浅谈GPS在锦州地籍控制测量中的应用
来源:用户上传
作者:
摘要：随着测绘技术的不断发展，空间大地测量技术越来越受重视，其中GPS定位技术在测量各个领域得到了广泛的应用。原来的经典测量方法越来越受其空间性和时限性限制，而GPS测量技术正是突破了经典测量中的种种限制，达到全天候采集和不受空间通视条件等限制，作业效率大幅度提高，特别在地籍控制测量中，由于建筑物密集等干扰因素，常规测量方法费时且精度有限，GPS更是得到充分应用。本文通过锦州GPS控制网建立，系统的阐述了GPS在地籍控制测量应用中的整个过程
关键词： GPS 卫星星座 导航技术 定位
中图分类号：P185.18 文献标识码：A 文章编号：
0 前言
随着科学技术突飞猛进的发展，GPS 卫星定位技术给测绘工作带来了革命性的变化，也给控制测量工作，特别是地籍控制测量工作带来了巨大的影响。利用GPS 技术进行地籍控制测量，没有常规三角网（锁）布设时要求近似等边及精度估算偏低时应加测对角线或增设起始边等繁琐要求，只要使用的GPS 仪器精度与等级控制精度匹配，控制点位的选取符合GPS 点位选取要求，那么所布设的GPS网精度就完全能够满足地籍测量规程要求。
1 GPS基本概念
全球定位系统（Global Positioning System，GPS）是美国从上世纪70年代开始研制，历时20年，于1994年全面建成的利用导航卫星进行测时和测距，具有在海、陆、空进行全方位实时三维导航与定位能力的新一代卫星导航与定位系统。它是继阿波罗登月计划、航天飞机后的美国第三大航天工程。如今，GPS已经成为当令世界上最实用，也是应用最广泛的全球精密导航、指挥和调度系统。
2 GPS结构组成
GPS系统主要包括有三大组成部分即空间星座部分、地面监控部分和用户设备部分。
（1） 空间星座部分
由21颗工作卫星和3颗在轨备用卫星组成GPS卫星星座。24颗卫星均匀分布在6个轨道平面内，轨道平面相对于赤道平面的倾角为55°，各个轨道平面之间交角60°。每个轨道平面内的各卫星之间的交角90°，任一轨道平面上的卫星比西边相邻轨道平面上的相应卫星超前30°。
当地球对恒星来说自转一周时，GPS卫星绕地球运行二周，即绕地球一周的时间为12恒星时。这样，对于地面观测者来说，每天将提前4分钟见到同一颗GPS卫星。每颗卫星每天约有5个小时在地平线以上，同时位于地平线以上的卫星数量随着时间和地点的不同而不同，最少可见到4颗，最多可见到11颗。在用GPS信号导航定位时，为了计算观测站的三维坐标，必须观测4颗GPS卫星，称为定位星座。这4颗卫星在观测过程中的几何位置分布对定位精度有一定的影响。对于某地某时，甚至不能测得精确的点位坐标，这种时间段叫做“间隙段”。但这种时间间隙段是很短暂的，并不影响全球绝大多数地方的全天候、高精度、连续实时的导航定位测量。GPS工作卫星的编号和试验卫星基本相同。
（2）地面监控部分
GPS工作卫星的地面监控系统目前主要由分布在全球的一个主控站、三个信息注入站和五个监测站组成。对于导航定位来说，GPS卫星是一动态已知点。星的位置是依据卫星发射的星历——描述卫星运动及其轨道的参数算得的。每颗GPS卫星所播发的星历，是由地面监控系统提供的。卫星上的各种设备是否正常工作，以及卫星是否一直沿着预定轨道运行，都要由地面设备进行监测和控制。
地面监控系统另一重要作用是保持各颗卫星处于同一时间标准——GPS时间系统。这就需要地面站监测各颗卫星的时间，求出时钟差。然后由地面注入站发给卫星，卫星再由导航电文发给用户设备。GPS的空间部分和地面监控部分是用户广泛应用该系统进行导航和定位的基础，均为美国所控制。
（3）用户设备部分
GPS信号接收机的任务是：能够捕获到按一定卫星高度截止角所选择的待测卫星的信号，并跟踪这些卫星的运行，对所接收到的GPS信号进行变换、放大和处理，以便测量出GPS信号从卫星到接收机天线的传播时间，解译出GPS卫星所发送的导航电文，实时地计算出观测站的三维位置，甚至三维速度和时间，最终实现利用GPS进行导航和定位的目的。
3 GPS定位原理
GPS系统采用高轨测距体制，以观测站至GPS卫星之间的距离作为基本观测量。为了获得距离观测量，主要采用两种方法：一是测量GPS卫星发射的测距码信号到达用户接收机的传播时间，即伪距测量；一是测量具有载波多普勒频移的GPS卫星载波信号与接收机产生的参考载波信号之间的相位差，即载波相位测量。采用伪距观测量定位速度最快，而采用载波相位观测量定位精度最高。通过对4颗或4颗以上的卫星同时进行伪距或相位的测量即可推算出接收机的三维位置。
按定位方式，GPS定位分为单点定位和相对定位（差分定位）。单点定位就是根据一台接收机的观测数据来确定接收机位置的方式，它只能采用伪距观测量。相对定位（差分定位）是根据两台以上接收机的观测数据来确定观测点之间的相对位置的方法，它既可采用伪距观测量也可采用相位观测量。
静态定位中，GPS接收机在捕获和跟踪GPS卫星的过程中固定不变，接收机高精度地测量GPS信号的传播时间，利用GPS卫星在轨的已知位置，解算出接收机天线所在位置的三维坐标。接收机硬件和机内软件以及GPS数据的后处理软件包，构成完整的GPS用户设备。GPS接收机的结构分为天线单元和接收单元两大部分。对于观测大地型接收机来说，两个单元一般分成两个独立的部件，观测时将天线单元安置在观测站上，接收单元置于观测站附近的适当地方，用电缆线将两者连接成一个整机。也有的将天线单元和接收单元制作成一个整体，观测时将其安置在测站点上。
4 锦州地籍控制网工程概况及控制测量
（1）工程概况
为满足锦州市地籍需要，在锦州市区内135平方公里范围内进行三等GPS网测量。本测区位于辽宁省西南部，北依松岭山脉，南临渤海辽东湾，扼“辽西走廊”东端，为古往今来南北通衢与商埠。西邻葫芦岛市，西北接朝阳市，北接阜新市，东连沈阳、鞍山两市，东南邻盘锦市，南临渤海辽东湾。
（2）控制测量
根据设计要求，本测区布设三等GPS控制网作为基础控制。测区共布设59个三等GPS控制点，控制210Km 2的范围。三等GPS控制网采用GPS静态定位模式，布网采用同步环、异步环进行施测，网结构采用边联式。外业依据参照①《全球定位系统城市测量规范》；②《城市测量规范》；
5 GPS测量的内业数据处理
锦州市地籍测量三等控制网，共联测8个II等已知点、施测三等GPS点59个,采用中海达HD-5800G型接收机(6台)进行静态测量，其平面测量标称精度5 mm + 1 ppm，高程测量标称精度10 mm + 2 ppm。所有控制点上采集数据其卫星高度角均≥15°，有效观测卫星数均≥5，采样时间均≥60分钟，PDOP≤6，数据采样率为10秒/历元。此次观测的所有GPS数据均在中海达GPS数据后处理软件HDS2003中进行基线解算及网平差。
5.1基线解算
所有基线解均为双差固定解，平均边长为4.07km，二维约束平差最大点位中误差为8.6mm；最弱边长相对中误差1:289303。
5.2 网平差计算
整个网由88个同步环和104个异步环组成，同步环最大闭合差33.8mm，最大相对闭合差1.99ppm；异步环最大闭合差21.8mm，最大相对闭合差3.39ppm。
6 结束语
GPS作为测量中一种测绘技术，具有许多优点，如操作简便、减少人力费用、全天候作业、定位精度高而且进行整网平差后的控制点点位误差比较均匀，同时也存在卫星可见度、信号屏蔽等问题。随着技术的不断发展，其在测量领域中使用会更加广泛。
参考文献
[1] 刘大杰.全球定位系统(GPS)的原理与数据处理[M].上海:同济大学出版社,1996.
[2] 王广运,郭秉义.差分GPS定位技术与应用[M].北京:电子工业出版社,
[3] 乔仰文,赵长胜.GPS卫星定位原理及其在测绘中的应用[M].北京:教育科学出版社,2003.
转载注明来源:https://www.xzbu.com/2/view-4260634.htm
