摘要：近年來，隨著GPS全球定位系統(tǒng)具有精度高、性能好、適用范圍廣的特點(diǎn)，在工程測(cè)量、地形測(cè)量、大地測(cè)量和航空攝影測(cè)量等領(lǐng)域得到普遍的推廣和使用。本文主要圍繞GPS RTK、PPK、精密單點(diǎn)定位測(cè)量技術(shù)用于基礎(chǔ)測(cè)繪方面來進(jìn)行分析。本文選自：《中國民航飛行學(xué)院學(xué)報(bào)》主辦： 中國民航飛行學(xué)院，周期： 雙月，出版地：四川省廣漢市，語種： 中文，開本： 大16開，國際刊號(hào)：ISSN1009-4288，國內(nèi)刊號(hào)：CN51-1589/U，復(fù)合影響因子： 0.275，綜合影響因子： 0.150，創(chuàng)刊時(shí)間：1990，欄目設(shè)置：飛行訓(xùn)練;飛行技術(shù);航空安全;飛機(jī)維護(hù);空中交通管理;航空氣象;航空運(yùn)輸;航空電子

　　關(guān)鍵詞：GPS GPS.RTK;GPS.PPK ;精密單點(diǎn)定位; 航空攝影測(cè)量

　　Abstract: This paper mainly around the GPS RTK, PPK, precise point positioning measurement techniques are used to analyze the basic surveying and mapping.

　　Key words: GPS GPS.RTK; GPS.PPK; precise point positioning; aerial photogrammetry

　　引言

　　測(cè)繪行業(yè)在本世紀(jì)這個(gè)信息化時(shí)代占據(jù)著重要位置，其中作為信息化產(chǎn)業(yè)技術(shù)方向的一部分，在數(shù)字地球概念中扮演中扮演重要角色。GPS全球定位系統(tǒng)因具有應(yīng)用廣、精度高、性能好的優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于工程測(cè)量、航空攝影測(cè)量、大地測(cè)量和地形測(cè)量等領(lǐng)域。本文主要通過對(duì)GPS.RTK、GPS.PPK和GPS靜態(tài)測(cè)量在作業(yè)方法、應(yīng)用效果、性能特點(diǎn)及技術(shù)條件的分析，印證GPS技術(shù)在航空攝影測(cè)量中的優(yōu)越性能。

　　1、GPS在基礎(chǔ)控制網(wǎng)中的應(yīng)用

　　1.1 GPS網(wǎng)的布設(shè)

　　在布設(shè)C、D、E級(jí)控制網(wǎng)時(shí)必須執(zhí)行GB/T 18314-2009《全球定位系統(tǒng)(GPS)測(cè)量規(guī)范》。通過點(diǎn)連式或邊連式構(gòu)網(wǎng)，平均邊長不得超過規(guī)范要求。當(dāng)使用不同類型的GPS接收機(jī)同步觀測(cè)時(shí)，作業(yè)前要對(duì)不同型號(hào)的接收機(jī)進(jìn)行基線比測(cè)，以便于提高網(wǎng)的精度。

　　1.2 GPS 靜態(tài)測(cè)量

　　GPS靜態(tài)測(cè)量有快速靜態(tài)測(cè)量和常規(guī)靜態(tài)測(cè)量兩種模式，快速靜態(tài)測(cè)量是在一個(gè)已知的測(cè)站點(diǎn)安置一臺(tái)GPS接收機(jī)為基準(zhǔn)站，連續(xù)不斷的跟蹤所有的可見衛(wèi)星。移動(dòng)接收機(jī)要按順序的安置到準(zhǔn)備進(jìn)入測(cè)試的地方，每個(gè)測(cè)試站需要觀測(cè)數(shù)分鐘。而常規(guī)靜態(tài)測(cè)量需要采用兩臺(tái)或者更多的GPS接收機(jī)，分別安置在一條或者數(shù)條基線的兩端，來同步觀測(cè)四顆以上的衛(wèi)星，每個(gè)時(shí)段需要根據(jù)測(cè)量等級(jí)和基線長度觀測(cè)最少四十五分鐘。這兩種測(cè)量模式都可以用來建立平面控制網(wǎng)。使用GPS測(cè)量平面控制，可以允許點(diǎn)與點(diǎn)之間不互相通視，這樣就避免了就避免了常規(guī)測(cè)量中在控制點(diǎn)位方面的局限性。只要選擇精度與等級(jí)控制測(cè)量精度相匹配的GPS儀器，選擇符合GPS點(diǎn)位選取的控制點(diǎn)位，那么所布設(shè)GPS網(wǎng)精度就能完全滿足測(cè)量規(guī)范要求。

　　1.3 GPS靜態(tài)測(cè)量的特點(diǎn)

　　GPS靜態(tài)測(cè)量在布設(shè)控制網(wǎng)方面與常規(guī)方法相比具有以下特點(diǎn)：第一，不用監(jiān)造覘標(biāo)，選點(diǎn)靈活。因?yàn)镚PS不要求測(cè)站間相互通視所以在使用GPS進(jìn)行靜態(tài)測(cè)量時(shí)不需要覘標(biāo)，這樣就在一定程度上降低了作業(yè)成本和布網(wǎng)費(fèi)用;第二，全天候作業(yè)。不論是在什么樣的氣候條件和時(shí)間下，都能進(jìn)行GPS觀測(cè)，這樣就方便了測(cè)量作業(yè)，有助于高校、按時(shí)完成控制網(wǎng)的布設(shè);第三，測(cè)量精度高。與常規(guī)測(cè)量方法相比，GPS觀測(cè)精度明顯較高，其基線向量的相對(duì)精度一般在1/10000—1/100000000之間，一般的測(cè)量方式很難達(dá)到;第四，觀測(cè)的時(shí)間短，采用GPS布設(shè)一般等級(jí)的控制網(wǎng)，每個(gè)測(cè)站的觀測(cè)時(shí)間為，采用快速定位的方法，觀測(cè)的時(shí)間要求會(huì)更短;第五，自動(dòng)化處理和觀測(cè)。

　　1.4 GPS靜態(tài)測(cè)量的方法

　　1.4.1 外業(yè)觀測(cè)

　　先將三臺(tái)接收機(jī)分別在測(cè)站點(diǎn)上整平、對(duì)正，接著將接收機(jī)開機(jī)以便跟蹤GPS/GOLNASS衛(wèi)星的信號(hào)，在跟蹤GPS/GLONASS的同時(shí)需要在外業(yè)表格上及時(shí)記錄下儀器編號(hào)、天線高和點(diǎn)號(hào)等基本信息，接收機(jī)跟蹤衛(wèi)星為定下來后，再開始記錄觀測(cè)數(shù)據(jù)。觀測(cè)達(dá)到規(guī)定時(shí)間之后，接收機(jī)就可以停止記錄觀測(cè)數(shù)據(jù)了，關(guān)機(jī)即可。

　　1.4.2 以基線長度為依據(jù)確定靜態(tài)測(cè)量的觀測(cè)時(shí)間

　　為達(dá)到測(cè)量精度的要求，如下表所示，根據(jù)接收機(jī)類型和基線長度確定GPS靜態(tài)測(cè)量觀測(cè)的時(shí)間，具體數(shù)據(jù)如下表所示：

　　但是這種觀測(cè)方式的觀測(cè)成果容易受鎖定的作業(yè)環(huán)境、衛(wèi)星數(shù)量、及各種干擾因素的影響，可能會(huì)影響到觀測(cè)的準(zhǔn)確度，為了保證觀測(cè)效果，需要做好三方面的工作，第一，對(duì)于操作尚不熟練的用戶應(yīng)盡可能的延長設(shè)計(jì)觀測(cè)時(shí)間。第二必須按照相關(guān)的操作標(biāo)準(zhǔn)選取觀測(cè)時(shí)間。第三，單頻接收機(jī)最好不要觀測(cè)長度超過15KM的基線。

　　2、GPS.RTK GPS.PPK測(cè)量技術(shù)的應(yīng)用

　　2.1 GPS.RTK測(cè)量技術(shù)的基本特點(diǎn)

　　GPS.RTK測(cè)量技術(shù)是指載波相位實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)差分(Real—Time Kinematic)，是GPS定位的最新技術(shù)。GPS.RTK技術(shù)系統(tǒng)配置是由移動(dòng)站接收機(jī)和基礎(chǔ)站接收機(jī)兩個(gè)部分組成。移動(dòng)站接收機(jī)在跟蹤GPS衛(wèi)星信號(hào)的同時(shí)接受來自基準(zhǔn)站的數(shù)據(jù)，通過OTF(On The Fly)算法快速求解載波相位整周模糊度，以獲得所在點(diǎn)相對(duì)與基準(zhǔn)點(diǎn)的精度指標(biāo)和坐標(biāo)。基準(zhǔn)站接收機(jī)安置在有已知坐標(biāo)如果地勢(shì)高的話也可以沒有已知坐標(biāo)的參考點(diǎn)上，連續(xù)收聽所有可視GPS衛(wèi)星信號(hào)，并通過數(shù)據(jù)鏈將觀測(cè)值、接收機(jī)工作狀態(tài)、衛(wèi)星跟蹤狀態(tài)及測(cè)站的坐標(biāo)發(fā)送出去。

　　2.2 基準(zhǔn)站的建立

　　順利進(jìn)行RTK的關(guān)鍵在與基準(zhǔn)站的設(shè)置，所以一定要注意選址，首先必須避免強(qiáng)烈的無線電干擾;其次站址附近應(yīng)盡量減少GPS信號(hào)反射物如大性建筑物或者大面積的水域，這樣是為了預(yù)防多路徑效應(yīng)及數(shù)據(jù)鏈丟失的不良后果;還有一點(diǎn)就是數(shù)據(jù)鏈電臺(tái)發(fā)射天線和基準(zhǔn)站站址必須具有一定的高度。

　　2.3 GPS.RTK技術(shù)的操作技巧

　　首先將基準(zhǔn)站設(shè)在制高點(diǎn)上，控制點(diǎn)作業(yè)應(yīng)該小于RTK有效作業(yè)半徑的2/3倍。為了避免出面作業(yè)盲點(diǎn)和有效對(duì)RTK測(cè)量成果進(jìn)行控制檢核，可以在測(cè)試環(huán)境不好的地方增加基準(zhǔn)站。其次，把第一個(gè)施測(cè)觀戰(zhàn)點(diǎn)定為已知點(diǎn)，以檢核第一個(gè)RTK的測(cè)試結(jié)果準(zhǔn)確與否。而且在進(jìn)行RTK測(cè)量時(shí)首先要進(jìn)行檢核，以便發(fā)現(xiàn)輸入的坐標(biāo)系統(tǒng)。控制點(diǎn)坐標(biāo)和設(shè)置參數(shù)是否正確。第三是對(duì)于由于接收衛(wèi)星的狀態(tài)不良等原因而造成的盲點(diǎn)地區(qū)，為用全站儀補(bǔ)充測(cè)量，應(yīng)該在盲點(diǎn)周圍加測(cè)控制點(diǎn)。

　　2.4 GPS.PPK測(cè)量技術(shù)的特點(diǎn)

　　GPS.PPK是在沒有電臺(tái)信號(hào)或電臺(tái)信號(hào)較差的情況下，對(duì)所求點(diǎn)進(jìn)行靜態(tài)觀測(cè)，把數(shù)據(jù)進(jìn)行后處理。基準(zhǔn)站必須在RTK.INFOR或PPK形式下啟動(dòng)，各項(xiàng)菜單選項(xiàng)必須設(shè)置正確。GPS.PPK和GPS.RTK的區(qū)別在于基站是否記錄數(shù)據(jù)。

　　2.5 GPS.RTK和GPS.PPK技術(shù)的優(yōu)勢(shì)

　　GPS.RTK技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)體現(xiàn)在四個(gè)方面，第一是定位精準(zhǔn)，數(shù)據(jù)安全可靠，無誤差積累。在滿足RTK的基本工作的前提下，RTK的精度就能達(dá)到厘米級(jí);第二對(duì)外在環(huán)境的要求低，由于RTK受能見度、季節(jié)、氣候和通視條件等的影響比較小，只要滿足一些基本條件，RTK就能快速的進(jìn)行高精度定位作業(yè)。第三是工作效率高而且操作簡單，這樣就大大減少了傳統(tǒng)測(cè)量儀器的搬站次數(shù)和所需要的控制點(diǎn)數(shù)量，在一定程度上提高了勞動(dòng)效率。而且RTK技術(shù)設(shè)備操作簡單，在內(nèi)業(yè)進(jìn)行數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、輸入、轉(zhuǎn)換、處理和輸出方面的能力比較強(qiáng)，同時(shí)能方便的和計(jì)算機(jī)通信。

　　3、GPS精密單點(diǎn)定位技術(shù)的實(shí)踐

　　3.1在航測(cè)外業(yè)用精密單點(diǎn)定位技術(shù)做像控點(diǎn)可以大大提高工作效率。GPS精密單點(diǎn)定位一般是采用單臺(tái)雙頻GPS接收機(jī)，利用IGS提供的精密星歷和衛(wèi)星鐘差，基于載波相位觀測(cè)值進(jìn)行的高精度定位。觀測(cè)值中的電離層延遲誤差通過雙頻信號(hào)組合消除，對(duì)流層延遲誤差通過引入未知參數(shù)進(jìn)行估算。其定位計(jì)算的主要過程包括：觀測(cè)數(shù)據(jù)的預(yù)處理;精密星歷和精密衛(wèi)星鐘差擬合成軌道多項(xiàng)式(精密單點(diǎn)定位鐘，要求衛(wèi)星軌道精度達(dá)到cm級(jí)水平，衛(wèi)星鐘差改正精度達(dá)到亞ns級(jí)水平);各項(xiàng)誤差的模型改正及參數(shù)估計(jì)等。

　　3.2數(shù)據(jù)處理軟件：Bernese軟件是瑞士伯爾尼大學(xué)研發(fā)的GNSS處理軟件，能滿足高要求、高精度、高靈活性的GNSS數(shù)據(jù)處理;有準(zhǔn)確的數(shù)學(xué)模型、詳細(xì)的計(jì)算過程參數(shù)控制、強(qiáng)大的自動(dòng)批處理等。

　　4、GPS對(duì)于高程問題的解決

　　隨著全疆高精度區(qū)域似大地水準(zhǔn)的確定，實(shí)現(xiàn)了高效的衛(wèi)星定位取代高價(jià)低效的直接水準(zhǔn)測(cè)量，是傳統(tǒng)測(cè)繪技術(shù)向高新測(cè)繪技術(shù)的升級(jí)、與國家空間信息科學(xué)技術(shù)發(fā)展戰(zhàn)略一致的創(chuàng)造性成果。GPS定位技術(shù)可以快速獲取地面點(diǎn)的海拔高程，其精度可滿足等級(jí)水準(zhǔn)的精度要求，實(shí)現(xiàn)高程測(cè)定模式的現(xiàn)代化轉(zhuǎn)變。高程異常值的數(shù)據(jù)確定更容易獲取，精度可以達(dá)到±15CM，在兩年的的實(shí)踐中得到了驗(yàn)證。全疆CORS站在2012年也要建站完成，為推廣高精度似大地水準(zhǔn)面的成果的應(yīng)用提供了基礎(chǔ)平臺(tái)。

　　GPS測(cè)量技術(shù)在航測(cè)外業(yè)中是最快捷、最先進(jìn)的技術(shù)，提高了作業(yè)效率，相對(duì)傳統(tǒng)的作業(yè)方法、作業(yè)手段和內(nèi)外作業(yè)程序產(chǎn)生了根本性的變革。

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