第五章GPS在地籍測繪中的應(yīng)用5.1概述1973年12月，美國國防部組織開始研制新一代軍用衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)—GPS；1989年2月14日發(fā)射第一顆GPS衛(wèi)星；1994年3月28日發(fā)射完第24顆衛(wèi)星；目前在軌衛(wèi)星數(shù)>32顆，均勻分布在6個與赤道傾角為55°近似圓形軌道上，每個軌道4顆衛(wèi)星運行，距地表平均高度20200km；速度為3800m/s，運行周期為11h58min；每顆衛(wèi)星覆蓋全球38％面積，保證地球上任何地點、任何時刻、高度15°以上天空能同時觀測到4顆以上衛(wèi)星。一、GPS的特點與傳統(tǒng)的測量技術(shù)相比，GPS定位技術(shù)有以下特點：

1.觀測站之間無需通視。

2.定位精度高。

3.觀測時間短。

4.操作簡便。

5.全球性、全天候、全天時作業(yè)。前蘇聯(lián)自1978年發(fā)射GLONASS。歐洲空間局(ESA)正在建設(shè)民用導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)（伽利略計劃）。我國也建立了雙星定位系統(tǒng)，由2顆同步衛(wèi)星確定平面位置的導(dǎo)航系統(tǒng)。衛(wèi)星軌道示意圖二、GPS的組成1.GPS衛(wèi)星星座（空間部分）由24顆衛(wèi)星（其中21顆工作衛(wèi)星，3顆備用衛(wèi)星）組成；衛(wèi)星直徑約為1.5m，重約774kg（包括310kg燃料）。2.地面監(jiān)控系統(tǒng)（地面控制部分）地面監(jiān)控系統(tǒng)包括1個主控站、3個注入站和5個監(jiān)測站。GPS地面監(jiān)控系統(tǒng)3.GPS信號接收機（用戶設(shè)備部分）捕獲衛(wèi)星信號，跟蹤并鎖定衛(wèi)星信號，處理接收到的信號，測量測距信號從衛(wèi)星傳播到接收機天線的時間間隔，譯出衛(wèi)星廣播的導(dǎo)航電文，實時計算接收機天線三維坐標、速度和時間。根據(jù)用途分：導(dǎo)航型、測地型和授時型。根據(jù)載波頻率分：單頻接收機（用1個載波頻率）；雙頻接收機(用2個載波頻率)。5.2GPS定位技術(shù)一、基本原理空間距離后方交會二、GPS定位方法偽距法載波相位測量法差分GPS三、靜態(tài)相對定位（一）經(jīng)典靜態(tài)相對定位兩套(或兩套以上)接收設(shè)備；同步觀測4顆以上衛(wèi)星；每時段45分鐘以上；基線長度可達幾百公里；相對定位精度可達

5mm+lppm×D，D為基線長度(km)；適用于建立全球性或國家級大地控制網(wǎng)；各類精密控制測量。（二）快速靜態(tài)定位測區(qū)中部基準站連續(xù)跟蹤流動站觀測數(shù)分鐘至十幾分鐘必須有5顆衛(wèi)星可供觀測流動站與基準站不超過15km基線中誤差為5mm+1ppm×D缺點：兩臺接收機工作時，構(gòu)不成閉合圖形，可靠性較差。適用于控制加密；工程測量、地籍測量及1km以內(nèi)的點位定位。三、動態(tài)相對定位（一）實時動態(tài)（RTK）測量技術(shù)載波相位測量＋實時差分GPS測量技術(shù)RTK測量技術(shù)為GPS測量工作的可靠性和高效率提供了保障，對GPS測量技術(shù)的發(fā)展和普及，具有重要的現(xiàn)實意義。實時動態(tài)（RTK）測量技術(shù)(二)常規(guī)差分GPS測量技術(shù)和PPK測量技術(shù)常規(guī)差分GPS和PPK同屬于偽距差分技術(shù)。常規(guī)差分GPS的定位精度與用戶至參考站的距離有關(guān)，精度的衰減率為1cm/km，在50公里之內(nèi)，定位精度優(yōu)于1米。PPK（Post-ProcessingKinematic）模式是最早的GPS動態(tài)差分技術(shù)，其定位原理類似于常規(guī)差分GPS，只是采用數(shù)據(jù)后處理，在參考站和流動站之間不需要建立無線電通訊數(shù)據(jù)鏈。它的缺點和常規(guī)差分GPS一樣，定位的精度受參考站和流動站之間的距離限制。作用距離50公里以內(nèi)，精度在5米以內(nèi)。(三)廣域差分GPS測量技術(shù)根據(jù)大區(qū)域內(nèi)若干個GPS參考站的觀測資料和位置信息，聯(lián)合解算出每個衛(wèi)星的衛(wèi)星鐘差、軌道改正數(shù)、電離層改正數(shù)，然后將這些改正數(shù)發(fā)送給覆蓋范圍內(nèi)的用戶，用戶利用這些改正信息修正觀測偽距，可以提高定位精度。這種定位方式打破了常規(guī)差分GPS中精度與距離的依賴關(guān)系，在參考站數(shù)千公里之外，仍然能夠達到2-4米的定位精度，所以，在全國或省級土地動態(tài)監(jiān)測中，這項定位技術(shù)大有作為。

四、GPS定位新技術(shù)“實時、高精度”一直是GPS定位技術(shù)的發(fā)展方向。近幾年，在高精度GPS定位技術(shù)方面出現(xiàn)了兩種新的定位方法，它們是網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)和精密單點定位技術(shù)。(一)網(wǎng)絡(luò)RTK網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)也稱“虛擬參考站技術(shù)(VirtualReferenceStation–VRS)”。網(wǎng)絡(luò)RTK系統(tǒng)最為重要的功能是長距離高精度快速動態(tài)定位。1.網(wǎng)絡(luò)RTK定位系統(tǒng)的組成①基準站單元②數(shù)據(jù)通訊系統(tǒng)③監(jiān)控分析中心④數(shù)據(jù)發(fā)播系統(tǒng)⑤用戶應(yīng)用系統(tǒng)2.網(wǎng)絡(luò)RTK定位系統(tǒng)提供的定位服務(wù)（1）實時應(yīng)用。以FMHDS技術(shù)或UHF/VHF作為主要的通信手段，其應(yīng)用如下：實時厘米級精度定位。技術(shù)上依靠高精度的載波相位差分實現(xiàn)（簡稱RTK）。主要用于城市實時控制測量，實時小區(qū)域大中比例尺測圖與修測、工程放樣和工程監(jiān)測。亞米級（分米量級的）精度的差分應(yīng)用。主要適合于GIS更新或相應(yīng)工程應(yīng)用。1～5米級差分精度的應(yīng)用。技術(shù)上主要依靠偽距差分實現(xiàn)（偽距差分）。主要服務(wù)對象是船舶、車輛導(dǎo)航和車輛監(jiān)控用戶。（2）事后應(yīng)用以Internet作為主要的數(shù)據(jù)傳輸手段。毫米或亞厘米量級定位測量。主要服務(wù)于精密控制、變形監(jiān)測和精密工程建設(shè)。米級和亞米級的事后差分。服務(wù)于事后GIS數(shù)據(jù)更新，如道路更新、城市管線測量等等。在一個城市建立網(wǎng)絡(luò)RTK系統(tǒng)，能夠滿足各種精度要求的定位服務(wù)。系統(tǒng)本身提供的定位服務(wù)種類，也涵蓋了目前所有的GPS測量手段，如差分GPS定位、靜態(tài)定位、RTK定位等。（二）精密單點定位精密單點定位技術(shù)(PrecisePoint-Positioning--PPP)，也稱PPP技術(shù)。該技術(shù)由美國噴氣推進實驗室(JPL)于1997年提出。定位原理如同單點定位，采用雙頻載波相位觀測值，需要外部提供精密的軌道和衛(wèi)星鐘差。5.3GPS在地籍測量中的應(yīng)用一、GPS定位技術(shù)在地籍控制測量中的應(yīng)用不要求通視，沒有常規(guī)的對邊角要素的限制。常規(guī)靜態(tài)測量、快速靜態(tài)測量、RTK技術(shù)已經(jīng)逐步取代常規(guī)的測量方式，成為地籍控制測量的主要手段。邊長大于15km：只能采取常規(guī)靜態(tài)測量；邊長在10~15km：快速靜態(tài)測量或RTK模式；邊長5~10km：快速靜態(tài)定位或RTK測量模式；邊長小于5km：采用RTK方法或快速靜態(tài)定位。二、GPS定位技術(shù)在地籍圖測繪中的應(yīng)用地籍測量和土地勘測定界精度：±5cm或±7.5cmRTK技術(shù)使精度、作業(yè)效率、實時性達到了最佳的融合，為地籍碎部測量提供了一種斬新的測量方式。采用RTK方式進行碎部測量，與全站儀相比，速度快，作業(yè)效率高。它不要求通視，不需要頻繁換站，減少了全站儀頻繁換站所花的時間，而且可以多個流動站同時工作。據(jù)初步的應(yīng)用分析，測量時間節(jié)省一半以上，測量精度和可靠性都能滿足要求。三、GPS在土地調(diào)查和動態(tài)監(jiān)測中的應(yīng)用現(xiàn)在各大GPS生產(chǎn)廠家都推出了手持差分型GPS接收機，它輕便靈活，能記錄點線、面等數(shù)據(jù)，可存儲很多點的幾何數(shù)據(jù)和屬性特征。碼相位差分達±2m～±5m精度，加分米級處理器定位精度高于±1m，其精度完全滿足土地利用變更調(diào)查及其動態(tài)監(jiān)測的精度要求。對于經(jīng)濟實力不是很好，而又要長期大面積進行土地利用變更調(diào)查和監(jiān)測的單位，是一種首選的技術(shù)。四、新的GPS定位技術(shù)在地籍測繪應(yīng)用與展望網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)已經(jīng)進入到實際應(yīng)用階段。國際上最大的GPS廠商TRIMBLE公司，已經(jīng)開發(fā)出商用的網(wǎng)絡(luò)RTK系統(tǒng)軟件―VRS系統(tǒng)，深圳市和成都市建成了相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)RTK系統(tǒng)。根據(jù)研究，PPP技術(shù)完