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

　　關(guān)鍵詞：GPS，方案，模式

　　前言：

　　與傳統(tǒng)的大地測量觀測技術(shù)不同，在衛(wèi)星大地測量中，觀測站雖然是固定在地球表面上，其空間位置隨同地球自轉(zhuǎn)而運動，但觀測目標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)星在軌道上的運動，按不同需要表示測站的空間位置，并正確處理關(guān)聯(lián)著地面測站及衛(wèi)星的觀測數(shù)據(jù)，需要采用兩類坐標系統(tǒng)，并需實現(xiàn)各種坐標系之間的轉(zhuǎn)換。從幾何上看坐標系統(tǒng)是由原點位置、三個坐標軸指向和尺度所定義的。在衛(wèi)星大地測量中，一般取地球質(zhì)心為坐標系的原點，由于人造地球衛(wèi)星圍繞地球運動，引進地心坐標系是十分自然的，這樣便于研究人造衛(wèi)星衛(wèi)星運動的規(guī)律。根據(jù)坐標軸指向的不同，可分為兩大類坐標系：天球坐標系和地球坐標。 地球坐標系隨同地球自轉(zhuǎn)，可看作為固定在地球上的坐標系，便于表述地面觀測站的空間位置。天球坐標系則與地球自轉(zhuǎn)無關(guān)，便于描述人造地球衛(wèi)星的位置和狀態(tài)。

　　天文坐標系

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

　　2：瞬時真天文坐標系：由瞬時真天極及瞬時真赤道面，瞬時真春分點所定義的地心坐標系。

　　3：瞬時平天文坐標系：以瞬時平天極，瞬時平赤道，瞬時平春分點所定義的一種地心坐標系。

　　4：標準歷元平天球坐標系：是其中相當于標準歷元的一種特定的天球坐標系。

　　GPS控制網(wǎng)的圖形設(shè)計

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

　　在網(wǎng)形設(shè)計時應注意的問題

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

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

　　⑶ 避開強電磁波干擾，設(shè)站應遠離雷達站、電臺、微波中繼站等。

　　為了確保GPS觀測效果的可靠性，有效的發(fā)現(xiàn)觀測成果中的粗差，必須使GPS網(wǎng)中的獨立邊構(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GPS網(wǎng)中有若干個起算點時，也可以是由兩個起算點之間的數(shù)條GPS獨立邊構(gòu)成的附合路線。GPS網(wǎng)的圖形設(shè)計也就是根據(jù)對所布設(shè)的GPS網(wǎng)的精度要求和其他方面的要求，設(shè)計出由獨立的GPS邊構(gòu)成的多邊形網(wǎng)(環(huán)形網(wǎng))。GPS控制網(wǎng)的建立與應用常規(guī)地面測量方法建立控制網(wǎng)類似。

　　GPS控制網(wǎng)技術(shù)設(shè)計的一般原則

　　⑴充分考慮建立GPS控制網(wǎng)的應用范圍

　　對于工程建設(shè)的GPS網(wǎng)，應考慮勘測設(shè)計階段的需要，又要考慮施工放樣等階段的需要。對于城市GPS控制網(wǎng)，既要考慮今期建設(shè)和規(guī)劃的需要，又要考慮遠期發(fā)展的需要。還可以根據(jù)具體情況，擴展GPS控制網(wǎng)的功能。

　　⑵采用分級布網(wǎng)的方案

　　適當?shù)姆旨壊荚O(shè)GPS網(wǎng)，有利于根據(jù)測區(qū)的近期要求和遠期發(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)處理和成果檢驗分階段進行。分段布網(wǎng)是建立常規(guī)控制網(wǎng)的基本方法。因為GPS網(wǎng)測量有許多優(yōu)越性，所以不要求GPS網(wǎng)按常規(guī)控制網(wǎng)分很多等級布設(shè)。

　　⑶具體操作

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

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

　　③分級布網(wǎng)。要求按GPS規(guī)范進行觀測和數(shù)據(jù)處理。

　　④觀測精度標準：GPS觀測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(或兩臺以上)接收機設(shè)備，分別安置在一條或數(shù)條基線的兩個端點，同步觀測4顆以上衛(wèi)星，每時段長45分鐘至2小時或更多。

　　⑵ 精度：基線的相對定位精度可達到5mm+1ppm·D，D為基線長度(km)。

　　⑶ 使用范圍：建立全國性或國家大地控制網(wǎng)，建立地殼運動監(jiān)測網(wǎng)、建立長距離檢校基線、進行島嶼與大陸聯(lián)測、鉆井定位及精密工程控制網(wǎng)建立等。

　　⑷ 注意事項：所有已觀測基線應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，有助于進一步提高定位精度。

　　快速靜態(tài)定位

　　⑴ 作業(yè)方法：在測區(qū)中部選擇一個基準站，并安置一臺接收設(shè)備連續(xù)跟蹤所有可見衛(wèi)星;另一臺接收機依次到各點流動設(shè)站，每點觀測數(shù)分鐘

　　⑵ 精度：流動站相對于基準站的基線中誤差為5mm+1ppm·D。

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

　　⑷ 注意事項：在觀測時段內(nèi)應確保有5顆以上衛(wèi)星可供觀測;流動點與基準點相距應不超過20km;流動站上的接收機在轉(zhuǎn)移時，不必保持對所觀測衛(wèi)星連續(xù)跟蹤，可關(guān)閉電源以降低能耗。

　　準動態(tài)定位

　　⑴ 作業(yè)方法：在測區(qū)選擇一個基準點，安置接收機連續(xù)跟蹤所有可見衛(wèi)星;將另一臺流動接收機先置于1號站觀測;在保持對所測衛(wèi)星連續(xù)跟蹤而不失鎖的情況下，將流動接收機分別在2，3，4……各點觀測數(shù)秒鐘。

　　⑵ 精度：基線的中誤差約為1-2cm。

　　⑶ 應用范圍：開闊地區(qū)的加密控制測量、工程定位及碎部測量、剖面測量及線路觀測等。

　　⑷ 注意事項：應確保在觀測時段上有5顆以上衛(wèi)星可供觀測;流動點與基準點距離不超過20km;觀測過程中流動接收機不能失鎖，否則應在失鎖的流動點上延長觀測時間1—2min。

　　動態(tài)定位

　　⑴ 作業(yè)方法：建立一基準點安置接收機連續(xù)跟蹤所有可見衛(wèi)星;流動接收機先在出發(fā)點上靜態(tài)觀測數(shù)分鐘;然后流動接收機從出發(fā)點開始連續(xù)運動;按指定的時間間隔自動測定運動載體的實時位置。

　　⑵ 精度：相對于基準點的瞬時點為精度1—2cm。

　　⑶ 應用范圍：精密測定運動目標的軌跡、測定道路的中心線、剖面測量、航道測量等。

　　⑷ 注意事項：需同步觀測5顆衛(wèi)星，其中至少4顆衛(wèi)星要連續(xù)跟蹤;流動點與基準點相距不超過20km。

　　實時動態(tài)測量

　　⑴ 作業(yè)方法：在基準站上安置一臺GPS接收機，對所有可見GPS衛(wèi)星進行連續(xù)地觀測，并將其觀測數(shù)據(jù)，通過無線電傳輸設(shè)備，實時地發(fā)送給用戶觀測站。在用戶站上，GPS接收機在接受GPS衛(wèi)星信號的同時，通過無線電接收設(shè)備，接收基準站傳輸?shù)挠^測數(shù)據(jù)，然后根據(jù)相對定位的原理，實時地計算并顯示用戶站的三維坐標及其精度。

　　⑵ 精度：定位精度可達1～2cm。

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

　　結(jié)束語：

　　以上文字是在從事多年GPS測量工作的一些總結(jié)，對于GPS系統(tǒng)的知識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，請予指正。

　　參考文獻

　　⒈《GPS衛(wèi)星定位原理及其在測繪學中的應用》

　　喬仰文 趙長勝 夏春林 徐信君著 科學教育出版社

　　⒉《衛(wèi)星大地測量學》 王昆杰 王躍虎 李佂航著 測繪出版社

　　⒊《GPS衛(wèi)星測量原理與應用》 周忠謨 易杰軍著 測繪出版社