網(wǎng)分很多等級(jí)布設(shè)。

　　⑶具體操作

　　①選取坐標(biāo)系統(tǒng)、投影面，確定起算坐標(biāo)、起算方位角和起始邊長(zhǎng)。

　　②根據(jù)近期建設(shè)的需要和遠(yuǎn)期規(guī)劃的目標(biāo)，確定GPS網(wǎng)的控制范圍。

　　③分級(jí)布網(wǎng)。要求按GPS規(guī)范進(jìn)行觀測(cè)和數(shù)據(jù)處理。

　　④觀測(cè)精度標(biāo)準(zhǔn)：GPS觀測(cè)的空間距離的中誤差

　　作業(yè)模式

　　經(jīng)典靜態(tài)定位模式

　　⑴ 作業(yè)方法：采用兩臺(tái)(或兩臺(tái)以上)接收機(jī)設(shè)備，分別安置在一條或數(shù)條基線的兩個(gè)端點(diǎn)，同步觀測(cè)4顆以上衛(wèi)星，每時(shí)段長(zhǎng)45分鐘至2小時(shí)或更多。

　　⑵ 精度：基線的相對(duì)定位精度可達(dá)到5mm+1ppm·D，D為基線長(zhǎng)度(km)。

　　⑶ 使用范圍：建立全國(guó)性或國(guó)家大地控制網(wǎng)，建立地殼運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)網(wǎng)、建立長(zhǎng)距離檢校基線、進(jìn)行島嶼與大陸聯(lián)測(cè)、鉆井定位及精密工程控制網(wǎng)建立等。

　　⑷ 注意事項(xiàng)：所有已觀測(cè)基線應(yīng)組成一系列封閉圖形(如圖4.1)，以利于外業(yè)檢核，提高成果可靠度。并且可以通過平差，有助于進(jìn)一步提高定位精度。

　　快速靜態(tài)定位

　　⑴ 作業(yè)方法：在測(cè)區(qū)中部選擇一個(gè)基準(zhǔn)站，并安置一臺(tái)接收設(shè)備連續(xù)跟蹤所有可見衛(wèi)星;另一臺(tái)接收機(jī)依次到各點(diǎn)流動(dòng)設(shè)站，每點(diǎn)觀測(cè)數(shù)分鐘

　　⑵ 精度：流動(dòng)站相對(duì)于基準(zhǔn)站的基線中誤差為5mm+1ppm·D。

　　⑶ 應(yīng)用范圍：控制網(wǎng)的建立及其加密、工程測(cè)量、地籍測(cè)量、大批相距百米左右的點(diǎn)位定位。

　　⑷ 注意事項(xiàng)：在觀測(cè)時(shí)段內(nèi)應(yīng)確保有5顆以上衛(wèi)星可供觀測(cè);流動(dòng)點(diǎn)與基準(zhǔn)點(diǎn)相距應(yīng)不超過20km;流動(dòng)站上的接收機(jī)在轉(zhuǎn)移時(shí)，不必保持對(duì)所觀測(cè)衛(wèi)星連續(xù)跟蹤，可關(guān)閉電源以降低能耗。

　　準(zhǔn)動(dòng)態(tài)定位

　　⑴ 作業(yè)方法：在測(cè)區(qū)選擇一個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)，安置接收機(jī)連續(xù)跟蹤所有可見衛(wèi)星;將另一臺(tái)流動(dòng)接收機(jī)先置于1號(hào)站觀測(cè);在保持對(duì)所測(cè)衛(wèi)星連續(xù)跟蹤而不失鎖的情況下，將流動(dòng)接收機(jī)分別在2，3，4……各點(diǎn)觀測(cè)數(shù)秒鐘。

　　⑵ 精度：基線的中誤差約為1-2cm。

　　⑶ 應(yīng)用范圍：開闊地區(qū)的加密控制測(cè)量、工程定位及碎部測(cè)量、剖面測(cè)量及線路觀測(cè)等。

　　⑷ 注意事項(xiàng)：應(yīng)確保在觀測(cè)時(shí)段上有5顆以上衛(wèi)星可供觀測(cè);流動(dòng)點(diǎn)與基準(zhǔn)點(diǎn)距離不超過20km;觀測(cè)過程中流動(dòng)接收機(jī)不能失鎖，否則應(yīng)在失鎖的流動(dòng)點(diǎn)上延長(zhǎng)觀測(cè)時(shí)間1—2min。

　　動(dòng)態(tài)定位

　　⑴ 作業(yè)方法：建立一基準(zhǔn)點(diǎn)安置接收機(jī)連續(xù)跟蹤所有可見衛(wèi)星;流動(dòng)接收機(jī)先在出發(fā)點(diǎn)上靜態(tài)觀測(cè)數(shù)分鐘;然后流動(dòng)接收機(jī)從出發(fā)點(diǎn)開始連續(xù)運(yùn)動(dòng);按指定的時(shí)間間隔自動(dòng)測(cè)定運(yùn)動(dòng)載體的實(shí)時(shí)位置。

　　⑵ 精度：相對(duì)于基準(zhǔn)點(diǎn)的瞬時(shí)點(diǎn)為精度1—2cm。

　　⑶ 應(yīng)用范圍：精密測(cè)定運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的軌跡、測(cè)定道路的中心線、剖面測(cè)量、航道測(cè)量等。

　　⑷ 注意事項(xiàng)：需同步觀測(cè)5顆衛(wèi)星，其中至少4顆衛(wèi)星要連續(xù)跟蹤;流動(dòng)點(diǎn)與基準(zhǔn)點(diǎn)相距不超過20km。

　　實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測(cè)量

　　⑴ 作業(yè)方法：在基準(zhǔn)站上安置一臺(tái)GPS接收機(jī)，對(duì)所有可見GPS衛(wèi)星進(jìn)行連續(xù)地觀測(cè)，并將其觀測(cè)數(shù)據(jù)，通過無線電傳輸設(shè)備，實(shí)時(shí)地發(fā)送給用戶觀測(cè)站。在用戶站上，GPS接收機(jī)在接受GPS衛(wèi)星信號(hào)的同時(shí)，通過無線電接收設(shè)備，接收基準(zhǔn)站傳輸?shù)挠^測(cè)數(shù)據(jù)，然后根據(jù)相對(duì)定位的原理，實(shí)時(shí)地計(jì)算并顯示用戶站的三維坐標(biāo)及其精度。

　　⑵ 精度：定位精度可達(dá)1～2cm。

　　⑶ 應(yīng)用范圍：應(yīng)用于城市、礦山等區(qū)域性的控制測(cè)量，工程測(cè)量和地籍測(cè)量等。

　　結(jié)束語：

　　以上文字是在從事多年GPS測(cè)量工作的一些總結(jié)，對(duì)于GPS系統(tǒng)的知識(shí)和理論還有待鞏固和加深理解，由于水平有限，文中有不妥之處，請(qǐng)予指正。

　　參考文獻(xiàn)

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　　喬仰文 趙長(zhǎng)勝 夏春林 徐信君著 科學(xué)教育出版社

　　⒉《衛(wèi)星大地測(cè)量學(xué)》 王昆杰 王躍虎 李佂航著 測(cè)繪出版社

　　⒊《GPS衛(wèi)星測(cè)量原理與應(yīng)用》 周忠謨 易杰軍著 測(cè)繪出版社