GPS控制测量的重要性及应用

随着我国国民经济的快速增长，作为空间三维坐标测量技术的代表，GPS技术在工程测量领域中的应用代替了许多传统的测量技术，例如，利用GPS技术进行各级工程控制网的测量精密工程测量、工程变形监测、机载航空摄影测量及点位的测设等。GPS测量技术是一场测量新技术的革命，其应用领域还将不断扩大和拓宽。

1.GPS定位原理

GPS定位原理就是利用空间分布的卫星及卫星与地面点的距离交会得出地面点的位置，简而言之，GPS定位原理就是一种空间距离交会原理。

如图3-7-1所示，在待定点位置上安装GPS接收机，同一时刻接收4颗以上GPS卫星发射的信号，通过一定的方法测定这4颗以上卫星在此瞬间的位置及它们分别至该接收机的距离，据此利用距离交会法解算出测站点P的位置。

图3-7-1　GPS定位原理

2.GPS定位方法分类

（1）按参照位置分类。按参照位置的不同，定位方法可分为绝对定位和相对定位。

1）绝对定位是在协议地球坐标系中，利用一台接收机来测定该点相对于协议地球质心的位置，也称单点定位。这里可认为参考点与协议地球质心相重合。GPS定位所采用的协议地球坐标系为WGS-84坐标系，因此，绝对定位的坐标最初成果为WGS-84坐标。

2）相对定位是在协议地球坐标系中，利用两台以上的接收机测定观测点至某一地面参考点（已知点）之间的相对位置，也就是测定地面参考点到未知点的坐标增量。由于星历误差、大气折射误差有相关性，通过观测值求差可消除这些误差，因此相对定位的精度远高于绝对定位的精度。

（2）按用户接收机在作业中的运动状态分类。按用户接收机在作业中的运动状态不同，定位方法可分为静态定位和动态定位。

1）静态定位是在GPS定位过程中，测站接收机天线的位置相对固定，用多台接收机在不同的测站上进行相对定位的同步观测，测量时间由几分钟至几小时。通过大量的重复观测测定测站间的相对位置，其中包括与若干已知点的联测，以求得待定点的坐标，成果处理是在外业观测结束以后（非实时的后处理），测量的精度较高，一般用于控制测量。

2）动态定位是在GPS定位过程中，可将测站分为基准站（一般选测站坐标已知的点）和流动站（用户站、测站坐标待定的点）。基准站接收机对所有可观测卫星进行连续观测，根据基准站的已知三维坐标求出各观测值的校正值（距离改正数、坐标改正数等），并通过无线电台将校正值实时发送给各用户的流动观测站，称为数据通信链；流动站接收机将其接收的GPS卫星信号与通过无线电台传来的校正值进行差分计算，实时解算得到流动站点的三维坐标。动态定位作业效率高，精度低于静态定位，一般用于细部测量。

3.GPS网的基本图形

根据GPS测量的不同用途，GPS网的独立观测边应构成一定的几何图形。图形的基本形式如下：

（1）三角形网。如图3-7-2所示，GPS网中的三角形边由独立观测边组成。根据常规平面测量已经知道，这种图形的几何结构好，具有良好的自检能力，能够有效地发现观测成果的粗差，以保障网的可靠性。同时，经平差后网中相邻点之间基线向量的精度分布均匀。(www.xing528.com)

但是，这种网形的观测工作量大，当接收机数量较少时，将使观测工作的总时间大为延长。因此，通常只有当网的精度和可靠性要求较高时，才单独采用这种图形。

（2）环形网。环形网是由若干含有多条独立观测边的闭合环组成的，如图3-7-3所示。这种网形与导线网相似，其图形的结构强度不及三角形网。而环形网的自检能力和可靠性与闭合环中所含基线边的数量有关。闭合环中的边数越多，自检能力和可靠性就越差。所以，根据环形网的不同精度要求，应限制闭合环中所含基线边的数量。

图3-7-2　三角形网

图3-7-3　环形网

环形网观测工作量比三角形网小，也具有较好的自检能力和可靠性。但由于网中非直接观测的边（或称间接边）的精度要比直接观测的基线边低，所以网中相邻点之间的基线精度分布不够均匀。

作为环形网的特例，在实际工作中还可以按照网的用途和实际情况采用附合线路，这种附合线路与前述的附合导线相类似。采用这种图形，附合线路两端的已知基线向量必须具有较高的精度。另外，附合线路所含有的基线边数也有一定的限制。

三角形网和环形网是控制测量和精密工程测量中普遍采用的两种基本图形。在实际工程中，根据情况也可以采用两种图形的混合网形。

（3）星形网。星形网的几何图形如图3-7-4所示。星形网的几何图形简单，但其直接观测边之间，一般不构成闭合图形，所以检核能力差。由于这种网形在观测中一般只需要两台GPS接收机，作业简单，因此，在快速静态定位和动态定位等快速作业模式中，大多采用这种网形。其被广泛用于工程测量、地籍测量和碎部测量等。

图3-7-4　星形网的几何图形

4.GPS测量定位的误差来源

利用GPS测量定位是通过接收机接收卫星播发的星历信息来确定点的三维坐标。从卫星发射信号，信号在介质中传播到接收机接收信号整个过程均受到各种误差的影响，因此，误差主要源于以下三个方面。

（1）与卫星有关的误差，包括卫星时钟误差、卫星星历误差，即卫星轨道偏差、相对论效应误差等。

（2）与信号传播有关的误差，包括电离层折射误差、对流层折射误差、多路径效应误差等。

（3）与接收机有关的误差，包括接收机时钟误差、接收机位置误差、接收机天线相位中心安置误差等。