一、GPS測(cè)量的誤差源和GPS定位網(wǎng)設(shè)計(jì)
1.GPS測(cè)量的誤差源GPS測(cè)量誤差按其生產(chǎn)源可分3大部分：GPS信號(hào)的自身誤差，包括軌道誤差(星歷誤差)和SA，AS影響；GPS信號(hào)的傳輸誤差，包括太陽光壓，電離層延遲，對(duì)流層延遲，多路徑傳播和由它們影響或其他原因產(chǎn)生的周跳；GPS接收機(jī)的誤差，主要包括鐘誤差，通道間的偏差，鎖相環(huán)延遲，碼跟蹤環(huán)偏差，天線相位中心偏差等。
2.GPS定位網(wǎng)的設(shè)計(jì)由GPS測(cè)量的誤差源可以看出，GPS網(wǎng)的設(shè)計(jì)已免除了測(cè)角、邊角同測(cè)和測(cè)邊網(wǎng)等的傳統(tǒng)要求。它不需要點(diǎn)間通視，也不需要考慮布設(shè)什么樣的圖形，也就更不需要考慮圖形強(qiáng)度，不需要設(shè)置在制高點(diǎn)上(哪里需要就可以設(shè)置在哪里)。所以GPS網(wǎng)的設(shè)計(jì)是非常靈活的。但也應(yīng)注意以下幾個(gè)問題：
①除了特殊需要，一般GPS基線長(zhǎng)度相差不要過大，這樣可以使GPS測(cè)量的精度分布均勻；
② 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；
③ 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；
④ 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。
二、軌道誤差(星歷誤差)和SA，AS影響；
1.軌道誤差有關(guān)部門提供一定精度的。衛(wèi)星軌道，以廣播星歷形式發(fā)播給用戶使用，從而已知觀測(cè)瞬間所觀測(cè)衛(wèi)星的位置，因而衛(wèi)星軌道誤差與星歷誤差是一個(gè)含義。衛(wèi)星星歷誤差又等效為偽距誤差。由于衛(wèi)星軌道受地球和日、月引力場(chǎng)、太陽光壓、潮汐等攝動(dòng)力及大氣阻力的影響，而其中有的是隨機(jī)影響，而不能精密確定，使衛(wèi)星軌道產(chǎn)生誤差。目前，GPS衛(wèi)星軌道誤差的等效偽距誤差(使用的衛(wèi)星廣播星歷)為4.2m。美國(guó)的SA政策和AS政策人為地使導(dǎo)航定位的精度降低，點(diǎn)位誤差有時(shí)達(dá)到100m?？刂凭W(wǎng)的靜態(tài)GPS測(cè)量是利用載波相位測(cè)量，一般是由一個(gè)點(diǎn)設(shè)為已知點(diǎn)與一個(gè)待定點(diǎn)位同步觀測(cè)GPS衛(wèi)星，取得載波相位觀測(cè)值，從而得出待定點(diǎn)位的坐標(biāo)或兩點(diǎn)間的坐標(biāo)值，稱為基線測(cè)量，短基線測(cè)量可以消除SA影響。動(dòng)態(tài)測(cè)量解決SA影響的途徑是實(shí)時(shí)差分定位(稱Real-timeDGPS),即在已知坐標(biāo)點(diǎn)上布設(shè)基準(zhǔn)點(diǎn)，通過基準(zhǔn)站取得誤差校正值，通過數(shù)據(jù)鏈實(shí)時(shí)傳給導(dǎo)航定位的移動(dòng)站，從而消除SA影響及兩站的各種共同的誤差，提高了移動(dòng)站的導(dǎo)航定位精度。加濾波等處理的導(dǎo)航軟件以及組合導(dǎo)航系統(tǒng)，已使導(dǎo)航定位精度差分距離在100km左右時(shí)達(dá)到亞米級(jí)，差分距離遠(yuǎn)于1500km時(shí)達(dá)到米級(jí)。
2.美國(guó)的SA技術(shù)與AS影響SA技術(shù)是選擇可用性(Selective Availability)的簡(jiǎn)稱，它是由兩種技術(shù)使用戶的定位精度降低，即δ（dither）技術(shù)和ε(epsilon)技術(shù)。δ技術(shù)是人為地施加周期為幾分鐘的呈隨機(jī)特征的高頻抖動(dòng)信號(hào)，使GPS衛(wèi)星頻率10.23MHz加以改變，較后導(dǎo)致定位產(chǎn)生干擾誤差，ε技術(shù)是降低衛(wèi)星星歷精度，呈無規(guī)則的隨機(jī)變化，使得衛(wèi)星的真實(shí)位置增加了人為的誤差。AS技術(shù)(Anti-Spoofing)叫反電子欺騙技術(shù)，其目的是為了在和平時(shí)期保護(hù)其P碼，不讓非授權(quán)用戶使用；戰(zhàn)時(shí)防止敵方對(duì)精密導(dǎo)航定位作用的P碼進(jìn)行電子干擾。AS技術(shù)使得用C/A碼工作的用戶無法再和P碼相位測(cè)量聯(lián)合解算進(jìn)行雙頻電離層精密測(cè)距修正，實(shí)際降低了用戶定位精度。
3.確定GPS衛(wèi)星軌道是減少星歷誤差和消除ε技術(shù)影響的根本方法利用區(qū)域性GPS跟蹤網(wǎng)可以確定GPS衛(wèi)星軌道。跟蹤站地心坐標(biāo)的誤差對(duì)衛(wèi)星軌道的影響是10倍或更大。因此，要提供優(yōu)于2m精度的衛(wèi)星軌道要求跟蹤站地心坐標(biāo)的精度優(yōu)于0.1m。據(jù)介紹，采用強(qiáng)約束全球站松弛軌道的加權(quán)約束基準(zhǔn)方法，可以得出優(yōu)于5cm的相對(duì)坐標(biāo)值，基本上可以滿足我國(guó)現(xiàn)階段區(qū)域性定軌的需要。如果，以我國(guó)現(xiàn)有GPS衛(wèi)星跟蹤網(wǎng)站，根據(jù)對(duì)各衛(wèi)星記錄的觀測(cè)值，計(jì)算出對(duì)現(xiàn)有廣播星歷軌道根數(shù)的誤差改正值，可以進(jìn)一步計(jì)算長(zhǎng)弧軌道的精密星歷，從而能直接向用戶播發(fā)精密星歷，取代現(xiàn)有的ε技術(shù)降低精度以后的廣播星歷。
三、太陽光壓對(duì)GPS衛(wèi)星產(chǎn)生攝動(dòng)加速度。
太陽光壓對(duì)衛(wèi)星產(chǎn)生攝動(dòng)影響衛(wèi)星的軌道，它是精密定軌的較主要誤差源。太陽光壓對(duì)衛(wèi)星產(chǎn)生的攝動(dòng)加速度受太陽與地球間距離的變化(地球軌道偏心距)而引起太陽輻射壓力的變化，也與太陽光強(qiáng)度、衛(wèi)星受到的照射面程和照射面積與太陽的幾何關(guān)系及照射面的反射和吸收特性有關(guān)，由于衛(wèi)星表面材料的老化、衛(wèi)星姿態(tài)控制的誤差等也使太陽光壓發(fā)生變化。已有的太陽光壓改正模型有：標(biāo)準(zhǔn)光壓模型、多項(xiàng)式光壓模型和ROCK4光壓攝動(dòng)模型，這幾種光壓模型精度基本上相當(dāng)，可以滿足1m定軌的要求。較近有人提出，用附加隨機(jī)過程參數(shù)的方法或者對(duì)較長(zhǎng)的軌道用一階三角多項(xiàng)式逼近非模型化的長(zhǎng)期項(xiàng)影響，可得到更理想的結(jié)果，甚至可以滿足0.1～0.2m精度的定軌要求。
四、電離層的信號(hào)傳播延遲電離層引起碼信號(hào)傳播延遲，它與沿衛(wèi)星和用戶接收機(jī)視線方向上的電子密度有關(guān)，在垂直方向上延遲值在夜間平均可達(dá)3m左右，白天可達(dá)15m，在低仰角情況下分別可達(dá)9m和45m，在反常時(shí)期這個(gè)值還會(huì)加大。為了削弱電離層延遲所引起的定位精度損失，在長(zhǎng)基準(zhǔn)測(cè)量中用雙頻接收機(jī)采集GPS數(shù)據(jù)，對(duì)觀測(cè)成果進(jìn)行實(shí)時(shí)電離層延遲改正，可以獲得很好的效果。對(duì)于單頻接收機(jī)的用戶，雖然可以用數(shù)學(xué)模型進(jìn)行改正，但其殘差仍然很大。也可以用提高衛(wèi)星高度截止角減少其影響。在赤道和地極附近存在著嚴(yán)重的電離層赤道擾動(dòng)和地極擾動(dòng)。因而，利用雙頻GPS接收機(jī)觀測(cè)，只適用于沒有電離層擾動(dòng)的中緯度地區(qū)來進(jìn)行電離層改正。赤道擾動(dòng)。較壞的電離層影響是在赤道附近。強(qiáng)烈影響大概在±10°以內(nèi)的區(qū)域，此影響可延續(xù)至赤道兩邊的±30°。擾動(dòng)一般在日落到午夜發(fā)生，延續(xù)到第二天黎明。它是由電離層中電子含量小規(guī)模無規(guī)律引起的，它有幾米到幾千米的波長(zhǎng)，這些無規(guī)律的電子密度能夠產(chǎn)生衍射和反射效應(yīng)，接收的信號(hào)能使相位和振幅變異，它能妨礙GPS衛(wèi)星信號(hào)跟蹤，引起周跳。甚至基線在10km以內(nèi)時(shí)，強(qiáng)烈的電子水平分布梯度能使模糊度解算不能進(jìn)行。地極擾動(dòng)。它沒有赤道附近那么強(qiáng)烈，它的發(fā)生與磁暴活動(dòng)有關(guān)，它主要是位于磁緯的69°～70°的極光帶。在強(qiáng)磁暴期間，這些極光影響能延伸到中緯度地區(qū)，使周跳數(shù)增多。
五、對(duì)流層的信號(hào)傳播延遲對(duì)流層延遲是電磁波信號(hào)通過對(duì)流層時(shí)其傳播速度不同于真空中光速所引起的。分干大氣分量和濕大氣分量。在低仰角時(shí)它可以達(dá)到20m。其中干大氣分量約占80%～90%，可以用一定的模型大部分改正掉。溫大氣分量數(shù)值雖不大，但它隨緯度和高度的變化呈現(xiàn)出很大的變化，而且隨時(shí)間變化得非?？臁Ｓ捎诳諝庵械乃透蓺庀喈?dāng)難以預(yù)測(cè)，所以測(cè)量中往往測(cè)量的是干、濕分量混合體，故難以得到它的準(zhǔn)確值。到目前為止已開發(fā)出來了許多計(jì)算濕對(duì)流層延遲的實(shí)用模型，但對(duì)流層延遲仍為主要誤差源。對(duì)流層延遲與電離層延遲一樣，主要影響天頂方向，由于它們的相關(guān)性，在短基線測(cè)量中會(huì)很好的消除，在長(zhǎng)基線測(cè)量中采取雙頻接收機(jī)也能很好的減少其影響。對(duì)于對(duì)流層延遲，多用隨機(jī)過程模擬和濾波方法進(jìn)行參數(shù)估算及函數(shù)逼近方法模擬改正。好的數(shù)學(xué)模型改正，可以使基線天頂方向提高到水平方向(平面坐標(biāo))接近的水平。
六、多路徑誤差
多路徑誤差是指GPS信號(hào)射至其他的物體上又反射到GPS接收天線上，對(duì)GPS信號(hào)直接射至GPS接收天線上的直接波的干擾。多路徑誤差的大小，取決于反射波的強(qiáng)弱和用戶天線抗衡反射波的能力。用戶天線附設(shè)仰徑板，當(dāng)仰徑板半徑為40cm,天線高于1m至2m,可抑制多路徑影響。據(jù)大量資料的分析統(tǒng)計(jì)，多路徑誤差有以下危害：①當(dāng)邊長(zhǎng)小于10km時(shí)，主要誤差源是天線的對(duì)中誤差和多路徑誤差；
②多路徑誤差對(duì)點(diǎn)位坐標(biāo)的影響，在一般環(huán)境下可達(dá)5～9cm，在高反射環(huán)境下可達(dá)15cm;③在高反射環(huán)境(城鎮(zhèn)、水體旁、沙灘、飛機(jī)、艦船等)下，碼信號(hào)受多徑誤差的影響，可導(dǎo)致接收機(jī)的相位失鎖；
④實(shí)踐證明，觀測(cè)值中的很多周跳都是由于多路徑誤差引起的。接收機(jī)天線附近的水平面、垂直面和斜面都會(huì)使GPS信號(hào)產(chǎn)生鏡反射。天線附近的地形地物，例如道路、樹木、建筑物、池塘、水溝、沙灘、山谷、山坡等都能構(gòu)成鏡反射。因此，選擇GPS點(diǎn)位時(shí)應(yīng)特別注意避開這些地形地物，采取提高天線高度和其他防止多路徑誤差的措施。
七、周跳
1.周跳和周跳的產(chǎn)生。
周跳也稱為失周。在精密的GPS相對(duì)定位中采用的觀測(cè)值是相位觀測(cè)值。相位觀測(cè)值是接收機(jī)本機(jī)振蕩產(chǎn)生的相位與接收到的衛(wèi)星載波相位之差，在量測(cè)時(shí)，只能測(cè)到不足1周的小數(shù)部分(可準(zhǔn)到0.01周)。在理想條件下，接收機(jī)在鎖住衛(wèi)星后可保持跟蹤，從而測(cè)出包括整數(shù)部分的相位變化量，因此每個(gè)歷元的相位觀測(cè)量與接收機(jī)到衛(wèi)星的距離相差載波波長(zhǎng)的一個(gè)整數(shù)倍，它是一個(gè)固定不變的值，該整數(shù)被稱為整周模糊度，在解算時(shí)與其他參數(shù)一起求出。在實(shí)際觀測(cè)條件下，接收機(jī)往往會(huì)由于某種原因(如衛(wèi)星信號(hào)被擋住)對(duì)衛(wèi)星短時(shí)間失去跟蹤，在失去跟蹤時(shí)間內(nèi)相位的變化就不能被測(cè)出，稱為失周或失鎖，也稱為周跳。在短距離GPS基線定位中，大氣軌道誤差基本被抵消，電離層和對(duì)流層延遲由于它們的相關(guān)性也消除了大部分影響，失周大小能保持較好的整數(shù)特性，較容易處理。產(chǎn)生周跳的原因，可分為外部原因和接收機(jī)質(zhì)量問題。外部原因有：衛(wèi)星信號(hào)被天線附近的地形地物短時(shí)間遮擋；動(dòng)態(tài)測(cè)量時(shí)，由于載體運(yùn)動(dòng)速度太快或天線傾斜使信號(hào)丟失；由于多路徑誤差、電離層活動(dòng)加劇、對(duì)流層延遲影響，使衛(wèi)星信號(hào)的噪聲偏大而產(chǎn)生周跳。GPS接收機(jī)質(zhì)量不佳：衛(wèi)星信號(hào)在接收機(jī)電路中受干擾，導(dǎo)致信號(hào)丟失；接收機(jī)內(nèi)信號(hào)處理單元質(zhì)量不佳；接收機(jī)內(nèi)跟蹤環(huán)路設(shè)計(jì)不理想，在某些環(huán)境下，將使相位發(fā)生180°或90°位移，從而產(chǎn)生周跳或1/4周跳。
2.周跳對(duì)點(diǎn)位坐標(biāo)的影響
在GPS相位測(cè)量中，觀測(cè)數(shù)據(jù)中大于10周的周跳，在數(shù)據(jù)預(yù)處理時(shí)不難發(fā)現(xiàn)，可予以消除。然而，小于10周的周跳，特別是1～5周的周跳，以及半周跳和1/4周跳，不易發(fā)現(xiàn)，而對(duì)含有周跳的觀測(cè)值周跳的影響視為觀測(cè)的偶然誤差，因而嚴(yán)重影響坐標(biāo)的精度。
據(jù)拉查佩利的統(tǒng)計(jì)，一個(gè)周跳對(duì)經(jīng)度、緯度、高程的影響為
ΔＬ＝0.03～0.06m
ΔB＝0.10～0.18m
Δh＝0.14～0.16m
可見，即使只有一個(gè)衛(wèi)星存在一個(gè)周跳，也會(huì)對(duì)所測(cè)點(diǎn)產(chǎn)生幾厘米的誤差。由于一個(gè)點(diǎn)位坐標(biāo)是由4個(gè)以上衛(wèi)星所確定的，故周跳對(duì)點(diǎn)位坐標(biāo)的影響取決于以下因素：1.所測(cè)衛(wèi)星的數(shù)量；2.所測(cè)衛(wèi)星組成的幾何圖形；3.周跳影響各分量的大小和周跳次數(shù)。然而，即使只有一個(gè)衛(wèi)星殘存有一個(gè)周跳，也會(huì)使該次定位點(diǎn)位坐標(biāo)有幾毫米至幾厘米的誤差。由此可見，凡精度要求達(dá)到厘米級(jí)或分米級(jí)的GPS定位測(cè)量，都必須清除觀測(cè)數(shù)據(jù)中的全部周跳。
3.周跳的探測(cè)和修復(fù)周跳的處理可分為2步：從觀測(cè)數(shù)據(jù)中探測(cè)出全部周跳及將探測(cè)出的周跳加以全部修復(fù)。周跳的探測(cè)和修復(fù)都應(yīng)在觀測(cè)數(shù)據(jù)的預(yù)處理階段進(jìn)行。GPS相對(duì)定位中的失周處理是非常麻煩復(fù)雜的問題，因而應(yīng)盡量避免周跳的發(fā)生。為此，對(duì)于儀器本身應(yīng)通過儀器檢定，在測(cè)定其質(zhì)量確定可靠時(shí)才能用于測(cè)量作業(yè)，在測(cè)量作業(yè)中尤其應(yīng)防止多路徑的影響，避免失周的現(xiàn)象發(fā)生。對(duì)于周跳的探測(cè)和修復(fù)已有許多軟件處理方法。也可以用組成單差、雙差、3差和4差，根據(jù)組成高階差數(shù)后，周跳被成倍放大，階數(shù)越高，放大倍數(shù)越大的特性，能夠快速有效地探測(cè)出周跳。先進(jìn)的GPS接收機(jī)內(nèi)裝有“專用算法器”，可探測(cè)出大部分周跳，供處理數(shù)據(jù)時(shí)使用。避免和正確處理周跳，是提高GPS測(cè)量精度的關(guān)鍵。八、GPS測(cè)量?jī)x器的質(zhì)量檢定
上面已經(jīng)談到GPS接收機(jī)常存在鐘誤差、通道間的偏差、鎖相環(huán)延遲、碼跟蹤環(huán)偏差、天線相位中心偏差等。所以必須先了解儀器性能、工作特性及其可能達(dá)到的精度水平。它是制定GPS作業(yè)計(jì)劃的依據(jù)，也是GPS定位測(cè)量順利完成的重要保證。也就是說對(duì)GPS測(cè)量?jī)x器必須先進(jìn)行作業(yè)前的檢驗(yàn)，沒有檢驗(yàn)的儀器是不能用于作業(yè)的。測(cè)量型GPS接收機(jī)實(shí)測(cè)檢驗(yàn)項(xiàng)目有：①天線相位中心穩(wěn)定性測(cè)試；②內(nèi)部噪聲水平測(cè)試；③野外作業(yè)性能及不同測(cè)程精度指標(biāo)的測(cè)試。④頻標(biāo)穩(wěn)定性檢驗(yàn)和數(shù)據(jù)質(zhì)量的評(píng)價(jià)；⑤高低溫性能測(cè)試。
九、單、雙頻接收機(jī)比較。
單頻接收機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是：①需要電子元件較大，對(duì)微處理器的要求較低，不需要昂貴的互相關(guān)器或Z碼發(fā)生器，產(chǎn)品數(shù)量大，價(jià)格只有雙頻接收機(jī)的一半；
②不易出故障，平均無故障時(shí)間(MBFT)約為8000h;
③不受DODP碼保密的限制；
⑤ 邊長(zhǎng)短于10km時(shí)比雙頻結(jié)果精度高；
⑥ 功耗低，體積小，重量輕，給外業(yè)帶來方便。
缺點(diǎn)是：①點(diǎn)間距離超過20～30km時(shí)，定位精度受到電離層、對(duì)流層延遲的影響。凡點(diǎn)位相對(duì)精度要求2×10-6時(shí)，邊長(zhǎng)不宜超過20～30km。
②在快速靜態(tài)和動(dòng)態(tài)測(cè)量中觀測(cè)時(shí)間比雙頻接收機(jī)長(zhǎng)。
雙頻接收機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是：①可以基本消除電離層延遲對(duì)點(diǎn)位坐標(biāo)的影響，點(diǎn)間距離可達(dá)1000km;
②在快速靜態(tài)和動(dòng)態(tài)測(cè)量中觀測(cè)時(shí)間比單頻機(jī)短。單頻機(jī)的優(yōu)點(diǎn)則是雙頻機(jī)的主要缺點(diǎn)。十、結(jié)束語。
對(duì)于GPS控制網(wǎng)基線測(cè)量，基線長(zhǎng)度較短的情況下(10km左右，較大不超過20～30km)，GPS的軌道誤差(星歷誤差)，太陽光壓影響及美國(guó)SA技術(shù)基本對(duì)測(cè)量精度不發(fā)生影響(它只能影響單點(diǎn)定位和長(zhǎng)基線測(cè)量結(jié)果)。在作業(yè)過程中，在GPS接收機(jī)滿足作業(yè)精度要求的情況下，測(cè)量的主要誤差源是多路徑誤差、周跳和點(diǎn)位的對(duì)中誤差。作業(yè)中應(yīng)盡量避免它們的發(fā)生并減少其誤差。電離層延遲和對(duì)流層延遲主要影響基線測(cè)量?jī)牲c(diǎn)間的高差精度，兩點(diǎn)間高差愈大影響也愈大。如果改正公式和參數(shù)不恰當(dāng)，它可能產(chǎn)生每1m高差就有1mm的誤差，即1mm/m(誤差/高差)。電離層和對(duì)流層延遲對(duì)平面坐標(biāo)(L、B或X、Y)影響甚微，幾乎沒有影響。電離層和對(duì)流層延遲具有相關(guān)性，基線愈短相關(guān)性越強(qiáng)，在短基線測(cè)量中它們的影響會(huì)有很好的消除。這就是邊長(zhǎng)短于10km時(shí)，單頻結(jié)果比雙頻結(jié)果精度高的原因。
1GPS幾何定位原理
測(cè)量學(xué)中有測(cè)距交會(huì)確定點(diǎn)位的方法。同理GPS衛(wèi)星定位也是利用測(cè)距交會(huì)的原理確定點(diǎn)位。假設(shè)在地面上有三個(gè)無線電信號(hào)發(fā)射臺(tái)，其坐標(biāo)為已知，用戶接收機(jī)在某一時(shí)刻采用無線電測(cè)距的方法，分別測(cè)得接收機(jī)至三個(gè)發(fā)射臺(tái)的距離d1，d2，d3。只需以三個(gè)發(fā)射臺(tái)為球心，以d1，d2，d3為半徑做出三個(gè)定位球面，既可交會(huì)出用戶接收機(jī)的空間位置。反之利用3顆以上的衛(wèi)星已知位置又可交會(huì)出地面未知點(diǎn)(用戶接收機(jī))的位置。這就是GPS衛(wèi)星定位的基本原理一空間距離，后方交會(huì)。
在GPS定位中，GPS衛(wèi)星是高速運(yùn)動(dòng)的衛(wèi)星，其坐標(biāo)值隨時(shí)間在快速變化著。需要實(shí)時(shí)的由GPS衛(wèi)星信號(hào)測(cè)量出測(cè)站點(diǎn)至衛(wèi)星的距離，實(shí)時(shí)的由衛(wèi)星的導(dǎo)航電文解算出衛(wèi)星的坐標(biāo)值，并進(jìn)行測(cè)站點(diǎn)的定位。依據(jù)測(cè)距的原理，其定位原理與方法主要有偽距法定位、載波相位測(cè)量定位以及差分GPS定位等。對(duì)于待定點(diǎn)來說，根據(jù)其運(yùn)動(dòng)狀態(tài)可將GPS定位分為靜態(tài)定位和動(dòng)態(tài)定位。靜態(tài)定位指的是對(duì)于固定不動(dòng)的待定點(diǎn)，將GPS接收機(jī)安置于其上，觀測(cè)數(shù)分鐘及至更長(zhǎng)的時(shí)間，以確定該點(diǎn)的三維坐標(biāo)，又叫絕對(duì)定位。若以兩臺(tái)GPS接收機(jī)分別置于兩個(gè)固定不變的待定點(diǎn)上，則通過一定時(shí)間的觀測(cè)，可以確定兩個(gè)待定點(diǎn)之問的相對(duì)位置，又叫相對(duì)定位。而動(dòng)態(tài)定位則至少有一臺(tái)接收機(jī)處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，測(cè)定的是各觀測(cè)時(shí)刻(觀測(cè)歷元)運(yùn)動(dòng)中的接收機(jī)的點(diǎn)位(絕對(duì)點(diǎn)位或相對(duì)點(diǎn)位)。
2RTK技術(shù)在公路測(cè)量中的應(yīng)用
實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)(RTK)定位有快速靜態(tài)定位和動(dòng)態(tài)定位兩種測(cè)量模式，兩種定位模式相結(jié)合，在公路工程中的應(yīng)用可以覆蓋公路勘測(cè)、施工放樣、監(jiān)理和GIS地理信息系統(tǒng))前端數(shù)據(jù)采集。
2.1快速靜態(tài)定位模式要求GPs接收機(jī)在每一流動(dòng)站上，靜止的進(jìn)行觀測(cè)。在觀測(cè)過程中，同時(shí)接收基準(zhǔn)站和衛(wèi)星的同步觀測(cè)數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)解算整周未知數(shù)和用戶站的三維坐標(biāo)，如果解算結(jié)果的變化趨于穩(wěn)定，且其精度已滿足設(shè)計(jì)要求。便可以結(jié)束實(shí)時(shí)觀測(cè)。一般應(yīng)用在控制測(cè)量中，如控制網(wǎng)加密；若采用常規(guī)測(cè)量方法(如全站儀測(cè)量)，受客觀因素影響較大，在自然條件比較惡劣的地區(qū)實(shí)施比較困難，而采用RTK快速靜態(tài)測(cè)量，可起到事半功倍的效果。單點(diǎn)定位只需要5~l~n(隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，定位時(shí)間還會(huì)縮短)，不及靜態(tài)測(cè)量所需時(shí)間的五分之一，在公路測(cè)量中可以代替全站儀完成導(dǎo)線測(cè)量等控制點(diǎn)加密工作。
相對(duì)于常規(guī)的測(cè)量方法來講，GPS測(cè)量有以下特點(diǎn)：2.1測(cè)站之間無需通視。測(cè)站間相互通視一直是測(cè)量學(xué)的難題。GPS這一特點(diǎn)，使得選點(diǎn)更加靈活方便。但測(cè)站上空必須開闊，以使接收GPS衛(wèi)星信號(hào)不受干擾。2.2定位精度高。一般雙頻GPS接收機(jī)基線解精度為5mm 1ppm，而紅外儀標(biāo)稱精度為5mm 5ppm，GPS測(cè)量精度與紅外儀相當(dāng)，但隨著距離的增長(zhǎng)，GPS測(cè)量?jī)?yōu)越性愈加突出。大量實(shí)驗(yàn)證明，在小于50公里的基線上，其相對(duì)定位精度可達(dá)12×10-6，而在100～500公里的基線上可達(dá)10-6～10-7。
2.3觀測(cè)時(shí)間短。觀測(cè)時(shí)間短采用GPS布設(shè)控制網(wǎng)時(shí)每個(gè)測(cè)站上的觀測(cè)時(shí)間一般在30～40min左右，采用快速靜態(tài)定位方法，觀測(cè)時(shí)間更短。例如使用Timble4800GPS接收機(jī)的RTK法可在5s以內(nèi)求得測(cè)點(diǎn)坐標(biāo)。2.4提供三維坐標(biāo)。GPS測(cè)量在精確測(cè)定觀測(cè)站平面位置的同時(shí)，可以精確測(cè)定觀測(cè)站的大地高程。2.5操作簡(jiǎn)便。GPS測(cè)量的自動(dòng)化程度很高。目前GPS接收機(jī)已趨小型化和操作傻瓜化，觀測(cè)人員只需將天線對(duì)中、整平，量取天線高打開電源即可進(jìn)行自動(dòng)觀測(cè)，利用數(shù)據(jù)處理軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理即求得測(cè)點(diǎn)三維坐標(biāo)。而其它觀測(cè)工作如衛(wèi)星的捕獲，跟蹤觀測(cè)等均由儀器自動(dòng)完成。2.6全天候作業(yè)。GPS觀測(cè)可在任何地點(diǎn)，任何時(shí)間連續(xù)地進(jìn)行，一般不受天氣狀況的影響。通過以上對(duì)GPS測(cè)量的應(yīng)用事例的探討，可以看出GPS在公路工程的控制測(cè)量上具有很大的發(fā)展前景：
第一GPS作業(yè)有著極高的精度。它的作業(yè)不受環(huán)境和距離限制，非常適合于地形條件困難地區(qū)、局部重點(diǎn)工程地區(qū)等。
第二GPS測(cè)量可以大大提高工作及成果質(zhì)量。它不受人為因素的影響。整個(gè)作業(yè)過程全由微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)控制，自動(dòng)記錄、自動(dòng)數(shù)據(jù)預(yù)處理、自動(dòng)平差計(jì)算。
第三GPSRTK技術(shù)將徹底改變公路測(cè)量模式。RTK能實(shí)時(shí)地得出所在位置的空間三維坐標(biāo)。這種技術(shù)非常適合路線、橋、隧勘察。它可以直接進(jìn)行實(shí)地實(shí)時(shí)放樣、中樁測(cè)量、點(diǎn)位測(cè)量等。
第四GPS測(cè)量可以極大地降低勞動(dòng)作業(yè)強(qiáng)度，減少野外砍伐工作量，提高作業(yè)效率。一般GPS測(cè)量作業(yè)效率為常規(guī)測(cè)量方法的3倍以上。
第五GPS高精度高程測(cè)量同高精度的平面測(cè)量一樣，是GPS測(cè)量應(yīng)用的重要領(lǐng)域。特別是在當(dāng)前高等級(jí)公路逐漸向山嶺重丘區(qū)發(fā)展的形勢(shì)下，往往由于這些地區(qū)地形條件的限制，實(shí)施常規(guī)的幾何水準(zhǔn)測(cè)量有困難，GPS高程測(cè)量無疑是一種有效的手段。通過GPS在測(cè)量中的應(yīng)用，得到如下體會(huì)。
（1）GPS控制網(wǎng)選點(diǎn)靈活，布網(wǎng)方便，基本不受通視、網(wǎng)形的限制，特別是在地形復(fù)雜、通視困難的測(cè)區(qū)，更顯其優(yōu)越性。但由于測(cè)區(qū)條件較差，邊長(zhǎng)較短（平均邊長(zhǎng)不到300m），基線相對(duì)精度較低，個(gè)別邊長(zhǎng)相對(duì)精度大于1／10000。因此，當(dāng)精度要求較高時(shí)，應(yīng)避免短邊，無法避免時(shí)，要謹(jǐn)慎觀測(cè)。
（2）GPS接收機(jī)觀測(cè)基本實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化、智能化，且觀測(cè)時(shí)間在不斷減少，大大降低了作業(yè)強(qiáng)度，觀測(cè)質(zhì)量主要受觀測(cè)時(shí)衛(wèi)星的空間分布和衛(wèi)星信號(hào)的質(zhì)量影響。但由于各別點(diǎn)的選定受地形條件限制，造成樹木遮擋，影響對(duì)衛(wèi)星的觀測(cè)及信號(hào)的質(zhì)量，經(jīng)重測(cè)后通過。因此，應(yīng)嚴(yán)格按有并關(guān)要求選點(diǎn)，擇較佳時(shí)段觀測(cè)，注意手機(jī)、步話機(jī)等設(shè)備的使用。
（3）GPS測(cè)量的數(shù)據(jù)傳輸和處理采用隨機(jī)軟件完成，只要保證接收衛(wèi)星信號(hào)的質(zhì)量和已知數(shù)據(jù)的數(shù)量、精度，即可方便地求出符合精度要求的控制點(diǎn)三維坐標(biāo)。但由于聯(lián)測(cè)已知高程點(diǎn)較少（僅聯(lián)測(cè)5個(gè)），致使的控制點(diǎn)高程精度較低。因此，要保證控制點(diǎn)高程的精度，必須聯(lián)測(cè)足夠的已知高程點(diǎn)。．
3 GPS測(cè)量的外業(yè)實(shí)施
（1）選點(diǎn) GPS測(cè)量測(cè)站點(diǎn)之間不要求一定通視，圖形結(jié)構(gòu)也比較靈活，因此，點(diǎn)位選擇比較方便。但考慮GPS測(cè)量的特殊性，并顧及后續(xù)測(cè)量，選點(diǎn)時(shí)應(yīng)著重考慮：①每點(diǎn)較好與某一點(diǎn)通視，以便后續(xù)測(cè)量工作的使用；②點(diǎn)周圍高度角15°以上不要有障礙物，以免信號(hào)被遮擋或吸收；③點(diǎn)位要遠(yuǎn)離大功率無線電發(fā)射源、高壓電線等，以免電磁場(chǎng)對(duì)信號(hào)的干擾；④點(diǎn)位應(yīng)選在視野開闊、交通方便、有利擴(kuò)展、易于保存的地方，以便觀測(cè)和日后使用；⑤選點(diǎn)結(jié)束后，按要求埋設(shè)標(biāo)石，并填寫點(diǎn)之記。
（2）觀測(cè) 根據(jù)GPS作業(yè)調(diào)度表的安排進(jìn)行觀測(cè)，采取靜態(tài)相對(duì)定位，衛(wèi)星高度角15°，時(shí)段長(zhǎng)度45min，采樣間隔10s。在3個(gè)點(diǎn)上同時(shí)安置3臺(tái)接收機(jī)天線（對(duì)中、整平、定向），量取天線高，測(cè)量氣象數(shù)據(jù)，開機(jī)觀察，當(dāng)各項(xiàng)指標(biāo)達(dá)到要求時(shí)，按接收機(jī)的提示輸入相關(guān)數(shù)據(jù)，則接收機(jī)自動(dòng)記錄，觀測(cè)者填寫測(cè)量手簿。
