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GPS參考站系統(tǒng)的應(yīng)用

GPS參考站系統(tǒng)目前主要在以下幾個(gè)方面得到了廣泛的應(yīng)用：

1、建立并維護(hù)一個(gè)高質(zhì)量地心坐標(biāo)基準(zhǔn)。參考站建立起來之后，利用參考站的長期跟蹤數(shù)據(jù)和因特網(wǎng)上隨時(shí)可以收集的周邊地區(qū)固定參考站的觀測數(shù)據(jù)，可 以借助于一些高層次科研軟件(如國內(nèi)比較熟悉的伯爾尼軟件和Gamit軟件)周期性地更新參考站的地心坐標(biāo)，相對精度可以達(dá)到10-8至10-9左右，精度可望優(yōu)于分米級。

2、取代常規(guī)測量控制網(wǎng)。參考站網(wǎng)的基本功能相當(dāng)于現(xiàn)有的國家或城市基本控制網(wǎng)。它為當(dāng)?shù)馗餍懈鳂I(yè)的可持續(xù)發(fā)展與基本測繪提供了一組性的，而且 能夠自我*，不斷更新的動(dòng)態(tài)基準(zhǔn)點(diǎn)，最終將與周邊省市自治區(qū)的同類網(wǎng)絡(luò)連成一片，全面取代現(xiàn)有的天文大地控制網(wǎng)的功能。

3、實(shí)現(xiàn)城鄉(xiāng)GIS系統(tǒng)的實(shí)時(shí)更新。一個(gè)不斷實(shí)時(shí)更新的城市和鄉(xiāng)鎮(zhèn)的GIS系統(tǒng)，是省、市、區(qū)、縣規(guī)劃部門科學(xué)決策的依據(jù)。參考站網(wǎng)系統(tǒng)的建成，任 何野外實(shí)時(shí)采集的信息都可以連同它們的空間屬性數(shù)據(jù)一起，通過系統(tǒng)的逆向數(shù)據(jù)通道反饋到市縣不同類型的GIS系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中，實(shí)時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)庫的更新。

4、滿足地球物理與環(huán)境監(jiān)測的需求。參考站網(wǎng)的一個(gè)重要應(yīng)用領(lǐng)域就是滿足地球物理與環(huán)境監(jiān)測方面的需要。其中包括與周邊地區(qū)連續(xù)跟蹤參考站進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，分析 研究所在板塊相對于其它周邊板塊的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，也支持地震監(jiān)測等部門從事參考站網(wǎng)服務(wù)區(qū)內(nèi)流動(dòng)監(jiān)測點(diǎn)位進(jìn)行毫米級精度的監(jiān)測研究作業(yè)?？沙掷m(xù)發(fā)展是人類面臨的一個(gè)重大課題。對環(huán)境與地質(zhì)災(zāi)害的監(jiān)測和預(yù)防是其中一個(gè)有待關(guān)注和解決的重大問題。在參考站網(wǎng)支持下，采用GPS定位技術(shù)可 以大大提高作業(yè)效率，縮短觀測周期，降低施工成本，而且以均勻的精度指標(biāo)分析對比沉降的狀況與趨勢。類似地參考站網(wǎng)積累的數(shù)據(jù)還可以用于對所在地區(qū)存在崩 塌危險(xiǎn)的邊坡、巖體，乃至大壩、河堤、流沙和活動(dòng)斷層進(jìn)行長時(shí)間的連續(xù)跟蹤觀測和分析研究。

5、 服務(wù)于公共安全。改革開放以來，隨著經(jīng)濟(jì)的蓬勃發(fā)展，經(jīng)濟(jì)活動(dòng)也呈上升趨勢。機(jī)動(dòng)車輛的盜竊，針對出租車、銀行運(yùn)鈔車的活動(dòng)也時(shí)有發(fā)生，其它有關(guān) 公共車輛安全的防暴、防盜、放火、急救、調(diào)度，特種車輛運(yùn)行路線的全程監(jiān)控，提高車輛的運(yùn)行效率，都可以在參考站網(wǎng)系統(tǒng)的支持下一一得到有效的滿足，必將 對當(dāng)?shù)毓舶踩珟硪粋€(gè)質(zhì)的提高。

6、 GPS氣象學(xué)。GPS氣象學(xué)是最近一二十年內(nèi)形成的一門新興學(xué)科，利用GPS無線電信號穿越大氣圈時(shí)受到電離層與對流層的彌散效應(yīng)和出現(xiàn)的折射現(xiàn)象，進(jìn)行 數(shù)值分析，特別是可以精確地提取大氣層中的水氣含量和分布，從而對可能出現(xiàn)的降水時(shí)間和強(qiáng)度作出的精確預(yù)報(bào)，服務(wù)于當(dāng)?shù)氐霓r(nóng)業(yè)、交通、旅游、體育 和社會公共活動(dòng)的精密部署，減少災(zāi)害性天氣給各行各業(yè)帶來的生命財(cái)產(chǎn)損失。

7、地面施工機(jī)械的自動(dòng)引導(dǎo)。參考站系統(tǒng)建成后，野外地面機(jī)械施工的用戶(如挖掘機(jī)、筑路機(jī)、攤鋪機(jī))可以通過引進(jìn)或開發(fā)，利用高速實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)響應(yīng)的GPS接收 機(jī)設(shè)備，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)工藝的*改造，淘汰傳統(tǒng)的、落后的、勞動(dòng)力密集型的生產(chǎn)模式，進(jìn)入現(xiàn)代化、自動(dòng)化、數(shù)字化新階段，大大節(jié)省時(shí)間、人力、物力與財(cái)力，并 顯著改善生產(chǎn)環(huán)境的安全水平。

8、提供實(shí)時(shí)RTK測量作業(yè)服務(wù)。參考站系統(tǒng)建設(shè)的一個(gè)最基本、最核心的任務(wù)就是滿足參考站覆蓋范圍內(nèi)，包括規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工以及其它部門，擁有單臺GPS接 收機(jī)的測繪用戶，提供全天24小時(shí)、全年365天的實(shí)時(shí)厘米級RTK作業(yè)支持，確保城市各種地圖的快速更新，各項(xiàng)工程的實(shí)時(shí)施工放樣。每個(gè)地形點(diǎn)、碎部 點(diǎn)、工程點(diǎn)的點(diǎn)位測定時(shí)間縮短到不到一分鐘。

9、提供各種后處理技術(shù)服務(wù)。參考站網(wǎng)系統(tǒng)還將為需要提供各種后處理技術(shù)服務(wù)的用戶提供事后數(shù)據(jù)檢索、摘錄、電郵；對于用戶采集的外業(yè)數(shù)據(jù)代為進(jìn)行質(zhì)量分析、 基線解算、整體平差、高程與點(diǎn)位坐標(biāo)成果的系統(tǒng)換算，原始數(shù)據(jù)的性委托存檔管理；接受對第三方數(shù)據(jù)資料(含國內(nèi)外其它參考站和用戶系統(tǒng)的觀測數(shù)據(jù)以及 相應(yīng)時(shí)間區(qū)間的精密星歷等等)的委托收集、加工處理和成果報(bào)告的編制。

10、滿足節(jié)水、精密農(nóng)業(yè)的需要。我國大部分地區(qū)嚴(yán)重缺水，另一方面水資源的浪費(fèi)仍然比較嚴(yán)重。參考站網(wǎng)系統(tǒng)建成后，門有可能將開發(fā)相應(yīng)的節(jié)水、精密農(nóng)業(yè) 系統(tǒng)列入未來的發(fā)展規(guī)劃，并*廢除漫灌等落后、費(fèi)水的耕作技術(shù)。借助于地下管道灌溉系統(tǒng)，根據(jù)GPS引導(dǎo)的機(jī)械設(shè)備采集的各點(diǎn)土壤墑情和化學(xué)成分，控制 供水和施肥量。同時(shí)也在高精度GPS(厘米級)設(shè)備引導(dǎo)下進(jìn)行機(jī)耕，防止機(jī)械對管道系統(tǒng)的破壞。此外，還可以在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)管理下實(shí)現(xiàn)精密輪作與套種，真正 實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的現(xiàn)代化。

GPS參考站系統(tǒng)的發(fā)展趨勢

綜合性參考站系統(tǒng)是一種正處在蓬勃發(fā)展的階段，其功能將日益*，應(yīng)用領(lǐng)域還會不斷擴(kuò)大。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展和各地的開發(fā)建設(shè)，在未來五至十年 時(shí)間內(nèi)，各區(qū)縣級城鎮(zhèn)都有可能相繼建立起當(dāng)?shù)氐膮⒖颊鞠到y(tǒng)，現(xiàn)有參考站系統(tǒng)通過軟件升級，把所有這些參考站納入一個(gè)更高層次的參考站系統(tǒng)。當(dāng)虛擬參考站網(wǎng) 或基于通信網(wǎng)絡(luò)的參考站網(wǎng)模型相當(dāng)成熟時(shí)，并擁有相應(yīng)的國際標(biāo)準(zhǔn)和大批不同規(guī)模網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用案例，因而它們不僅僅是具有理論優(yōu)勢，而且具有實(shí)際的可操作性。 在這樣一個(gè)前提下，用戶可以不必考慮離開最近的參考站究竟有多遠(yuǎn)，系統(tǒng)總能幫你找到一個(gè)的解算方案，的結(jié)果。

今后的城市、鄉(xiāng)鎮(zhèn)以及交通沿線不僅設(shè)有參考站系統(tǒng)的站點(diǎn)或信息轉(zhuǎn)發(fā)系統(tǒng)，供用戶通過無線或?qū)＞€進(jìn)行數(shù)據(jù)信息交換之外，還可能在機(jī)場、碼頭、車站、標(biāo) 志性建筑物、主要道路交叉口、城市出入通道口、重要的人行天橋中間、公園、廣場、學(xué)校，及一些、廠礦、公司設(shè)立一系列標(biāo)準(zhǔn)點(diǎn)位標(biāo)志，供不具備接收 DGPS信號的廉價(jià)低檔手持式(價(jià)格有可能相當(dāng)于目前人民幣幾十元至百把元)，或表式接收機(jī)“對點(diǎn)”，校正點(diǎn)位信息。經(jīng)過這種簡單的公共設(shè)施校正后，點(diǎn)位 坐標(biāo)也可以達(dá)到米級精度。那時(shí)，人們可以真正稱自己生活在一個(gè)信息化時(shí)代里，實(shí)現(xiàn)了“數(shù)字XX”的宏偉理想。

GPS參考站系統(tǒng)在控制測量中的應(yīng)用

• GPS參考站系統(tǒng)在控制測量中應(yīng)用，除了常規(guī)的后處理方式來進(jìn)行控制測量外，其更主要應(yīng)用的就是利用GPS參考站系統(tǒng)RTK技術(shù)進(jìn)行控制測量。RTK測量技術(shù)主要因?yàn)槠錅y量模式和測量速度、精度比以往的測量方式有了很大的變革。
• 作業(yè)效率高。 大大減少了傳統(tǒng)測量所需的控制點(diǎn)數(shù)量和測量儀器的“搬站”次數(shù)，僅需一人操作，在一般的電磁波環(huán)境下幾十秒鐘即得一點(diǎn)坐標(biāo)，作業(yè)速度快，勞動(dòng)強(qiáng)度低，節(jié)省了外業(yè)費(fèi)用，提高了勞動(dòng)效率。
• 定位精度高，數(shù)據(jù)安全可靠，*積累。只要滿足RTK的基本工作條件，在參考站系統(tǒng)覆蓋范圍內(nèi)，RTK的平面精度和高程精度都能達(dá)到厘米級。
• 降低了作業(yè)條件要求。網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)不要求兩點(diǎn)間滿足光學(xué)通視，只要求滿足“電磁波通視”，因此，和傳統(tǒng)測量相比，網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)受通視條件、能見度、氣候、季節(jié)等因素的影響和限制較小，在傳統(tǒng)測量看來由于地形復(fù)雜、地物障礙而造成的難通視地區(qū)，只要滿足網(wǎng)絡(luò)RTK的基本工作條件，它也能輕松地進(jìn)行快速的高精度定位作業(yè)。
• RTK作業(yè)自動(dòng)化、集成化程度高，測繪功能*。RTK可勝任各種測繪內(nèi)、外業(yè)。流動(dòng)站利用內(nèi)裝式軟件控制系統(tǒng)，無需人工干預(yù)便可自動(dòng)實(shí)現(xiàn)多種測繪功能，使輔助測量工作極大減少，減少人為誤差，保證了作業(yè)精度。
• 操作簡便，容易使用，數(shù)據(jù)處理能力強(qiáng)。只要在設(shè)站時(shí)進(jìn)行簡單的設(shè)置，就可以邊走邊獲得測量結(jié)果坐標(biāo)或進(jìn)行坐標(biāo)放樣。數(shù)據(jù)輸入、存儲、處理、轉(zhuǎn)換和輸出能力強(qiáng)，能方便快捷地與計(jì)算機(jī)、其它測量儀器通信。

網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)目前可用于四等以下平面控制測量：

GPS參考站系統(tǒng)在利用網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)進(jìn)行控制測量時(shí)，和常規(guī)RTK相比不需關(guān)注參考站的設(shè)置和數(shù)據(jù)通訊，只要關(guān)注流動(dòng)站的設(shè)置和外業(yè)作業(yè)環(huán)境等就能滿足網(wǎng)絡(luò)RTK在四等以下平面控制測量中的應(yīng)用。

1、坐標(biāo)系統(tǒng)和時(shí)間系統(tǒng)

（1）坐標(biāo)系統(tǒng)

• RTK測量采用WGS84系統(tǒng)，當(dāng)RTK測量要求提供其它坐標(biāo)系（北京坐標(biāo)或1980西安坐標(biāo)系等）時(shí)，應(yīng)進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換。
• 坐標(biāo)轉(zhuǎn)換求轉(zhuǎn)換參數(shù)時(shí)應(yīng)采用3點(diǎn)以上的兩套坐標(biāo)系成果，采用Bursa-Wolf、Molodenky等經(jīng)典、成熟的模型，使用 PowerADJ3.0、SKIpro2.3、TGO1.5以上版本的通用GPS軟件進(jìn)行求解，也可自行編制求參數(shù)軟件，經(jīng)測試與鑒定后使用。轉(zhuǎn)換參數(shù)時(shí) 應(yīng)采用三參、四參、五參、七參不同模型形式，視具體工作情況而定，但每次必須使用一組的全套參數(shù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換。坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)不準(zhǔn)確可影響到2～3cm左右 RTK測量誤差。
• 當(dāng)要求提供1985國家高程基準(zhǔn)或其它高程系高程時(shí)，轉(zhuǎn)換參數(shù)必須考慮高程要素。如果轉(zhuǎn)換參數(shù)無法滿足高程精度要求，可對RTK數(shù)據(jù)進(jìn)行后處理，按高程擬合、大地水準(zhǔn)面精化等方法求得這些高程系統(tǒng)的高程。

（2）時(shí)間系統(tǒng)

RTK測量宜采用協(xié)調(diào)世界時(shí)UTC。當(dāng)采用北京標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間時(shí)，應(yīng)考慮時(shí)區(qū)差加以換算。這在RTK用作定時(shí)器時(shí)尤為重要。

2 、RTK測量技術(shù)設(shè)計(jì)

從RTK硬件設(shè)備特性和觀測精度、可靠性及可利用性綜合考慮，現(xiàn)階段RTK的測量技術(shù)要求如下：四等以下平面控制 最弱點(diǎn)位誤差≤5cm；最弱邊相對中誤差≤1/4.5萬。

3、RTK測量準(zhǔn)備

RTK測量時(shí)應(yīng)視測量目的、要求精度、衛(wèi)星狀況、接收機(jī)類型、測區(qū)已有控制點(diǎn)情況及作業(yè)效率等因素綜合考慮，按照優(yōu)化設(shè)計(jì)原則進(jìn)行作業(yè)。為了檢驗(yàn)當(dāng)前站RTK作業(yè)的可靠性，必須檢查一點(diǎn)以上的已知控制點(diǎn)，或已知任意地物點(diǎn)、地形點(diǎn)，當(dāng)檢核在設(shè)計(jì)限差要求范圍內(nèi)時(shí)，方可開始RTK測量。

4、流動(dòng)站的設(shè)置要求

（1）流動(dòng)站作業(yè)準(zhǔn)備

• 在RTK作業(yè)前，應(yīng)首先檢查儀器內(nèi)存或PC卡容量能否滿足工作需要。
• 由于RTK作業(yè)耗電量大，工作前，應(yīng)備足電源。

（2）流動(dòng)站作業(yè)要求

• 由于流動(dòng)站一般采用缺省2m流動(dòng)桿作業(yè)，當(dāng)高度不同時(shí)，應(yīng)修正此值。
• 在數(shù)據(jù)通訊信號受影響的點(diǎn)位，為提高效率，可將儀器移到開闊處或升高天線，待數(shù)據(jù)鏈鎖定后，再小心無傾斜地移回待定點(diǎn)或放低天線，一般可以初始化成功。
• 在穿越樹林、灌木林時(shí)，應(yīng)注意天線和電纜勿掛破、拉斷，保證儀器安全。

（3）流動(dòng)站內(nèi)置軟件的一般功能要求

• 三差模型求定近似坐標(biāo)。
• 雙頻動(dòng)態(tài)解求整周模糊度。
• 根據(jù)相對定位原理，實(shí)時(shí)解算WGS-84坐標(biāo)。
• 根據(jù)給定的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)，給出任務(wù)（項(xiàng)目）要求的坐標(biāo)系內(nèi)坐標(biāo)。

5、RTK作業(yè)

（1）RTK作業(yè)基本條件要求

• RTK作業(yè)的基本條件要求如下：
• 觀測的基本條件要求

• RTK作業(yè)應(yīng)盡量在天氣良好的狀況下作業(yè)，要盡量避免雷雨天氣。夜間作業(yè)精度一般優(yōu)于白天。

（2）衛(wèi)星預(yù)報(bào)

• RTK作業(yè)前要進(jìn)行嚴(yán)格的衛(wèi)星預(yù)報(bào)，選取PDOP<6，衛(wèi)星數(shù)>6的時(shí)間窗口。編制預(yù)報(bào)表時(shí)應(yīng)包括可見衛(wèi)星號、衛(wèi)星高度角和方位角、觀測衛(wèi)星組、觀測時(shí)間、點(diǎn)位圖形幾何圖形強(qiáng)度因子等內(nèi)容。
• 衛(wèi)星預(yù)報(bào)表的有效期以20天為宜，當(dāng)超過20天時(shí)，應(yīng)重新采集一組新的概略星歷進(jìn)行預(yù)報(bào)。
• 衛(wèi)星預(yù)報(bào)時(shí)應(yīng)采用測區(qū)中心的經(jīng)緯度。當(dāng)測區(qū)較大時(shí)，應(yīng)分區(qū)進(jìn)行衛(wèi)星預(yù)報(bào)。

（3）RTK測量初始化

• RTK測量必須在完成初始化后才能進(jìn)行。初始化可以采用靜態(tài)、OTF兩種。初始化時(shí)間長短與距參考站的距離有關(guān)，兩者距離越近，初始化越快。
• 推薦靜態(tài)初化化，只有在運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下才進(jìn)行OTF初始化。OTF方式一般在測量船、汽車等運(yùn)動(dòng)載體上使用。

（4）RTK作業(yè)時(shí)設(shè)備啟動(dòng)狀況基本要求

• 開機(jī)后經(jīng)檢驗(yàn)有關(guān)指示燈與儀表顯示正常后，方可進(jìn)行自測試并輸入測站號（測點(diǎn)號）、儀器高等信息。
• 接收機(jī)啟動(dòng)后，觀測員可使用專用功能鍵盤和選擇菜單，查看測站信息接收衛(wèi)星數(shù)、衛(wèi)星號、衛(wèi)星健康狀況、各衛(wèi)星信噪比、相位測量殘差實(shí)時(shí)定位的結(jié)果及收斂值、存儲介質(zhì)記錄和電源情況，如發(fā)現(xiàn)異常情況或未預(yù)料情況，并及時(shí)作出相應(yīng)處理。

（5）RTK觀測期間的作業(yè)要求

• 不得在天線附近50米內(nèi)使用電臺，10米內(nèi)使用對講機(jī)。
• 天氣太冷時(shí)，接收機(jī)應(yīng)適當(dāng)保暖；天氣太熱時(shí)，接收機(jī)應(yīng)避免陽光直接照曬，確保接收機(jī)正常工作。
• RTK工作時(shí)，參考站可記錄靜態(tài)觀測數(shù)據(jù)，當(dāng)RTK無法作業(yè)時(shí)，流動(dòng)站轉(zhuǎn)化快速靜態(tài)或后處理動(dòng)態(tài)作業(yè)模式觀測，以利后處理。
• 在流動(dòng)站作業(yè)時(shí)，接收機(jī)天線姿態(tài)要盡量保持垂直（流動(dòng)桿放穩(wěn)、放直）。一定的斜傾度，將會產(chǎn)生很大的點(diǎn)位偏移誤差。如當(dāng)天線高2m， 傾斜10°時(shí)，定位精度可影響3.47cm。⊿S=20*sin10=3.47cm
• RTK觀測時(shí)要保持坐標(biāo)收斂值小于5cm。

6、RTK測量誤差源

RTK測量主要有儀器誤差、軟件解算誤差、對中（對點(diǎn)）誤差、基站坐標(biāo)傳算誤差、不同時(shí)刻衛(wèi)星狀態(tài)和觀測條件引起的誤差等。在觀測過程中要注意采取一定的措施克服上述誤差。

7、 成果檢驗(yàn)

（1）由于網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)目前正處于推廣應(yīng)用階段，外業(yè)工作應(yīng)加強(qiáng)對網(wǎng)絡(luò)RTK成果的檢驗(yàn)。對網(wǎng)絡(luò)RTK成果的外業(yè)檢查可以采用下列方法進(jìn)行：

• 與已知點(diǎn)成果的比對檢驗(yàn)；
• 重測同一點(diǎn)的檢驗(yàn)；
• 已知基線長度測量檢驗(yàn)；

（2）在進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)RTK作業(yè)時(shí)，應(yīng)認(rèn)真總結(jié)作業(yè)方法，統(tǒng)計(jì)測量精度，做好測量報(bào)告的編寫工作,以便*網(wǎng)絡(luò)RTK操作規(guī)程。

（3） 網(wǎng)絡(luò)RTK成果的最終檢查驗(yàn)收可按有關(guān)具體的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)與特定設(shè)計(jì)書要求進(jìn)行。

• 《測繪產(chǎn)品檢查驗(yàn)收規(guī)定》（CH1002-1995）；
• 《測量產(chǎn)品質(zhì)量評定標(biāo)準(zhǔn)》（CH1003-1995）；
• 各測區(qū)技術(shù)設(shè)計(jì)書。

信息標(biāo)題：GPS參考站系統(tǒng)在控制測量中的應(yīng)用

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