第十二章全球定位系統(tǒng)與地籍測(cè)量

1、第十二章 全球定位系統(tǒng)與地籍測(cè)量 第一節(jié) 概 述一、GPS定位技術(shù)的興起及其特點(diǎn)美國國防部于1973年批準(zhǔn)陸?？杖姽餐兄菩乱淮l(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，全稱為“授時(shí)與測(cè)距導(dǎo)航系統(tǒng)全球定位系統(tǒng)”(Navigation Timing and Ranging /Global Positioning System)，簡(jiǎn)稱為“全球定位系統(tǒng)(GPS)”。GPS整個(gè)發(fā)展計(jì)劃分三個(gè)階段實(shí)施：第一階段(19731978年)進(jìn)行方案論證、理論研究和總體設(shè)計(jì)；第二階段(19781988年)進(jìn)行工程研制，主要是發(fā)射GPS試驗(yàn)性衛(wèi)星，檢驗(yàn)GPS系統(tǒng)的基本性能；第三階段(19891993年)進(jìn)行實(shí)用組網(wǎng)。整個(gè)計(jì)劃耗時(shí)20年，投資

2、300億美元，是繼阿波羅登月、航天飛機(jī)之后的第三大空間工程。GPS定位技術(shù)的發(fā)展，對(duì)于傳統(tǒng)的測(cè)量技術(shù)是一次巨大的沖擊。它一方面使經(jīng)典的測(cè)量理論和方法產(chǎn)生了深刻的變革，另一方面也進(jìn)一步加強(qiáng)了測(cè)繪科學(xué)與其他學(xué)科之間的相互滲透，從而促進(jìn)測(cè)繪科學(xué)技術(shù)的現(xiàn)代化發(fā)展。與傳統(tǒng)的測(cè)量技術(shù)相比，GPS定位技術(shù)有以下特點(diǎn)：(1) 觀測(cè)站之間無需通視。傳統(tǒng)測(cè)量要求測(cè)站點(diǎn)之間既要保持良好的通視條件，又要保障三角網(wǎng)的良好結(jié)構(gòu)。GPS測(cè)量不要求觀測(cè)站之間相互之間通視，這一優(yōu)點(diǎn)既可大大減少測(cè)量工作的經(jīng)費(fèi)和時(shí)間，同時(shí)也使點(diǎn)位的選擇變得甚為靈活。GPS測(cè)量雖不要求觀測(cè)站之間相互通視，但必須保持觀測(cè)站的上空開闊，以使接收GPS衛(wèi)

3、星的信號(hào)不受干擾。(2) 定位精度高?，F(xiàn)已完成的大量實(shí)驗(yàn)表明，在小于50km的基線上，其相對(duì)定位精度可達(dá)10-6210-6，而在100500km的基線上可達(dá)10-610-7。隨著觀測(cè)技術(shù)與數(shù)據(jù)處理方法的改善，可望在大于1000km的距離上，相對(duì)定位精度達(dá)到或優(yōu)于10-8。(3) 觀測(cè)時(shí)間短。目前，利用經(jīng)典靜態(tài)定位方法，完成一條基線的相對(duì)定位所需要的觀測(cè)時(shí)間，根據(jù)要求的精度不同，一般約為13h。快速相對(duì)定位法，其觀測(cè)時(shí)間僅需數(shù)分鐘至十幾分鐘。(4) 操作簡(jiǎn)便。GPS測(cè)量的自動(dòng)化程度很高，在觀測(cè)中測(cè)量員的主要任務(wù)只是安裝并開關(guān)儀器、量取儀器高和監(jiān)視儀器的工作狀態(tài)和采集環(huán)境的氣象數(shù)據(jù)，而其他觀測(cè)工作

4、，如衛(wèi)星的捕獲、跟蹤觀測(cè)等均由儀器自動(dòng)完成。另外，GPS用戶接收機(jī)一般重量較輕、體積較小，因此攜帶和搬運(yùn)都很方便。(5) 全天候作業(yè)。GPS觀測(cè)工作可以在任何地點(diǎn)、任何時(shí)間連續(xù)地進(jìn)行，一般也不受天氣狀況的影響。GPS已經(jīng)廣泛滲透到了經(jīng)濟(jì)建設(shè)和科學(xué)技術(shù)的許多領(lǐng)域，極大地促進(jìn)了地籍測(cè)繪工作的進(jìn)步。它不僅使地籍測(cè)繪的工作方式發(fā)生了根本性的變革，也大大提高了地籍測(cè)繪的工作效率，拓寬了地籍測(cè)繪的服務(wù)范圍。另外，前蘇聯(lián)自1978年開始發(fā)射自己的全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(GLONASS)試驗(yàn)衛(wèi)星，在20世紀(jì)90年代中期建成GLONASS工作衛(wèi)星，星座由21顆工作衛(wèi)星和3顆備用衛(wèi)星組成，均分布在三個(gè)軌道平面上。歐洲空

5、間局(ESA)正在籌建民用導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)，包括在赤道平面的6顆同步衛(wèi)星和12顆高橢圓軌道衛(wèi)星的混合衛(wèi)星星座。我國也建立了雙星定位系統(tǒng)，由2顆同步衛(wèi)星確定平面位置的導(dǎo)航系統(tǒng)。第二節(jié) GPS全球定位系統(tǒng)定位技術(shù)* 一、GPS定位的基本原理(一) 基本原理地面接收機(jī)可以在任何地點(diǎn)、任何位置、任何氣象條件下進(jìn)行連續(xù)觀測(cè)，并且在時(shí)鐘的控制下，測(cè)出衛(wèi)星信號(hào)到達(dá)接收機(jī)的時(shí)間t，進(jìn)而確定衛(wèi)星與接收機(jī)之間的距離: 式中，為信號(hào)傳播速度，為有關(guān)的改正數(shù)之和。GPS定位就是把衛(wèi)星看成是移動(dòng)的控制點(diǎn)，根據(jù)測(cè)量的星站距離進(jìn)行空間距離后方交會(huì)，確定地面接收機(jī)的位置。圖12-3 GPS定位的基本原理如圖12-3所示，A、B、

6、C為已知瞬時(shí)位置的衛(wèi)星點(diǎn)，接收機(jī)的位置坐標(biāo)可由下式計(jì)算：式中：xA，yA，zA為A點(diǎn)的空間直角坐標(biāo)；xB，yB，zB為B點(diǎn)的空間直角坐標(biāo)；xC，yC，zC為C點(diǎn)的空間直角坐標(biāo)。(二) 偽距法定位原理衛(wèi)星根據(jù)自己的星載時(shí)鐘發(fā)出含有測(cè)距碼的調(diào)制信號(hào)，經(jīng)過時(shí)間的傳播后到達(dá)接收機(jī)，此時(shí)接收機(jī)的偽隨機(jī)噪聲碼發(fā)生器在本機(jī)時(shí)鐘的控制下，又產(chǎn)生一個(gè)與衛(wèi)星發(fā)射的測(cè)距碼結(jié)構(gòu)完全相同的“復(fù)制碼”。通過機(jī)內(nèi)的可調(diào)延時(shí)器將復(fù)制碼延遲時(shí)間，使得復(fù)制碼與接收到的測(cè)距碼“對(duì)齊”。在理想情況下，時(shí)延就等于衛(wèi)星信號(hào)的傳播時(shí)間，將傳播速度c乘以時(shí)延，就可以求得衛(wèi)星至接收機(jī)的距離： (12-1)考慮到衛(wèi)星時(shí)鐘和接收機(jī)時(shí)鐘不同步的影響

7、、電離層(高度在501000km的大氣層)和對(duì)流層(高度在50km以下的大氣層)對(duì)傳播速度的影響，所以稱作偽距。真正距離和偽距之間的關(guān)系式： (12-2)式中：，分別表示電離層和對(duì)流層的折射改正；，分別表示衛(wèi)星時(shí)鐘的鐘差改正和接收機(jī)的鐘差改正。(三) 載波相位測(cè)量法定位原理(差分法)載波相位測(cè)量的觀測(cè)量是GPS接收機(jī)所接收的衛(wèi)星載波信號(hào)與接收機(jī)本振參考信號(hào)的相位差。以表示k接收機(jī)在接收機(jī)鐘面時(shí)刻時(shí)所接收到的j衛(wèi)星載波信號(hào)的相位值，表示接收機(jī)在鐘面時(shí)刻所產(chǎn)生的本地參考信號(hào)的相位值，則k接收機(jī)在接收機(jī)鐘面時(shí)刻時(shí)觀測(cè)j衛(wèi)星所取得的相位觀測(cè)量為： (12-3)接收機(jī)與觀測(cè)衛(wèi)星的距離為： (12-4)通

8、常的相位或相位差測(cè)量只是測(cè)出一周以內(nèi)的相位值，實(shí)際測(cè)量中，如果對(duì)整周進(jìn)行計(jì)數(shù)，則自某一初始取樣時(shí)刻()以后就可以取得連續(xù)的相位測(cè)量值。如圖12-4，在初始時(shí)刻，測(cè)得小于一周的相位差為，其整周數(shù)為，此時(shí)包含整周數(shù)的相位觀測(cè)值應(yīng)為：接收機(jī)繼續(xù)跟蹤衛(wèi)星信號(hào)，不斷測(cè)得小于一周的相位差，并利用整波計(jì)數(shù)器記錄從到時(shí)間內(nèi)的整周數(shù)變化量，只要衛(wèi)星從到之間信號(hào)沒有中斷，則初始時(shí)刻整周模糊度就為一常數(shù)，這樣，任一時(shí)刻衛(wèi)星到k接收機(jī)的相位差為：。圖12-4 載波相位測(cè)量原理(四) 相對(duì)定位的原理相對(duì)定位是用兩臺(tái)接收機(jī)分別安置在基線兩端，同步觀測(cè)相通的GPS衛(wèi)星，確定基線端點(diǎn)的相對(duì)位置或坐標(biāo)差。若已知其中一點(diǎn)坐標(biāo)后，

9、可求得另一點(diǎn)坐標(biāo)。同樣，多臺(tái)接收機(jī)安置在多條基線上同步觀測(cè)相通衛(wèi)星，可以確定多條基線向量。在兩個(gè)觀測(cè)站或多個(gè)觀測(cè)站同步觀測(cè)相同衛(wèi)星的情況下，衛(wèi)星的軌道誤差、衛(wèi)星鐘差、接收機(jī)鐘差以及電離層和對(duì)流層的折射誤差等觀測(cè)量的影響具有一定的相關(guān)性。利用這些觀測(cè)量的不同組合(求差)進(jìn)行相對(duì)定位，可有效地消除或減弱相關(guān)誤差的影響，提高相對(duì)定位的精度。假設(shè)安置在基線端點(diǎn)的接收機(jī)T(i=1,2)，對(duì)GPS衛(wèi)星和,于歷元和進(jìn)行了同步觀測(cè)，則可得以下獨(dú)立的載波相位觀測(cè)量：，。在靜態(tài)相對(duì)定位中，目前普遍應(yīng)用的重要組合形式有單差、雙差和三差。圖12-5 GPS相對(duì)定位原理單差，即不同觀測(cè)站同步觀測(cè)相同衛(wèi)星所得觀測(cè)量之差。

10、其表達(dá)形式為： (12-5)雙差，即不同觀測(cè)站同步觀測(cè)同一組衛(wèi)星所得單差之差。其表達(dá)形式為： (12-6)三差，即于不同歷元同步觀測(cè)同一組衛(wèi)星所得觀測(cè)量的雙差之差。其表達(dá)形式為： (12-7)二、靜態(tài)相對(duì)GPS定位技術(shù)近年來，由于GPS測(cè)量數(shù)據(jù)處理軟件系統(tǒng)的發(fā)展，使得確定兩點(diǎn)之間的相對(duì)位置有多種作業(yè)方式可供選擇。在地籍測(cè)量中，主要根據(jù)GPS硬件和軟件條件、測(cè)量目的、精度要求以及觀測(cè)條件等確定不同的作業(yè)方式。目前，地籍測(cè)量中應(yīng)用的靜態(tài)GPS測(cè)量作業(yè)方式主要有經(jīng)典靜態(tài)測(cè)量和快速靜態(tài)測(cè)量兩種。(一) 經(jīng)典靜態(tài)相對(duì)定位該作業(yè)方式是采用兩套(或兩套以上)接收設(shè)備，分別安置在一條(或數(shù)條)基線的端點(diǎn)，同步

11、觀測(cè)4顆以上衛(wèi)星，每時(shí)段長45min至2h或更長。這種作業(yè)模式所觀測(cè)過的基線邊，應(yīng)構(gòu)成某種閉合圖形，以便于觀測(cè)成果的檢核，提高成果的可靠性和GPS網(wǎng)平差后的精度?；€長度可由20km至幾百公里?；€的相對(duì)定位精度可達(dá)5mm十10-6D，D為基線長度(km)。經(jīng)典靜態(tài)相對(duì)定位作業(yè)方式適用于建立全球性或國家級(jí)大地控制網(wǎng)，建立地殼運(yùn)動(dòng)或工程變形監(jiān)測(cè)網(wǎng)，建立長距離檢校基線，進(jìn)行島嶼與大陸聯(lián)測(cè)以及精密定位。圖12-6經(jīng)典靜態(tài)相對(duì)定位 圖12-7快速靜態(tài)定位(二) 快速靜態(tài)定位該作業(yè)方式是在測(cè)區(qū)的中部選擇一個(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，每個(gè)點(diǎn)上觀測(cè)數(shù)分鐘

12、至十幾分鐘。該作業(yè)模式要求在觀測(cè)時(shí)段中，必須有5顆衛(wèi)星可供觀測(cè)，同時(shí)流動(dòng)站與基準(zhǔn)站相距不超過15km。接收機(jī)在流動(dòng)站之間移動(dòng)時(shí)，不必保持對(duì)所測(cè)衛(wèi)星的連續(xù)跟蹤，因而可關(guān)閉電源以降低能耗。該模式作業(yè)速度快、精度高。流動(dòng)站相對(duì)于基準(zhǔn)站的基線中誤差為5mm+10-6D。缺點(diǎn)是二臺(tái)接收機(jī)工作時(shí)，構(gòu)不成閉合圖形，可靠性較差?？焖凫o態(tài)定位作業(yè)方式適用于控制測(cè)景及其加密；工程測(cè)量、地籍測(cè)量及大批百米左右的點(diǎn)位定位。三、動(dòng)態(tài)相對(duì)GPS定位技術(shù)目前，地籍測(cè)量中應(yīng)用的相對(duì)動(dòng)態(tài)GPS測(cè)量技術(shù)主要有實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)(RTK)、常規(guī)差分GPS和PPK、廣域差分GPS。(一) 實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)(RTK)測(cè)量技術(shù)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)(Real Time

13、 KinematicRTK)測(cè)量技術(shù)是以載波相位測(cè)量為根據(jù)的實(shí)時(shí)差分GPS測(cè)量技術(shù)，是GPS測(cè)量技術(shù)發(fā)展中的一個(gè)突破。其他的GPS作業(yè)模式觀測(cè)數(shù)據(jù)需在測(cè)后處理，不僅無法實(shí)時(shí)地給出觀測(cè)站的定位結(jié)果，而且也無法對(duì)基準(zhǔn)站和用戶觀測(cè)數(shù)據(jù)的質(zhì)量進(jìn)行實(shí)時(shí)地檢核；而實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)GPS測(cè)量是在基準(zhǔn)站上安置一臺(tái)GPS接收機(jī)，對(duì)所有可見的GPS衛(wèi)星進(jìn)行連續(xù)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。在用戶觀測(cè)站上，GPS接收機(jī)在接收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。RTK測(cè)量技術(shù)為GPS測(cè)量工作的可靠

14、性和高效率提供了保障，對(duì)GPS測(cè)量技術(shù)的發(fā)展和普及具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。根據(jù)用戶的要求，目前實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測(cè)量采用的作業(yè)模式主要有快速靜態(tài)測(cè)量、準(zhǔn)動(dòng)態(tài)測(cè)量、動(dòng)態(tài)測(cè)量。(二) 常規(guī)差分GPS測(cè)量技術(shù)和PPK測(cè)量技術(shù)常規(guī)差分GPS和PPK同屬于偽距差分技術(shù)。常規(guī)差分GPS是在某一已知位置建立一個(gè)參考站，在參考站上計(jì)算所有可見衛(wèi)星的偽距改正數(shù)和改正數(shù)變化率，并將這些改正信息發(fā)布給附近用戶，用戶利用這些信息修正自己接收的觀測(cè)偽距，從而提高定位精度。常規(guī)差分GPS的定位精度與用戶至參考站的距離有關(guān)，精度的衰減率為1cm/km，在50km之內(nèi)，定位精度優(yōu)于1m。PPK(Post-Processing Kinema

15、tic)模式是最早的GPS動(dòng)態(tài)差分技術(shù)方式，其定位原理類似于常規(guī)差分GPS，只是采用數(shù)據(jù)后處理，在參考站和流動(dòng)站之間不需要建立無線電通訊數(shù)據(jù)鏈。它的缺點(diǎn)和常規(guī)差分GPS一樣，定位的精度受參考站和流動(dòng)站之間的距離限制。(三) 廣域差分GPS測(cè)量技術(shù)常規(guī)差分GPS技術(shù)只能用于局部區(qū)域。當(dāng)用戶與參考站之間的距離增加時(shí)，空間相關(guān)開始減弱，定位精度明顯下降。在廣域差分GPS中，偽距的定位誤差分為三大類，即軌道誤差、衛(wèi)星鐘差和電離層誤差；根據(jù)大區(qū)域內(nèi)若干個(gè)GPS參考站的觀測(cè)資料和位置信息，聯(lián)合解算出每個(gè)衛(wèi)星的衛(wèi)星鐘差、軌道改正數(shù)、電離層改正數(shù)，然后將這些改正數(shù)發(fā)送給覆蓋范圍內(nèi)的用戶，用戶利用這些改正信息修

16、正觀測(cè)偽距，可以提高定位精度。這種定位方式打破了常規(guī)差分GPS中精度與距離的依賴關(guān)系，在參考站數(shù)千公里之外，仍然能夠達(dá)到24m的定位精度，所以，在全國或省級(jí)土地動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)中，這項(xiàng)定位技術(shù)大有作為。廣域差分GPS系統(tǒng)主要由控制站、監(jiān)測(cè)站、通訊鏈和用戶組成。各監(jiān)測(cè)站裝備高質(zhì)量的GPS接收機(jī)和時(shí)鐘，將可見衛(wèi)星的觀測(cè)數(shù)據(jù)發(fā)送到控制站，控制站根據(jù)已知的監(jiān)測(cè)站位置和觀測(cè)數(shù)據(jù)，分別計(jì)算出衛(wèi)星的軌道改正、衛(wèi)星鐘差改正和電離層延時(shí)改正模型，然后，將這些信息發(fā)布給用戶，用戶使用這些信息修正觀測(cè)到的GPS數(shù)據(jù)，計(jì)算出最后的定位結(jié)果。具體的工作流程如下：(1) 測(cè)站接收可見衛(wèi)星的偽距和相位觀測(cè)值；(2) 偽距和相位觀測(cè)

17、值發(fā)送到控制站(或中心)；(3) 控制中心計(jì)算改正數(shù)向量；(4) 改正數(shù)向量發(fā)送給用戶；(5) 用戶使用改正信息和觀測(cè)到的偽距，計(jì)算位置。廣域差分GPS改正信息的發(fā)布可以采用通信衛(wèi)星、FM載波或其他合適的廣播系統(tǒng)，廣播格式可以采用國際通行的RTCM格式。廣域差分GPS系統(tǒng)可以為覆蓋區(qū)域內(nèi)的用戶提供23m的定位精度，也就是說，系統(tǒng)仍然受到殘余誤差的影響。具體而言，這些誤差包括軌道誤差、衛(wèi)星鐘差、電離層延時(shí)、對(duì)流層延時(shí)、接收機(jī)噪聲、多路徑效應(yīng)。為了減小接收機(jī)噪聲的影響，可以平均多個(gè)觀測(cè)值；采用相位平滑偽距的方式可以降低多路徑的影響。四、新的GPS定位技術(shù)“實(shí)時(shí)高精度”一直是GPS定位技術(shù)的發(fā)展方向

18、。2000年在加拿大的多倫多，國際GPS服務(wù)組織(International GPS ServiceIGS)的年度研討會(huì)正式提出了“IGS實(shí)時(shí)化”的方向，為此IGS加快了產(chǎn)品服務(wù)的更新時(shí)間。如今，IGS提供的衛(wèi)星星歷已經(jīng)每12h更新一次，部分IGS分析預(yù)報(bào)中心已經(jīng)有能力每3小時(shí)更新一次，預(yù)計(jì)到今年底，IGS正式提供3h預(yù)報(bào)星歷。另外，美國噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室(JPL)已經(jīng)建立實(shí)時(shí)的全球IGS永久跟蹤站，其他IGS數(shù)據(jù)中心也開始建立這樣的跟蹤站。隨著這些實(shí)時(shí)IGS站的建立，未來IGS提供產(chǎn)品的速度必將加快，這將極大地刺激實(shí)時(shí)高精度GPS技術(shù)的研究和應(yīng)用推廣。近幾年，在高精度GPS定位技術(shù)方面出現(xiàn)了兩種

19、新的定位方法，它們是網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)和精密單點(diǎn)定位技術(shù)。隨著這兩項(xiàng)新技術(shù)的不斷完善和人們對(duì)它們的逐步了解，其應(yīng)用范圍將逐漸擴(kuò)大，其大規(guī)模的應(yīng)用將改變?cè)械脑S多GPS作業(yè)模式，大大提高GPS測(cè)量的工作效率和定位精度。(一) 網(wǎng)絡(luò)RTK在RTK定位系統(tǒng)中，受到數(shù)據(jù)通訊鏈的限制，作用距離一般為10km左右。但是，如果數(shù)據(jù)發(fā)射設(shè)備的功率足夠大，作用的距離大于30km，RTK定位系統(tǒng)仍然不能正常工作，其原因主要是整周模糊度參數(shù)不能快速確定。因?yàn)殡S著參考站和流動(dòng)站之間的距離增加，軌道誤差和電離層延時(shí)誤差等空間相關(guān)性降低，模糊度參數(shù)的整周特性也降低，增加了固定整周模糊度的難度，有時(shí)甚至不能固定。網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)

20、也稱“虛擬參考站技術(shù)”(Virtual Reference Station VRS)。20世紀(jì)90年代后期，GPS長距離快速精密定位方法出現(xiàn)突破，根據(jù)大區(qū)域多個(gè)GPS觀測(cè)站的數(shù)據(jù)，衛(wèi)星軌道誤差和大氣折射誤差可以得到消除或消弱，模糊度的整周特性得到加強(qiáng)，導(dǎo)致了網(wǎng)絡(luò)RTK系統(tǒng)的產(chǎn)生和發(fā)展。網(wǎng)絡(luò)RTK系統(tǒng)最為重要的功能是長距離高精度快速動(dòng)態(tài)定位。其核心思想是：根據(jù)用戶的位置，系統(tǒng)生成一個(gè)觀測(cè)值，如同在用戶附近有一個(gè)虛擬的觀測(cè)站；用戶根據(jù)該觀測(cè)值，采用常規(guī)的RTK方法，就能實(shí)現(xiàn)精密定位。1. 網(wǎng)絡(luò)RTK定位系統(tǒng)的組成網(wǎng)絡(luò)RTK定位系統(tǒng)由以下幾個(gè)部分組成：(1) 基準(zhǔn)站單元：GPS衛(wèi)星定位數(shù)據(jù)和氣象數(shù)據(jù)

21、跟蹤、采集、傳輸和設(shè)備完好性監(jiān)測(cè)。(2) 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)：采用無線或有線方式，把基準(zhǔn)站GPS觀測(cè)數(shù)據(jù)和氣象數(shù)據(jù)傳輸至監(jiān)控分析中心。(3) 監(jiān)控分析中心：數(shù)據(jù)處理、系統(tǒng)管理、服務(wù)提供。(4) 數(shù)據(jù)發(fā)播系統(tǒng)：采用互連網(wǎng)、GSM或FM等方式，把原始GPS數(shù)據(jù)或差分改正信息發(fā)送給用戶。(5) 用戶應(yīng)用系統(tǒng)：根據(jù)用戶需求進(jìn)行不同精度的定位。網(wǎng)絡(luò)RTK系統(tǒng)是一個(gè)綜合的多功能定位服務(wù)系統(tǒng)，根據(jù)基準(zhǔn)站的分布，其作用區(qū)域可以覆蓋一個(gè)城市或一個(gè)行政區(qū)劃、甚至一個(gè)國家和地區(qū)。2. 網(wǎng)絡(luò)RTK定位系統(tǒng)提供的定位服務(wù)(1) 實(shí)時(shí)應(yīng)用。以FMHDS 技術(shù)或UHF/VHF作為主要的通信手段，其應(yīng)用如下：實(shí)時(shí)厘米級(jí)精度定位測(cè)量

22、，技術(shù)上依靠高精度的載波相位差分實(shí)現(xiàn)(簡(jiǎn)稱RTK)，主要用于城市實(shí)時(shí)控制測(cè)量，實(shí)時(shí)小區(qū)域大中比例尺測(cè)圖與修測(cè)、工程放樣和工程監(jiān)測(cè)。亞米級(jí)(分米量級(jí)的)精度定位測(cè)量，主要適合于GIS更新或相應(yīng)工程應(yīng)用。15米級(jí)差分精度定位測(cè)量，技術(shù)上主要依靠偽距差分實(shí)現(xiàn)(偽距差分)，主要服務(wù)對(duì)象是船舶、車輛導(dǎo)航和車輛監(jiān)控用戶。(2) 事后應(yīng)用。以Internet 作為主要的數(shù)據(jù)傳輸手段，其應(yīng)用如下：毫米或亞厘米量級(jí)定位測(cè)量，由監(jiān)控分析中心提供高精度的載波相位差分?jǐn)?shù)據(jù)，用戶依靠自身軟件進(jìn)行事后或準(zhǔn)實(shí)時(shí)處理得到毫米量級(jí)的精密定位。主要服務(wù)于精密控制、變形監(jiān)測(cè)和精密工程建設(shè)。米級(jí)和亞米級(jí)事后差分，主要用于事后GIS數(shù)

23、據(jù)更新，如道路更新、城市管線測(cè)量等等。厘米級(jí)快速事后靜態(tài)定位，主要應(yīng)用于某些工程。所以，在一個(gè)城市建立網(wǎng)絡(luò)RTK系統(tǒng)，基本上能夠滿足各種精度要求的定位服務(wù)。系統(tǒng)本身提供的定位服務(wù)種類，也涵蓋了目前所有的GPS測(cè)量手段，如差分GPS定位、靜態(tài)定位、RTK定位等。(二) 精密單點(diǎn)定位精密單點(diǎn)定位技術(shù)是1997年之后出現(xiàn)的新的定位技術(shù)，定位原理如同單點(diǎn)定位，采用雙頻載波相位觀測(cè)值，需要外部提供精密的軌道和衛(wèi)星鐘差。精密單點(diǎn)定位技術(shù)(Precise Point-Positioning-PPP)，也稱PPP技術(shù)。該技術(shù)由美國噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室(JPL)的Zumberge于1997年提出。20世紀(jì)90年代末，

24、由于全球GPS跟蹤站的數(shù)量急劇上升，全球GPS數(shù)據(jù)處理工作量不斷增加，計(jì)算時(shí)間呈指數(shù)上升。為了解決這個(gè)問題，作為國際GPS服務(wù)組織(IGS)的一個(gè)數(shù)據(jù)分析中心，JPL提出了這一方法，用于非核心GPS站的數(shù)據(jù)處理。該技術(shù)的思路非常簡(jiǎn)單，在GPS定位中，主要的誤差來源于三類，即軌道誤差、衛(wèi)星鐘差和電離層延時(shí)。如果采用雙頻接收機(jī)，可以利用LC相位組合，消除電離層延時(shí)的影響。這樣，定位誤差只有軌道誤差和衛(wèi)星鐘差兩類。如果能夠提供精確的衛(wèi)星軌道和衛(wèi)星鐘差，利用觀測(cè)得到的相位值，就能精確地計(jì)算出接收機(jī)位置、對(duì)流層延時(shí)等信息。假設(shè)LC的觀測(cè)方程如下： (12-8)其中：式中，和為相位觀測(cè)值，單位為m；和為頻

25、率，和為模糊度參數(shù)，c為光速，dT和dt為接收機(jī)和衛(wèi)星鐘差參數(shù)，為對(duì)流層延時(shí)，為星站間的幾何距離，包含衛(wèi)星和接收機(jī)的位置、地球自轉(zhuǎn)參數(shù)等。如果選擇地心地固系表示衛(wèi)星軌道，計(jì)算時(shí)采用的參考框架同為地心地固系，可以消去觀測(cè)方程中的地球自轉(zhuǎn)參數(shù)。于是，幾何距離可以表示為： (12-9)式中，XS ，YS ，ZS是衛(wèi)星在地心地固坐標(biāo)系中的位置，XU ，YU，ZU是接收機(jī)在地心地固坐標(biāo)系的位置數(shù)據(jù)。如果給出XU ，YU，ZU的近似值X0，Y0，Z0，線性化后得到： (12-10)式中，為接收機(jī)坐標(biāo)的改正數(shù)，為近似幾何距離，為系數(shù)，它們的定義分別如下：如果衛(wèi)星的軌道和精密鐘差已知，將式(12-10)代入到

26、式(12-8)并寫成矩陣形式后，得： (12-11)式中，V為殘差；A為系數(shù)矩陣，L為常數(shù)項(xiàng)，x為位置數(shù)向量，其定義分別為：如果有多個(gè)觀測(cè)歷元，每個(gè)歷元有多個(gè)衛(wèi)星，根據(jù)最小二乘法則，容易計(jì)算出接收機(jī)的位置、鐘差、模糊度以及對(duì)流層延時(shí)參數(shù)。第三節(jié) GPS定位技術(shù)的實(shí)施*一、GPS測(cè)量的誤差來源在GPS測(cè)量中，影響觀測(cè)量精度的主要誤差來源可分為與GPS衛(wèi)星有關(guān)的誤差、與信號(hào)傳播有關(guān)的誤差和與接收設(shè)備有關(guān)的誤差三種。如果根據(jù)誤差的性質(zhì)，上述誤差又可分為系統(tǒng)誤差與偶然誤差兩類。(一) 與衛(wèi)星有關(guān)的誤差與GPS衛(wèi)星有關(guān)的誤差，主要包括衛(wèi)星軌道誤差和衛(wèi)星鐘差。1. 衛(wèi)星鐘差在GPS測(cè)量中，要求衛(wèi)星鐘與接收

27、機(jī)鐘保持嚴(yán)格同步。實(shí)際上，盡管GPS衛(wèi)星均設(shè)有高精度的原子鐘(銣鐘和銫鐘)，但它們與理想的GPS時(shí)之間仍存在著難以避免的偏差或漂移。對(duì)于衛(wèi)星鐘的這種偏差，一般可以通過對(duì)衛(wèi)星鐘運(yùn)行狀態(tài)的連續(xù)監(jiān)測(cè)而精確地確定，并用鐘差模型改正。衛(wèi)星鐘差或經(jīng)改正后的殘差，在相對(duì)定位中可以通過觀測(cè)量求差的方法消除。2. 衛(wèi)星軌道誤差衛(wèi)星在運(yùn)行中要受到多種攝動(dòng)力的復(fù)雜影響，估計(jì)與處理衛(wèi)星的軌道誤差一般比較困難，而通過地面監(jiān)測(cè)站又難以充分可靠地測(cè)定這些作用力并掌握它們的作用規(guī)律。衛(wèi)星的軌道誤差是當(dāng)前利用GPS定位的重要誤差來源之一。在相對(duì)定位中，隨著基線長度的增加，衛(wèi)星軌道誤差將成為影響定位精度的主要因素。在GPS測(cè)量定

28、位中，處理衛(wèi)星軌道誤差的方法原則上有三種，即忽略軌道誤差，采用軌道改進(jìn)法處理現(xiàn)測(cè)數(shù)據(jù)和同步觀測(cè)位求差。(二) 衛(wèi)星信號(hào)的傳播誤差與衛(wèi)星信號(hào)傳播有關(guān)的誤差主要要包括大氣折射誤差和多路徑效應(yīng)。1. 電離層折射的影響GPS衛(wèi)星信號(hào)和其他電磁波信號(hào)一樣，當(dāng)其通過電離層時(shí)，將受到這一介質(zhì)彌散特性的影響，使信號(hào)的傳播路徑發(fā)生變化。為了減弱電離層的影響，在GPS定位中通常采用措施有：利用雙頻觀測(cè)；利用電離層模型加以修正；利用同步觀測(cè)值求差。2. 對(duì)流層折射的影響由于對(duì)流層的介質(zhì)對(duì)GPS信號(hào)沒有彌散效應(yīng)，所以可認(rèn)為其群折射率與相折射率相等。對(duì)流層折射對(duì)觀測(cè)值的影響可分為干分量與濕分量兩部分。干分量主要與大氣的

29、溫度與壓力有關(guān)，而濕分量主要與信號(hào)傳播路徑上的大氣濕度和高度有關(guān)。關(guān)于對(duì)流層折射的影響，一般有四種處理方法：定位精度要求不高時(shí)，可以簡(jiǎn)單地忽略；采用對(duì)流層模型加以改正；引入描述對(duì)流層影響的附加待估參數(shù)，在數(shù)據(jù)處理中一并求解；觀測(cè)量求差。3. 多路徑效應(yīng)影響所謂多路徑效應(yīng)，即接收機(jī)天線除直接收到衛(wèi)星的信號(hào)外，尚可能收到天線周圍地物反射的衛(wèi)星信號(hào)。兩種信號(hào)疊加將會(huì)引起測(cè)量參考點(diǎn)(相位中心)位置的變化，而且這種變化隨天線周圍反射面的性質(zhì)而異，難以控制。多路徑效應(yīng)具有周期性的特征，在同一地點(diǎn)，當(dāng)所測(cè)衛(wèi)星的分布相似時(shí)，多路徑效應(yīng)將會(huì)重復(fù)出現(xiàn)。減弱多路徑效應(yīng)影響的主要辦法有：選擇造型適宜且屏蔽良好的天線；

30、安置接收機(jī)天線的環(huán)境應(yīng)避開較強(qiáng)的反射面；建筑物表面等、用較長觀測(cè)時(shí)間的數(shù)據(jù)取平均值。(三) 接收設(shè)備有關(guān)的誤差與用戶接收設(shè)備有關(guān)的誤差主要包括觀測(cè)誤差、接收機(jī)鐘差、相位中心誤差和載波相位觀測(cè)的整周不定性誤差。1. 觀測(cè)誤差這類誤差包括觀測(cè)的分辨誤差和接收機(jī)天線相對(duì)測(cè)站點(diǎn)的安置誤差。觀測(cè)時(shí)適當(dāng)增加觀測(cè)量將能明顯地減弱觀測(cè)的分辨誤差的影響。在精密定位工作中要仔細(xì)操作，盡量減小安置誤差的影響。2. 接收機(jī)的鐘差接收機(jī)的鐘差是接收機(jī)鐘與衛(wèi)星鐘之間存在同步差。處理接收機(jī)鐘差比較有效的方法是在每個(gè)觀測(cè)站上引入一個(gè)的鐘差參數(shù)作為未知數(shù)，在數(shù)據(jù)處理中與觀測(cè)站的位置參數(shù)一并求解。在精密相對(duì)定位中，還可以利用觀測(cè)

31、值求差的方法有效地消除接收機(jī)鐘差的影響。3. 天線的相位中心位置偏差在GPS測(cè)量中，觀測(cè)值都是以接收機(jī)天線的相位中心位置為準(zhǔn)的，而天線的相位中心與其幾何中心在理論上應(yīng)保持一致。但實(shí)際上，天線的相位中心隨著信號(hào)輸入的強(qiáng)度和方向不同而有所變化，即觀測(cè)時(shí)相位中心的瞬時(shí)位置(一般稱相位中心)與理論上的相位中心將有所不同。在實(shí)際工作中，如果使用同一類型的天線，在相距不遠(yuǎn)的兩個(gè)或多個(gè)觀測(cè)站上同步觀測(cè)了同一組衛(wèi)星，便可以通過觀測(cè)值的求差來削弱相位中心偏移的影響。(四) 其他誤差來源除上述三類誤差的影響外，還有其他一些可能的誤差來源，如地球自轉(zhuǎn)以及相對(duì)淪效應(yīng)對(duì)6PS測(cè)量的影響。二、GPS衛(wèi)星定位技術(shù)的實(shí)施GP

32、S控制網(wǎng)按服務(wù)對(duì)象可以分成兩大類：一類是國家或區(qū)域性的GPS控制網(wǎng)。這類GPS控制網(wǎng)是為地學(xué)和空間科學(xué)等方面的科研工作服務(wù)。另一類是局部的GPS控制網(wǎng)，包括城市或礦區(qū)的GPS控制網(wǎng)。這類網(wǎng)中相鄰點(diǎn)間的距離為幾千米至幾十千米，其主要任務(wù)是直接為城市建設(shè)、土地管理和工程建設(shè)服務(wù)。(一) GPS控制網(wǎng)布設(shè)原則(1) GPS網(wǎng)一般應(yīng)通過獨(dú)立觀測(cè)邊構(gòu)成閉合圖形，以增加檢核條件，提高網(wǎng)的可靠性。(2) GPS網(wǎng)點(diǎn)應(yīng)盡量與原有地面控制點(diǎn)相重合。重合點(diǎn)一般不應(yīng)少于3個(gè)，且在網(wǎng)中應(yīng)分布均勻，以便可靠地確定GPS網(wǎng)與地面網(wǎng)之間的轉(zhuǎn)換參數(shù)。(3) GPS網(wǎng)點(diǎn)應(yīng)考慮與部分水準(zhǔn)點(diǎn)相重合，以便為大地水準(zhǔn)面的研究提供資料。

33、(4) 為了便于觀測(cè)和水準(zhǔn)聯(lián)測(cè)，GPS網(wǎng)點(diǎn)一般應(yīng)設(shè)在視野開闊和容易到達(dá)的地方。(5) 為了便于用經(jīng)典方法聯(lián)測(cè)或擴(kuò)展，可在網(wǎng)點(diǎn)附近布設(shè)一通視良好的方位點(diǎn)，以建立聯(lián)測(cè)方向。方位點(diǎn)與觀測(cè)站的距離一般要大于300m。(二) GPS測(cè)量精度分級(jí)國家測(cè)繪局1992年制定的我國第一部全球定位系統(tǒng)(GPS)測(cè)量規(guī)范將GPS的測(cè)量精度分為A、B、C、D、E五級(jí)。其中A、B兩級(jí)一般是國家GPS控制網(wǎng)。我國的國家GPS網(wǎng)就是按照這一精度標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)的。C、D、E三級(jí)是針對(duì)局部性GPS網(wǎng)規(guī)定的。為了適應(yīng)生產(chǎn)建設(shè)的需要，有關(guān)部門制定了全球定位系統(tǒng)城市測(cè)量技術(shù)規(guī)程，按城市或工程GPS網(wǎng)中相鄰點(diǎn)的平均距離和精度劃分為二、三、四

34、等和一、二級(jí)，在布網(wǎng)時(shí)可以逐級(jí)布網(wǎng)、越級(jí)布網(wǎng)或布設(shè)同級(jí)全面網(wǎng)。主要技術(shù)要求見表121。表121各等級(jí)GPS網(wǎng)技術(shù)要求時(shí)可以逐級(jí)布網(wǎng)、越級(jí)布網(wǎng)或布設(shè)同級(jí)全面網(wǎng)。主要技術(shù)要求見表121。表121各等級(jí)GPS網(wǎng)技術(shù)要求 級(jí)別項(xiàng)目二等三等四等一級(jí)二級(jí)固定誤差a/mm1010101015比例誤差系數(shù)b/ppm25101020相鄰點(diǎn)平均距離/km95211閉合環(huán)或附合路線的邊數(shù)/條68101010 (三) GPS控制網(wǎng)施測(cè)步驟1. 準(zhǔn)備工作(1) 已有資料的收集與整理。主要收集測(cè)區(qū)基本概況資料、測(cè)區(qū)已有的地形圖、控制點(diǎn)成果、地質(zhì)和氣象等方面的資料。(2) GPS網(wǎng)形設(shè)計(jì)。GPS網(wǎng)圖形的基本形式有點(diǎn)連式、邊

35、連式、邊點(diǎn)混合連接式、星形網(wǎng)、導(dǎo)線網(wǎng)、環(huán)形網(wǎng)。其中：點(diǎn)連式、星形網(wǎng)、導(dǎo)線網(wǎng)附合條件少，精度低；邊連式附合條件多，精度高，但工作量大；邊點(diǎn)混合連接式和環(huán)形網(wǎng)形式靈活，附合條件多，精度較高，是常用的布設(shè)方案。 a 點(diǎn)連式 b邊連式 c 邊點(diǎn)混合連接式 d 星形網(wǎng) e 導(dǎo)線網(wǎng) f 環(huán)形網(wǎng)圖12-8 GPS網(wǎng)圖形的基本形式(3) 觀測(cè)精度標(biāo)準(zhǔn)。各等級(jí)GPS相鄰點(diǎn)間弦長精度：式中： 為GPS基線向量的弦長中誤差(mm)；a為接收機(jī)標(biāo)稱精度中的固定誤差(mm)；b為接收機(jī)標(biāo)稱精度中的比例誤差系數(shù)(10-6D)；d為GPS網(wǎng)中相鄰點(diǎn)間的距離(km)。2. 選點(diǎn)和埋石由于GPS觀測(cè)站之間不需要相互通視，所以選

36、點(diǎn)工作較常規(guī)測(cè)量要簡(jiǎn)便得多。但是，考慮到GPS點(diǎn)位的選擇對(duì)GPS觀測(cè)工作的順利進(jìn)行并得到可靠的效果有重要的影響，所以應(yīng)根據(jù)測(cè)量任務(wù)、目的、測(cè)區(qū)范圍對(duì)點(diǎn)位精度和密度的要求，充分收集和了解測(cè)區(qū)的地理情況及原有的控制點(diǎn)的分布和保存情況，以便恰當(dāng)?shù)剡x定GPS點(diǎn)的點(diǎn)位。3. GPS外業(yè)觀測(cè)(1) 選擇作業(yè)模式。為了保證GPS測(cè)量的精度，在測(cè)量上通常采用載波相位相對(duì)定位的方法。GPS測(cè)量作業(yè)模式與GPS接收設(shè)備的硬件和軟件有關(guān)，主要靜態(tài)相對(duì)定位模式、快速靜態(tài)相對(duì)定位模式、偽動(dòng)態(tài)相對(duì)定位模式、動(dòng)態(tài)相對(duì)定位模式四種。(2) 天線安置。測(cè)站應(yīng)選擇在反射能力較差的粗糙地面，以減少多路徑誤差，并盡量減少周圍建筑物和

37、地形對(duì)衛(wèi)星信號(hào)的遮擋。天線安置后，在各觀測(cè)時(shí)段的前后各量取一次儀器高。(3) 觀測(cè)作業(yè)。觀測(cè)作業(yè)的主要任務(wù)是捕獲GPS衛(wèi)星信號(hào)并對(duì)其進(jìn)行跟蹤、接收和處理，以獲取所需的定位和觀測(cè)數(shù)據(jù)。(4) 觀測(cè)記錄與測(cè)量手簿。觀測(cè)記錄由GPS接收機(jī)自動(dòng)形成，測(cè)量手簿是在觀測(cè)過程中由觀測(cè)人員填寫。4. 內(nèi)業(yè)計(jì)算(1) GPS基線向量的計(jì)算及檢核。GPS測(cè)量外業(yè)觀測(cè)過程中，必須每天將觀測(cè)數(shù)據(jù)輸入計(jì)算機(jī)，并計(jì)算基線向量。計(jì)算工作是應(yīng)用隨機(jī)軟件或其他研制的軟件完成的。計(jì)算過程中要對(duì)同步環(huán)閉合差、異步環(huán)閉合差以及重復(fù)邊閉合差進(jìn)行檢查計(jì)算，閉合差符合規(guī)范要求。(2) GPS網(wǎng)平差。GPS控制網(wǎng)是由GPS基線向量構(gòu)成的測(cè)量

38、控制網(wǎng)。GPS網(wǎng)平差可以以構(gòu)成GPS向量的WGS-84系的三維坐標(biāo)差作為觀測(cè)值進(jìn)行平差，也可以在國家坐標(biāo)系中或地方坐標(biāo)系中進(jìn)行平差。5. 提交成果提交成果包括技術(shù)設(shè)計(jì)說明書、衛(wèi)星可見性預(yù)報(bào)表和觀測(cè)計(jì)劃、GPS網(wǎng)示意圖、GPS觀測(cè)數(shù)據(jù)、GPS基線解算結(jié)果、GPS基點(diǎn)的WGS-84坐標(biāo)、GPS基點(diǎn)的國家坐標(biāo)中的坐標(biāo)或地方坐標(biāo)系中的坐標(biāo)。，單人單機(jī)即可完成地籍測(cè)繪任務(wù)。第四節(jié) GPS全球定位系統(tǒng)在地籍測(cè)量中的應(yīng)用GPS衛(wèi)星定位新技術(shù)的迅速發(fā)展，給測(cè)繪工作帶來了革命性的變化，也對(duì)地籍測(cè)量工作產(chǎn)生了巨大的影響。由于GPS具有布點(diǎn)靈活、全天候、速度快、精度高等優(yōu)點(diǎn)，使GPS技術(shù)在國內(nèi)各省市的地籍測(cè)繪中得以

39、廣泛應(yīng)用。表12-2是幾種常用GPS定位方式的精度比較。從表中可以看出，應(yīng)用GPS快速靜態(tài)能夠滿足地籍控制測(cè)量的精度要求，RTK、網(wǎng)絡(luò)RTK能滿足地籍圖測(cè)繪、界址點(diǎn)測(cè)量的精度要求，常規(guī)差分GPS和事后差分GPS 、廣域差分GPS能滿足土地動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)的要求。下面將具體介紹幾種GPS測(cè)量模式在地籍控制測(cè)量、地籍碎部測(cè)量和地籍調(diào)查中的應(yīng)用。表12-2 幾種常用GPS定位方式精度比較定位技術(shù)名稱精 度/m作用距離/km觀測(cè)時(shí)間/min經(jīng)典靜態(tài)0.0010.0051300060快速靜態(tài)0.010.0520520常規(guī)差分GPS0.5010.00200實(shí)時(shí)事后差分GPS0.5010.00200單歷元廣域差分G

40、PS0.503.001500實(shí)時(shí)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)(RTK)0.010.0515實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)RTK0.010.10100實(shí)時(shí)精密單點(diǎn)定位0.010.50全球?qū)崟r(shí)一、GPS定位技術(shù)在地籍控制測(cè)量中的應(yīng)用利用GPS技術(shù)進(jìn)行地籍控制測(cè)量又如下優(yōu)點(diǎn)：第一，它不要求通視，這樣避免了常規(guī)地籍控制測(cè)量點(diǎn)位選取的局限條件；第二，沒有常規(guī)三角網(wǎng)(鎖)布設(shè)時(shí)要求近似等邊及精度估算偏低時(shí)應(yīng)加測(cè)對(duì)角線或增設(shè)起始邊等繁鎖要求，只要使用的GPS儀器精度與地籍控制測(cè)量精度相匹配，控制點(diǎn)位的選取符合GPS點(diǎn)位選取要求，那么所布設(shè)的GPS網(wǎng)精度就完全能夠滿足地籍規(guī)程要求。由于GPS定位技術(shù)的不斷改進(jìn)和完善，其測(cè)繪精度、測(cè)繪速度和經(jīng)濟(jì)效益都大

41、大地優(yōu)于常規(guī)控制測(cè)量技術(shù)。目前，常規(guī)靜態(tài)測(cè)量、快速靜態(tài)測(cè)量、RTK技術(shù)已經(jīng)逐步取代常規(guī)的測(cè)量方式，成為地籍控制測(cè)量的主要手段。邊長大于15km的長距離GPS基線向量，只能采取常規(guī)靜態(tài)測(cè)量方式。邊長在1015km的GPS基線向量，如果觀測(cè)時(shí)刻的衛(wèi)星很多，外部觀測(cè)條件好，可以采用快速靜態(tài)GPS測(cè)量模式；如果是在平原開闊地區(qū)，可以嘗試RTK模式；邊長小于5km的一、二級(jí)地籍控制網(wǎng)的基線，優(yōu)先采用RTK方法，如果設(shè)備條件不能滿足要求，可以采用快速靜態(tài)定位方法。邊長為510km的二、三、四等基本控制網(wǎng)的GPS基線向量，優(yōu)先采用GPS快速靜態(tài)定位的方法；設(shè)備條件許可和外部觀測(cè)環(huán)境合適，可以使用RTK測(cè)量模

42、式。近幾年，地籍控制測(cè)量基本采用了以上三種GPS測(cè)量模式。例如：在大慶5.5萬公頃油田用地的地籍調(diào)查中，采用常規(guī)靜態(tài)的作業(yè)方式建立了首級(jí)地籍控制網(wǎng)，然后采用RTK測(cè)量方式，加密了低級(jí)一級(jí)地籍控制點(diǎn)。二、GPS定位技術(shù)在地籍圖測(cè)繪中的應(yīng)用地籍碎部測(cè)量和土地勘測(cè)定界(含界址點(diǎn)放樣)工作中，主要是測(cè)定地塊(宗地)的位置、形狀、數(shù)量等重要數(shù)據(jù)。由地籍調(diào)查規(guī)程所知，在地籍平面控制測(cè)量基礎(chǔ)上的地籍碎部測(cè)量，對(duì)于城鎮(zhèn)街坊外圍界址點(diǎn)及街坊內(nèi)明顯的界址點(diǎn)間距允許誤差為10cm，城鎮(zhèn)街坊內(nèi)部隱蔽界址點(diǎn)及村莊內(nèi)部界址點(diǎn)間距允許誤差為15cm。在進(jìn)行土地征用、土地整理、土地復(fù)墾等土地勘測(cè)定界工作中，相關(guān)規(guī)程規(guī)定測(cè)定或

43、放樣界址點(diǎn)坐標(biāo)的精度為：相對(duì)鄰近圖根點(diǎn)點(diǎn)位中誤差及界址線與鄰近地物或鄰近界線的距離中誤差不超過10cm 。因此，利用RTK測(cè)量模式能滿足上述精度要求。RTK技術(shù)使精度、作業(yè)效率、實(shí)時(shí)性達(dá)到了最佳的融合，為地籍碎部測(cè)量提供了一種嶄新的測(cè)量方式。現(xiàn)在，許多的土地勘測(cè)部門都購置了具有RTK功能的GPS接收系統(tǒng)和相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理軟件，并且取得十分顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。例如，自2001年以來，湖北省土地勘測(cè)規(guī)劃院利用RTK技術(shù)進(jìn)行了京珠高速公路、宜都和武漢市經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)等大型征地測(cè)量的工作；武漢大學(xué)2004年在廣西興安、湖北宜城等地利用RTK技術(shù)完成了土地專項(xiàng)規(guī)劃的測(cè)圖工作。與全站儀相比，采用RTK

44、方式進(jìn)行碎部測(cè)量速度快，作業(yè)效率高。同全站儀一樣，RTK測(cè)量單點(diǎn)的時(shí)間需要幾秒到幾十秒，但是，它不要求通視，不需要頻繁換站，減少了全站儀頻繁換站所花的時(shí)間，而且可以多個(gè)流動(dòng)站同時(shí)工作。據(jù)初步的應(yīng)用分析，測(cè)量時(shí)間節(jié)省一半以上，測(cè)量精度和可靠性都能滿足要求。三、GPS定位技術(shù)在土地利用變更調(diào)查和動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用近20年和今后數(shù)十年內(nèi)，是我國經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展時(shí)期，土地利用的形式將發(fā)生一系列的變化。因此，隨時(shí)摸清土地利用形式的變化，進(jìn)行土地利用變更登記，將是我國各級(jí)土地管理部門的一項(xiàng)重要的和經(jīng)常性的工作。土地調(diào)查中，通常對(duì)應(yīng)不同的位置精度要求，在采用GPS測(cè)量模式上，可以使用單點(diǎn)定位、常規(guī)差分GPS、PP

45、K、廣域差分GPS等方式。這些GPS測(cè)量方式，可成倍地提高土地利用變更調(diào)查和動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)速度，其精度和可靠性得到極大的改善，克服了傳統(tǒng)方法的種種弊端，省時(shí)省工，適用于各種各樣復(fù)雜的變更情況，真正地實(shí)現(xiàn)了動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)的實(shí)時(shí)性和數(shù)值化，保證了土地利用數(shù)據(jù)的現(xiàn)勢(shì)性。在土地調(diào)查中，如果定位精度要求不高，優(yōu)先采用單點(diǎn)定位模式。如果定位精度要求達(dá)到米級(jí)，可以采用廣域差分GPS模式；如果附近已經(jīng)建立常規(guī)差分GPS參考站并能夠接收到差分信號(hào)，也可以采用常規(guī)差分GPS。如果沒有廣域差分GPS信號(hào)接收設(shè)備，可以在調(diào)查地區(qū)附近的已知點(diǎn)上，建立常規(guī)差分GPS參考站，采用常規(guī)差分GPS或PPK模式。如果是局部地區(qū)的精密土地劃界

46、，可以采用RTK測(cè)量系統(tǒng)。近幾年，許多部門應(yīng)用GPS技術(shù)進(jìn)行了多項(xiàng)土地調(diào)查活動(dòng)。如科技人員在四川攀枝花市、蒙古包頭市、四川樂山、北京郊區(qū)等地進(jìn)行了土地調(diào)查試驗(yàn)，其幾何精度完全可以滿足土地利用變更調(diào)查和動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)的要求，可以做到方便、快速、實(shí)時(shí)。關(guān)于常規(guī)差分GPS和廣域差分GPS定位方式在土地調(diào)查中的應(yīng)用實(shí)例不多。實(shí)際上，我國在沿海地區(qū)已經(jīng)建立了20個(gè)常規(guī)差分GPS信標(biāo)站，市場(chǎng)上有很多商用的常規(guī)差分改正信號(hào)接收機(jī)，沿海省市可以利用這些免費(fèi)的信號(hào)資源，應(yīng)用于土地調(diào)查活動(dòng)，將會(huì)帶來極大的經(jīng)濟(jì)效益。另外，美國已經(jīng)提供了商用的廣域差分GPS服務(wù)，我國和歐盟也將提供類似服務(wù)，如果土地部門購買相關(guān)設(shè)備，完全可以實(shí)現(xiàn)大區(qū)域的土地實(shí)時(shí)調(diào)查工作。當(dāng)然，使用這兩種定位技術(shù)，需要購買差分接收設(shè)備，增加了設(shè)備費(fèi)用。四、新的GPS定位技術(shù)在