1、幾種現(xiàn)代 GPS 測量方法和技術(shù)隨著科技的發(fā)展，GPS 測量技術(shù)和方法也在不斷的改進和更新，目前用得最多的 GPS 測量技術(shù)方法有如下幾種：靜態(tài)和快速靜態(tài)定位，差分 GPS,RTK,網(wǎng)絡(luò) RTK 技術(shù)等等，下面將逐一介紹：1.靜態(tài)與快速靜態(tài)定位技術(shù)所謂靜態(tài)定位，就是在進行 GPS 定位時，認為接收機的天線在整個觀測進程中的位置是保持不變的。也就是說，在數(shù)據(jù)處理時，將接收機天線的位置作為一個不隨時間的改變而改變的量。在測量中，靜態(tài)定位一般用于高精度的測量定位，其具體觀測模式是多臺接收機在不同的觀測站上進行靜止同步觀測，觀察時間有幾分鐘、幾小時到數(shù)十小時不等。由于普通的靜態(tài)定位技術(shù)需要的觀測時間較

2、長，影響了其在低等級控制測量（如三四等控制測量，I、II 級導線等）中的競爭力，從而產(chǎn)生了快速靜態(tài)定位技術(shù)。快速靜態(tài)利用載波相位觀測值本身的具有的毫米級或更好的精度，故只需一個或少數(shù)幾個歷元的觀測值就可滿足厘米級定位的需求。目前快速靜態(tài)定位主要有下列兩種方法。goandstop 法該法是首先通過初始化來確定基準站和流動站間的雙差整周模糊度。然后要求流動站在遷站過程中保持對衛(wèi)星的連續(xù)跟蹤。這樣我們就利用在連續(xù)跟蹤過程中整周模糊度保持固定不變的特性將其傳遞到待定點去。由于在待定點上無需重新確定整周模糊度，故有幾個歷元的載波相位觀測值即可在短基線上獲得厘米級精度的相對定位結(jié)果。FARA 法該法在觀測

3、值非常多時，可以大大減少計算工作量。采用這種方法時所需的觀測時間稍長，例如雙頻觀測時 5-10 分鐘，單頻觀測時 10-20 分鐘。但遷站時無需開機，只需像普通靜態(tài)定位那樣組織觀測即可。2、差分 GPS 與偽距差分原理根據(jù)差分 GPS 基準站發(fā)送的信息方式差分 GPS 定位可分為：位置差分、偽距差分、相位平滑偽距差分、載波相位差分。它們都是由基準站發(fā)送改正數(shù)，由移動站接收并對其測量結(jié)果進行修正。以獲得精確的定位結(jié)果。所不同的是，發(fā)送改正數(shù)的具體內(nèi)容不一樣。其差分定位精度也不同。下面?zhèn)尉嗖罘譃槔饕越榻B：偽距差分是目前最廣泛采用的一種技術(shù)。幾乎所有的商用差分 GPS 接收機均采用這種技術(shù)。在基準

4、站上的接收機計算得它至可見衛(wèi)星的距離，并將此計算出的距離與含有誤差的測量值加以比較。然后將所有衛(wèi)星的測距誤差傳輸給用戶，用戶利用此測距誤差來修正測量的偽距，再利用修正后的偽距求解出自身的位置，就可消去公共誤差，提高定位精度。基準立的 GPS 接收機測量出全部衛(wèi)星的偽距 pi 和收集全部衛(wèi)星的星歷文件（A,e,3,i,t 等）。同時利用每一時刻計算的衛(wèi)星地心坐標和基準站的已知地心坐標反求出每一時刻到基準站的估 at 距離Di:Di=式中上標 i 表示第 i 顆衛(wèi)星，下同。基準站 GPS 接收機測量的偽距 pi,包括各種誤差，與估計距離 Di 求差可以得到偽距的改正數(shù)。蟲戶1=D1-*1同時可求出

5、偽距改正數(shù)的變化率基準站將 Api 和 pi 傳送給移動站，移動站測量出的偽距再加上以上的改正數(shù)，便求得經(jīng)過改正的偽距：段二只+奶飛)利用修正后的偽距，只要觀測 4 顆以上的衛(wèi)星就可以按下式計算移動站的坐標。式中，為鐘差，為接收機噪聲。這種差分的優(yōu)點如下：(1)由于計算的偽距改正數(shù)是直接在 WGS84 坐標系上進行的，這就是說得到的是直接改正數(shù)，不用先變換為當?shù)刈鴺耍虼四苓_到很高的精度。(2)這種改正數(shù)能提供pi和Api,這使得在未得到改正數(shù)的空隙內(nèi)，繼續(xù)進行精密定位。這達到了RTCMSC-104 所制定的標準。(3)基準站能提供所有衛(wèi)星的改正數(shù)，而用戶可允許接收任意 4 顆衛(wèi)星進行改正，不

6、必擔心兩者是否完全相同。因此，用戶可采用具有差分功能的簡易接收機即可。3、RTK 定位技術(shù)RTK 定位技術(shù)就是基于載波相位觀測值的實時動態(tài)定位技術(shù)，它能夠?qū)崟r地提供測站點在指定坐標系中的三維定位結(jié)果，并達到厘米級精度。在 RTK 作業(yè)模式下，基準站通過數(shù)據(jù)鏈將其觀測值和測站坐標信息一起傳送給流動站。流動站不僅通過數(shù)據(jù)鏈接收來自基準站的數(shù)據(jù)，還要采集 GPS 觀測數(shù)據(jù)，并在系統(tǒng)內(nèi)組成差分觀測值進行實時處理，同時給出厘米級定位結(jié)果，歷時不到一秒鐘。流動站可處于靜止狀態(tài)，也可處于運動狀態(tài)；可在固定點上先進行初始化后再進入動態(tài)作業(yè)，也可在動態(tài)條件下直接開機，并在動態(tài)環(huán)境下完成周模糊度的搜索求解。在整周

7、末知數(shù)解固定后，即可進行每個歷元的實時處理，只要能保持四顆以上衛(wèi)星相位觀測值的跟蹤和必要的幾何圖形，則流動站可隨時給出厘米級定位結(jié)果。RTK 技術(shù)的關(guān)鍵在于數(shù)據(jù)處理技術(shù)和數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，RTK 定位時要求基準站接收機實時地把觀測數(shù)據(jù)(偽距觀測值，相位觀測值)及已知數(shù)據(jù)傳輸給流動站接收機，數(shù)據(jù)量比較大，一般都要求 9600 的波特率，但這在無線電上是不難實現(xiàn)的。4.網(wǎng)絡(luò) RTK 技術(shù)GPS 的網(wǎng)絡(luò) RTK 也稱基站 RTK,它的出現(xiàn)將使一個地區(qū)的所有測繪工作成為一個有機的整體， 結(jié)束了以前GPS 作業(yè)單打獨斗的局面。同時它將大大擴展 RTK 的作業(yè)范圍。使 GPS 的應(yīng)用更廣泛.精度和可靠性將進一

8、步提高，使從前許多 GPS 無法完成的任務(wù)成為可能。最重要的是.在具備了上述優(yōu)點的同時，建立 GPS 網(wǎng)絡(luò)成本得以極大的降低。網(wǎng)絡(luò) RTK 的基本原理是在一個較大的區(qū)城內(nèi)能稀疏地、較均勻地布設(shè)多個基準站，構(gòu)成一個基準站網(wǎng)，然后借鑒廣域差分 GPS 和具有多個基準立的局域差分 GPS 中的基本原理和方法來設(shè)法消除或削弱各種系統(tǒng)誤差的影響，獲得高精度的定位結(jié)果。網(wǎng)絡(luò) RTK 是由基淮站網(wǎng)、 數(shù)據(jù)處理中心和數(shù)據(jù)通信線路組成的。 基準站上應(yīng)配備雙頻全波長 GPS 接收機。該接收機最好能同時提供精確的雙頻偽距觀測值。基準站的站坐標應(yīng)精確已知。其坐標可采用長時間 GPS 靜態(tài)相對定位等方法來確定。此外，這

9、些站還應(yīng)配備數(shù)據(jù)通信設(shè)備及氣象儀器等。基準站應(yīng)按規(guī)定的采樣率進行連續(xù)觀測，并通過數(shù)據(jù)通信鏈實時將觀測資料傳送給數(shù)據(jù)處理中心。數(shù)據(jù)處理中心根據(jù)流動立送來的近似坐標(可據(jù)偽距法單點定位求得)判斷出該站位于由哪三個基準站所組成的三角形內(nèi)。然后根據(jù)這三個基準站的觀測資料求出流動站處所受到的系統(tǒng)誤差，并播發(fā)給流動用戶來進行修正以獲得精確的結(jié)果。有必要時可將上述過程迭代一次。基準站與數(shù)據(jù)處理中心間的數(shù)據(jù)通信可采用數(shù)字數(shù)據(jù)網(wǎng) DON 或無線通信等方法進行。流動站和數(shù)據(jù)處理中心間的雙向數(shù)據(jù)通信則可通過移動電活 GSM、GPRS 等方式進行。其中 VRS 是網(wǎng)絡(luò) RTK 中一種很好的方法。當流動站離基準站較遠時

10、，由于兩站間的誤差相關(guān)性減小，殘余的衛(wèi)星星歷誤差、電離層延遲、對流層延遲等偏差對相對定位的影響增加，從而使常規(guī) RTK 的定位精度降低。為解決這一問題.就必須增設(shè)一些基準站，以便用戶能利用這些基準站所提供的信息采用一定的算法來消除或大幅削弱這些偏差項所造成的影響。VRS 則是設(shè)法在流動站附近建立一個虛擬的基準站，并根據(jù)周圍各基準站上的實際觀測值算出該虛擬基準站上的虛擬觀測值。由于虛擬站離流動站很近.一般僅相距數(shù)米至數(shù)十米。故動態(tài)用戶只需采用常規(guī) RTK 技術(shù)就能與虛擬基準站進行實時相對定位，從而獲得較準確的定位結(jié)果。我國第一個實時型 VRS 當屬于廣東省深圳市。深圳 VRS 又稱為 szcor

11、s,由 5 個永久基準站組成，基準站分布如下圖所示。目前該網(wǎng)已投入與運行，市場反應(yīng)良好。關(guān)于RTK的工作原理和精度分析（以南方RTK為例）經(jīng)常有一些客戶會打電話給我詢問一些有關(guān) RTK 的精度問題，根據(jù)我的總結(jié)，這些客戶對 RTK 的原理掌握不夠深刻，對一些能反映 RTK 精度的指標也理解不透.在此我對 RTK 的原理及精度簡要的闡述一下，希望能拋磚引玉，對大家有所幫助.RTK 是實時動態(tài)測量，其工作原理可分為兩部分闡述。一、實時載波相位差分我們知道，在利用 GPS 進行定位時,會受到各種各樣因素的影響（見上節(jié)中的 GPS 誤差源）,為了消除這些誤差源，必須使用兩臺以上的 GPS 接收機同步工

12、作.GPS 靜態(tài)測量的方法是各個接收機獨立觀測，然后用后處理軟件進行差分解算。那么對于 RTK 測量來說，仍然是差分解算，只不過是實時的差分計算。也就是說，兩臺接收機（一臺基準站，一臺流動站）都在觀測衛(wèi)星數(shù)據(jù)，同時，基準站通過其發(fā)射電臺把所接收的載波相位信號（或載波相位差分改正信號）發(fā)射出去；那么，流動站在接收衛(wèi)星信號的同時也通過其接收電臺接收基準站的電臺信號；在這兩信號的基礎(chǔ)上，流動站上的固化軟件就可以實現(xiàn)差分計算，從而精確地定出基準站與流動站的空間相對位置關(guān)系。在這一過程中，由于觀測條件、信號源等的影響會有誤差，即為儀器標定誤差，一般為平面 1cm+1ppm,高程 2cm+1ppm.二、坐

13、標轉(zhuǎn)換空間相對位置關(guān)系不是我們要的最終值，因此還有一步工作就是把空間相對位置關(guān)系納入我們需要的坐標系中。GPS 直接反映的是 WGS-84 坐標，而我們平時用的則是北京 54 坐標系或西安 80 坐標系，所以要通過坐標轉(zhuǎn)換把 GPS 的觀測成果變成我們需要的坐標。這個工作有多種模型可以實現(xiàn)，我們的軟件采用的是平面與高程分開轉(zhuǎn)換，平面坐標轉(zhuǎn)換采用先將 GPS 測得成果投影成平面坐標，再用已知控制點計算二維相似變換的四參數(shù)，高程則采用平面擬合或二次曲面擬合模型，利用已知水準點計算出該測區(qū)的待測點的高程異常，從而求出他們的高程。坐標轉(zhuǎn)換也會帶來誤差，該項誤差主要取決于已知點的精度和已知點的分布情況。

14、從上可以看出，RTK 的測量精度包括兩個部分，其一是 GPS 的測量誤差，其二是坐標轉(zhuǎn)換帶來的誤差。對于南方 RTK 設(shè)備來說，這兩項誤差都能夠反映，GPS 的測量誤差在實時測量時可以從手簿上的工程之星中看得到（HRMS 和 VRMS）.對于坐標轉(zhuǎn)換誤差來說，又可能有兩個誤差源，一是投影帶來的誤差，二是已知點誤差的傳遞。當用三個以上的平面已知點進行校正時，計算轉(zhuǎn)換四參數(shù)的同時會給出轉(zhuǎn)換參數(shù)的中誤差（北方向分量和東方向分量，必須通過控制點坐標庫進5cm） ,而在采集點時實時顯示的測量誤差在標稱精度范圍之內(nèi)，則可以判定是已知點的問題（有可能找錯點或輸錯點），有可能已知點的精度不夠，也有可能已知點的分布不均勻。當平面已知點只有兩個時，則只能滿足計算坐標轉(zhuǎn)換四參數(shù)的必要條件，無多余條件，也就不能給出坐標轉(zhuǎn)換的精度評定，此時，可以從查看四參數(shù)中的尺度比 p 來檢驗坐標轉(zhuǎn)換的精度，該值理