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摘要 对GPS测量技术和方法及GPS动态后处理(Post ProcessingKinetic)原理和在高速公路线性测量作业的过程进行介绍，并对GPS动态后处理作业模式与GPS—RTK作业模式进行比较。
关键词 GPS；GPS—RTK；GPS-PPK；PPK与RTK
中图分类号 P217 文献标识码 A 文章编号 1005-6432(2009)27-0070-02
1 GPS测量技术和方法
随着科技的发展，GPS测量技术和方法也在不断地改进和更新，目前用得最多的GPS测量技术和方法有如下几种：静态和快速静态定位，动态差分GPS，GPS—RTK，GPS-PPK技术等。
1，1静态与快速静态定位技术
所谓静态定位，就是在进行GPS定位时，认为接收机的天线在整个观测进程中的位置是保持不变的。也就是说，在数据处理时，将接收机天线的位置作为一个不随时间的改变而改变的量。在测量中，静态定位一般用于高精度的测量定位，其具体观测模式是多台接收机在不同的观测站上进行静止同步观测，观察时间由几十分钟、几小时到数十小时不等。
由于普通的静态定位技术需要的观测时间较长，影响了其在低等级控制测量中的竞争力，从而产生了快速静态定位技术。快速静态利用载波相位观测值本身具有的毫米级或更高的精度，故只需几分钟的观测就可满足厘米级定位的需求。
1，2动态差分GP5原理
伪距差分是目前采用最广泛的一种技术。几乎所有的商用差分GPS接收机均采用这种技术。在基准站上的接收机计算得它至可见卫星的距离，并将此计算出的距离与含有误差的测量值加以比较。然后将所有卫星的测距误差传输给用户，用户利用此测距误差来修正测量的伪距，再利用修正后的伪距求解出自身的位置，就可消去公共误差，提高定位精度。
这种差分的优点如下：
(1)由于计算的伪距改正数是直接在WGS－84坐标系上进行的，这就是说得到的是直接改正数，不用先变换为当地坐标，因此能达到很高的精度。
(2)基准站能提供所有卫星的改正数，而用户可允许接收任意四颗卫星进行改正，不必担心两者是否完全相同。因此，用户可采用具有差分功能的简易接收机即可。
1，3 GP5-RTK定位技术
RTK定位技术就是基于载波相位观测值的实时动态定位技术，能够实时地提供测站点在指定坐标系中的三维定位结果，并达到厘米级精度。在RTK作业模式下，基准站通过数据链将其观测值和测站点坐标信息一起传送给流动站。流动站不仅通过数据链接收来自基准站的数据，还要采集GP$观测数据，并在系统内组成差分观测值进行实时处理，一般几秒钟就可固定整周未知数解，同时给出厘米级定位结果。流动站可处于静止状态，也可处于运动状态；可在固定点上先进行初始化后再进入动态作业，也可在动态条件下直接开机，并在动态环境下完成整周模糊度的搜索求解。在整周未知数解固定后，即可进行每个历元的实时处理，只要能保持五颗以上卫星相位观测值的跟踪和必要的几何图形，则流动站可随时给出厘米级定位结果。RTK技术的关键在于数据处理技术和数据传输技术，RTK定位时要求基准站接收机实时地把观测数据(伪距观测值，相位观测值)及已知数据传输给流动站接收机，数据量比较大。数据传输可通过数传电台、GSM网络以及GPRS网络等来实现。
1，4 GP5动态后处理(PPK)工作原理和作业过程
GPS动态后处理是利用载波相位进行事后差分的GPS定位技术，其系统由基准站和流动站组成。其主要作业过程包括外业观测数据和内业处理数据。外业观测数据：在已知点架设基准站，记录该站的GPS数据；在未知点架设流动站，通过几分钟初始化求解整周模糊度到GPS天线的波长数，测量一个未知点仅要三个历元，大约需要15秒钟。内业数据处理：将基准站和流动站数据导人电脑，利用相应的软件进行基线解算；PPK模式测量的坐标系统是WGS一84坐标系，若要得到北京54或当地坐标，需要求解WGS-84坐标系至北京54或当地坐标系的转换参数，将WGS-84坐标转换成北京54或当地坐标，方可完成。
2 GPS—PPK技术在高速公路测量中的应用(实例)
2，1任务与目的
对河南高速公路发展有限责任公司管辖范围长达2200公里正在运营的高速公路，采用GPS—PPK技术测量现有高速公路的中线、纵断面，拟合出公路的三维曲线，计算出百米桩的大地坐标。
2，2作业方法
将十台GPS接收机(设置为静态)分别架设在相邻的十个高速公路D级GPS控制网点上，卫星截止高度角设置为15度，数据采样率设置为1秒，并记录点名及开、关机时间。GPS流动站车开始沿高速公路左、右侧采集现有高速公路的中线、纵断面。GPS接收机设置为自动记录，点名自动累加1(若第一点为A000001，则第二点为A000002)，沿路采集现有高速公路的线型。
GPS流动站车的安装：首选带顶棚和前保险杠的车，将GPS天线固定在顶棚上，量取天线高。在前保险杠左前方安装定向装置，以利于GPS流动站车保持相对固定(沿高速公路中央分隔带边沿线)的行驶路线。根据正在运行的高速公路规定的最低行车速度60公里／小时，将车顶GPS设置为准动态模式，卫星截止高度角设置为15度，数据采样率设置为1秒，卫星状态及模式设置为自动。
2，3内业数据处理
基线解算采用LEICA公司SKI12，11版软件，解算方法与快速静态测量模式相同。为了保证GPS准动态测量的正确性，基线解算时保证每个流动站至少与两个固定站能够正确解算出整周未知数，若整周未知数未解出或解算不可靠，该点应舍弃。
2，4精度验证
为了检验GPS-PPK的精度，我们采用常规的GPS—RTK技术，对京珠高速漯河—驻马店(64公里)段作为检验路段，按每25米采集一个三维坐标点，和GPS流动站车一样沿高速公路左、右侧采集现有高速公路的中线、纵断面，拟合出公路的三维曲线。
两种方法所拟合出的公路三维曲线基本重合点位最大偏差在15mm内，高程最大偏差在18mm内。由此可以确定两种作业模式具有同样的精度。
3 GPS—PPK作业模式与GPS—RTK作业模式比较
GPS—RTK与GPS—PPK作业模式主要区别是一个是实时，一个是后处理。
GPS—RTK技术是利用载波相位进行实时差分的GPS定位技术，其系统由基准站、流动站和数据链组成。GPS—RTK的数据链主要有三种形式：数传电台、GSM网络以及GPRS网络。这三种形式都存在作业上的盲区，数传电台作用范围小，大约在10公里，容易受到高层建筑和山脉的阻挡，容易和别的无线通信信号相互干扰，同时设备沉重，加重外业测量的工作量；GSM网络和GPRS网络作用范围大，但增加了额外的通信费用，而且在没有手机信号的地方不能进行作业。
GPS-PPK技术是利用载波相位进行事后差分的GPS定位技术，没有数据链，因此不存在上述问题，所以比GPS—RTK作用范围大，成本相应地变小；尤其适合带状的路线测量工程。但同时GPS—PPK技术由于没有数据不能实现实时差分，在一些工程测量的应用受到限制，例如GPS—PPK技术不适用于施工放样。在实际的测量工程中，应该从工程的实际需要和提高作业效率方面着手。选择适当的GPS作业模式。
4 结论
GPS动态后处理技术的发展和成熟，使控制测量、工程测量等工程变得简便，是一种很好的测量手段。从上述实例可以看出正在运营的高速公路车流量大，车速快，采用GPS—PPK技术，既提高了作业速度，又节约了生产成本，关键是提高了人员、设备的安全系数。在以后的各项工程中应合理地利用这一测量手段。
关键词 GPS；GPS—RTK；GPS-PPK；PPK与RTK
中图分类号 P217 文献标识码 A 文章编号 1005-6432(2009)27-0070-02
1 GPS测量技术和方法
随着科技的发展，GPS测量技术和方法也在不断地改进和更新，目前用得最多的GPS测量技术和方法有如下几种：静态和快速静态定位，动态差分GPS，GPS—RTK，GPS-PPK技术等。
1，1静态与快速静态定位技术
所谓静态定位，就是在进行GPS定位时，认为接收机的天线在整个观测进程中的位置是保持不变的。也就是说，在数据处理时，将接收机天线的位置作为一个不随时间的改变而改变的量。在测量中，静态定位一般用于高精度的测量定位，其具体观测模式是多台接收机在不同的观测站上进行静止同步观测，观察时间由几十分钟、几小时到数十小时不等。
由于普通的静态定位技术需要的观测时间较长，影响了其在低等级控制测量中的竞争力，从而产生了快速静态定位技术。快速静态利用载波相位观测值本身具有的毫米级或更高的精度，故只需几分钟的观测就可满足厘米级定位的需求。
1，2动态差分GP5原理
伪距差分是目前采用最广泛的一种技术。几乎所有的商用差分GPS接收机均采用这种技术。在基准站上的接收机计算得它至可见卫星的距离，并将此计算出的距离与含有误差的测量值加以比较。然后将所有卫星的测距误差传输给用户，用户利用此测距误差来修正测量的伪距，再利用修正后的伪距求解出自身的位置，就可消去公共误差，提高定位精度。
这种差分的优点如下：
(1)由于计算的伪距改正数是直接在WGS－84坐标系上进行的，这就是说得到的是直接改正数，不用先变换为当地坐标，因此能达到很高的精度。
(2)基准站能提供所有卫星的改正数，而用户可允许接收任意四颗卫星进行改正，不必担心两者是否完全相同。因此，用户可采用具有差分功能的简易接收机即可。
1，3 GP5-RTK定位技术
RTK定位技术就是基于载波相位观测值的实时动态定位技术，能够实时地提供测站点在指定坐标系中的三维定位结果，并达到厘米级精度。在RTK作业模式下，基准站通过数据链将其观测值和测站点坐标信息一起传送给流动站。流动站不仅通过数据链接收来自基准站的数据，还要采集GP$观测数据，并在系统内组成差分观测值进行实时处理，一般几秒钟就可固定整周未知数解，同时给出厘米级定位结果。流动站可处于静止状态，也可处于运动状态；可在固定点上先进行初始化后再进入动态作业，也可在动态条件下直接开机，并在动态环境下完成整周模糊度的搜索求解。在整周未知数解固定后，即可进行每个历元的实时处理，只要能保持五颗以上卫星相位观测值的跟踪和必要的几何图形，则流动站可随时给出厘米级定位结果。RTK技术的关键在于数据处理技术和数据传输技术，RTK定位时要求基准站接收机实时地把观测数据(伪距观测值，相位观测值)及已知数据传输给流动站接收机，数据量比较大。数据传输可通过数传电台、GSM网络以及GPRS网络等来实现。
1，4 GP5动态后处理(PPK)工作原理和作业过程
GPS动态后处理是利用载波相位进行事后差分的GPS定位技术，其系统由基准站和流动站组成。其主要作业过程包括外业观测数据和内业处理数据。外业观测数据：在已知点架设基准站，记录该站的GPS数据；在未知点架设流动站，通过几分钟初始化求解整周模糊度到GPS天线的波长数，测量一个未知点仅要三个历元，大约需要15秒钟。内业数据处理：将基准站和流动站数据导人电脑，利用相应的软件进行基线解算；PPK模式测量的坐标系统是WGS一84坐标系，若要得到北京54或当地坐标，需要求解WGS-84坐标系至北京54或当地坐标系的转换参数，将WGS-84坐标转换成北京54或当地坐标，方可完成。
2 GPS—PPK技术在高速公路测量中的应用(实例)
2，1任务与目的
对河南高速公路发展有限责任公司管辖范围长达2200公里正在运营的高速公路，采用GPS—PPK技术测量现有高速公路的中线、纵断面，拟合出公路的三维曲线，计算出百米桩的大地坐标。
2，2作业方法
将十台GPS接收机(设置为静态)分别架设在相邻的十个高速公路D级GPS控制网点上，卫星截止高度角设置为15度，数据采样率设置为1秒，并记录点名及开、关机时间。GPS流动站车开始沿高速公路左、右侧采集现有高速公路的中线、纵断面。GPS接收机设置为自动记录，点名自动累加1(若第一点为A000001，则第二点为A000002)，沿路采集现有高速公路的线型。
GPS流动站车的安装：首选带顶棚和前保险杠的车，将GPS天线固定在顶棚上，量取天线高。在前保险杠左前方安装定向装置，以利于GPS流动站车保持相对固定(沿高速公路中央分隔带边沿线)的行驶路线。根据正在运行的高速公路规定的最低行车速度60公里／小时，将车顶GPS设置为准动态模式，卫星截止高度角设置为15度，数据采样率设置为1秒，卫星状态及模式设置为自动。
2，3内业数据处理
基线解算采用LEICA公司SKI12，11版软件，解算方法与快速静态测量模式相同。为了保证GPS准动态测量的正确性，基线解算时保证每个流动站至少与两个固定站能够正确解算出整周未知数，若整周未知数未解出或解算不可靠，该点应舍弃。
2，4精度验证
为了检验GPS-PPK的精度，我们采用常规的GPS—RTK技术，对京珠高速漯河—驻马店(64公里)段作为检验路段，按每25米采集一个三维坐标点，和GPS流动站车一样沿高速公路左、右侧采集现有高速公路的中线、纵断面，拟合出公路的三维曲线。
两种方法所拟合出的公路三维曲线基本重合点位最大偏差在15mm内，高程最大偏差在18mm内。由此可以确定两种作业模式具有同样的精度。
3 GPS—PPK作业模式与GPS—RTK作业模式比较
GPS—RTK与GPS—PPK作业模式主要区别是一个是实时，一个是后处理。
GPS—RTK技术是利用载波相位进行实时差分的GPS定位技术，其系统由基准站、流动站和数据链组成。GPS—RTK的数据链主要有三种形式：数传电台、GSM网络以及GPRS网络。这三种形式都存在作业上的盲区，数传电台作用范围小，大约在10公里，容易受到高层建筑和山脉的阻挡，容易和别的无线通信信号相互干扰，同时设备沉重，加重外业测量的工作量；GSM网络和GPRS网络作用范围大，但增加了额外的通信费用，而且在没有手机信号的地方不能进行作业。
GPS-PPK技术是利用载波相位进行事后差分的GPS定位技术，没有数据链，因此不存在上述问题，所以比GPS—RTK作用范围大，成本相应地变小；尤其适合带状的路线测量工程。但同时GPS—PPK技术由于没有数据不能实现实时差分，在一些工程测量的应用受到限制，例如GPS—PPK技术不适用于施工放样。在实际的测量工程中，应该从工程的实际需要和提高作业效率方面着手。选择适当的GPS作业模式。
4 结论
GPS动态后处理技术的发展和成熟，使控制测量、工程测量等工程变得简便，是一种很好的测量手段。从上述实例可以看出正在运营的高速公路车流量大，车速快，采用GPS—PPK技术，既提高了作业速度，又节约了生产成本，关键是提高了人员、设备的安全系数。在以后的各项工程中应合理地利用这一测量手段。