浅谈GPS精密定位技术及其在大地测量中的应用

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  [摘 要]目前,GPS精密定位技术已经广泛的渗透到了经济建设和科学技术的许多领域,尤其对经典测量学的各个方面产生了极其深刻的影响。它在大地测量学及其相关领域,如地球动力学、海洋大地测量学、天文学、地球物理勘探、资源勘察、航空与卫星遥感、工程测量及工程变形监测、运动目标的测速以及精密时间传递等方面的广泛应用,充分显示了这一定位技术的高精度与高效益。
  [关键词]GPS精密定位技术;大地测量;应用
  中图分类号:P228.4 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2015)17-0197-01
  1 关于GPS精密定位技术
  GPS就是目前所称的“授时与测距导航系统/全球定位系统”,而通常简称为“全球定位系统”。
  相对于其他导航系统,GPS具有如下一些特点:
  第一,全球地面迅速覆盖。由于GPS卫星的数目较多,且分布合理,所以地球上任何地点均可连续地同步观测到至少4颗卫星。从而保障了全球、全天候连续地3维定位。
  第二,功能多,精度高。GPS可为各类用户连续地提供动态目标的3维位置、3维速度和时间信息。目前利用不同测距码实时定位、测速与测时的精度.随着GPS定位技术和数据处理技术的发展,其定位、测速和测时的精度将进一步提高。
  第三,实时定位。利用全球定位系统导航,可以实时地确定运动目标的3维位置和速度,由此既可保障运动载体沿预定航线的运行,也可实时的监视和修正航行路线,以及选择最佳的航线。
  第四,应用广泛。随着GPS定位技术的发展,其应用的领域在不断拓宽。目前在导航方面,它不仅已广泛的用于海上、空中和陆地运动目标的导航,而且,在运动目标的监控与管理,以及运动目标的报警与救援等方面,也已获得了成功的应用;在测量工作方面,这一定位技术在大地测量,工程测量,工程与地壳变形监测、地籍测量,航空摄影测量和海洋测绘等各个领域的应用,已甚为普遍。
  2 GPS精密定位技术在大地测量中的应用
  GPS定位技术的高度自动化和所达到的定位精度及其潜力,使得其相对于经典的测量技术,具有一些新的特点:
  第一,观测站之间无需通视。既要保持良好的通视条件,又要保障测量控制网的良好结构,这一直是经典测量技术在实践方面的困难问题之一。GPS测量不要求观测站之间相互通视,因而不再需要建造觇标。这一优点既可大大减少测量工作的经典和时间(一般造標费用约占总经费的30%~50%),同时也使点位的选择变得甚为灵活。
  不过也应指出,GPS测量虽不要求观测站之间相互通视,但必须保持观测站的上空开阔(净空),以使接收GPS卫星的信号不受干扰。
  第二,定位精度高。现已完成的大量实验表明,目前在小于50km的基线上,其相对定位精度可达1~2×10-6,而在100km~500km的基线上可达10-6~10-7。随着观测技术与数据处理方法的改善,可望在大于1000km的距离上,相对定位精度达到或优于10-8。
  第三,观测时间短。目前,利用经典的静态定位方法,完成一条基线的相对定位所需要的观测时间,根据要求的精度不同,一般约为1~3小时。为了进一步缩短观测时间,提高作业速度,近年来发展的短基线(例如不超过20km)快速相对定位法,其观测时间仅需数分钟。
  第四,提供3维坐标。GPS测量,在精确测定观测站平面位置的同时,可以精确测定观测站的大地高程。GPS测量的这一特点,不仅为研究大地水准面的形状和确定地面点的高程开辟了新途径,同时也为其在航空物探、航空摄影测量及精密导航中的应用,提供了重要的高程数据。
  第五,操作简便。GPS测量的自动化程度很高,在观测中测量员的主要任务是安装并开关机仪器、量取仪器高、监视仪器的工作状态和采集环境的气象数据,而其他观测工作,如卫星的捕捉、跟踪观测和记录等均由仪器自动完成。另外,GPS用户接收机一般重量较轻、体积较小,因此携带和搬运都很方便。
  第六,全天候作业。GPS观测工作,可以在任何地点,任何时间连续地进行,一般也不受天气状况的影响。
  可以说,GPS定位技术的发展,对于经典的测量技术是一次重大的突破。一方面,它使经典的测量理论与方法产生了深刻的变革,另一方面,也进一步加强了测量学与其他学科之间的相互渗透,从而促进了测绘科学技术的现代化发展。GPS卫星测量学是由多学科相互渗透而形成的一门新兴学科,其基本理论尚在不断完善,应用领域也在不断拓框,发展迅速,日新月异。
  3 GPS定位技术应用于大地测量的范例研究
  当前,GPS技术已经广泛应用于城市测量中,传统的控制测量不仅费工时,而且精度分布不均匀,而GPS的应用打破了传统布网方案,点与点之间不要求通视,用它来进行控制测量,提高了作业效率。
  GPS不仅能够达到1:1000平面控制测量的点位精度要求,而且误差分布均匀,不存在误差积累问题,完全可以满足大比例尺控制测量的需要。
  GPS控制测量操作简便,机动性强,不但可以大幅度提高测量速度,尤其在通视困难地区更具有明显优势,GPS定位技术观测一般不受天气状况的影响,具有全天候作业能力,其结果彼此之间相关性好,共享容易,容易与其它数据进行复合分析、制图等。
  根据国家对的D、E级GPS控制测量的精度要求与实际作业的精度分析比较,说明GPS完全满足控制测量的精度要求,而且误差较传统的控制测量明显小。
  当然,GPS定位技术应用于城市测量时也有一些注意事项,比如在宁夏的一次测量,在选点的过程中就遇到了一些问题。由于宁夏部分地形复杂,起伏较大,很多区域的信号问题并不是很理想,这就要求我们能够考虑到一些具体的细节问题,对于实地的选点工作要求我们能够认真对待。
  还有,在GPS数据处理的过程中基线的处理也是需要重视的,由于采集的数据不可能完全达到精度的要求,这就要求我们对数据进行处理,把不符合精度要求的数据删除,对一些参数的设置将直接影响数据处理的精度,细节的问题要进行特殊考虑。
  总之,相信可以通过以后的努力,通过种种措施提高定位精度观测成果的可靠性,使GPS观测成果更加稳定和可靠,相信GPS技术的应用前景会更加广阔。
  参考文献
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