建立城市多用途GPS 永久观测站.doc

-专业文档，值得下载!-专业文档，值得珍藏！-建立城市多用途GPS永久观测站*陈永奇(香港理工大学土地测量及地理资讯学系)一、前言建立GPS永久观测站用于监测地壳运动、滑坡和重点工程建筑物已有不少实例1。国内一些部门也建立了，或准备建立GPS永久观测站用于诸如IGS计划、地壳运动监测。这些测站有不少是在城市内或其附近，如各部门能统筹考虑，可以更充分地发挥它的作用，为社会提供更多的服务，既普及了GPS技术的应用，又总体上节约了经费。本文的目的是介绍香港地区GPS永久观测站，以及如何使其变成多用途的GPS数据中心，供读者参考。HTTP:WWW.OTHERMAP.COM测绘信息网二、香港GPS永久观测站概况香港海事处于1995年在维多利亚港以西9km的一个小岛上建立了DGPS永久参考站(见图1中KYC)。建站的主要目的是为进出港船只提供导航和交通管制。系统由三部分组成：永久GPS参考站(加有监控设施)；独立监控站；海事处办公室内的交通控制中心。参考站配备12通道双频TrimbleGPS4000SSI接收机，伪距改正信息用RTCMSC-14格式通过289kHz无线电频率向外播送。监控站检查参考站发送的伪距改正数的正确性和完整性，以保证整个系统运转的可靠性。DGPS系统实时定位精度为1m左右，覆盖范围为2300km，免费为社会提供服务。系统完成以后，海事处曾做过一些实验，证实在300km以外的海区还能收到改正信号，实时定位精度在0.5m左右2。笔者在陆地上做了实验，在深圳市龙岗镇外也能很好地收到伪距改正信号。龙岗与参考站间约70km，中间有山岭阻隔，无线电信号还要通过九龙和深圳两市区。实验说明，深圳范围内也可以利用这一参考台的信号。此外，双频GPS连续观测数据(包括伪距，载波相位，卫星星历等)自动地存入参考站微机中，并且每隔一个小时自动传输到海事处BBS系统(BulletinBoardSystem)。用户可随时通过电话线联机提取所需要的数据，用于后处理。TTP:WWW.OTHERMAP.COM测绘信息网-专业文档，值得下载!-专业文档，值得珍藏！-图1KYC永久参考站及控制点位置图三、研究电离层中离子含量的变化众所周知，利用双频伪距观测数据可以计算信号传播路径上总离子数TEC：HTTP:WWW.OTHERMAP.COM测绘信息网TEC(P1-P2)(1)式中，9.5196×1016，P1和P2分别为L1和L2伪距观测量(以米计)。将它归化到垂直方向上为：VECTECcosZm(2)其中，Zm为用“单层模型”模拟电离层时层面上卫星的天顶距。每一个观测历元，可以计算相应于一颗观测卫星的VEC值，取所有观测卫星VEC值的平均值作为该历元的代表值。由于电离层在一段时间内变化不大，为减少伪距观测误差对所计算结果的影响以及电离层离子含量的偶然性变化，可取一段时间内(例如一小时)各观测历元的VEC值的平均值作为该时段的最或是值。为了解该地区电离层离子含量在空间上的变化，用另一台双频接收机(Leicasystem300)在香港地区最北部(图1中SS)距KYC约25km处进行了12h连续观测，所计算的离子含量画在图2，其中(a)是同一天用参考站观测数据所得的结果，(b)为SS站的结果，(c)为两者叠加在一起的图形。可以看出，SS站上VEC值与KYC上没有明显差别。因此可以认为，由参考站观测数据计算的离子总量可代表整个香港地区。-专业文档，值得下载!-专业文档，值得珍藏！-(a)(b)(c)图2离子含量与地区的关系3四、用户单机精密定位HTTP:WWW.OTHERMAP.COM测绘信息网所谓用户单机定位是用户利用单台接收机采集数据，连同永久观测站连续观测的数据来计算测站的位置，实际上也是相对定位。用户接收机可以不同于永久观测站采用的接收机。为了实验用户单机精密定位的精度，采用Leica200接收机分别在5个已知控制点上测量3。控制点的分布见图1，它们是香港首级控制点，曾用GPS观测过，点位坐标精度为厘米级。数据处理时取用一个小时的观测数据，软件用TrimbleGPSurvey。表1列出了用不同处理模型计算的坐标与已知坐标的差值，其中“单频+电离层改正”是指用单频的数据进行处理，然后改正电离层的影响。观测时电离层的离子含量由参考站观测数据计算得到，改正采用参考文献5所述的方法。由表1可以看出：(1)对于单频模型，基线分量平均差值为28.5mm，双频模型为19.8mm，而“单频+电离层改正”模型为22.8mm。除了个别差值较大外，一般都在12cm。可以说，用户单机精密定位能达到厘米级精度。(2)电离层影响改正似能改善定位精度。表1用户单机定位结果与已知点坐标的差值/mm点号与参考站距离/km单频双频单频+电离层改正ENENEN6137-39-24-16-23-11346820-74-19-36-9-60094189-18-6-17-29-219624-3-16-12-18-10108015-6017-31-30-458五、参与地球动力学研究参考站连续观测的数据与附近IGS测站观测的数据联合处理可研究地区性地球动力学问题。实验时用了5个IGS测站：拉萨，上海，台湾，武汉和西安。它们都装备Rogue接收机。用了两个月连续观测数据(1996年11月12月)，每24h作为一时段，数据处理用MIT提供的GAMIT软件，采用的GPS精密卫星星历是相对于ITRF94框架的，计算结果如下4：(1)参考站到其他IGS站基线长度的均方差为7mm，与IGS站间基线的均方差相差不多。(2)不同时段所得参考站水平位置的变化及其标准差，多数情况下，位置的变化在13cm之间。HTTP:WWW.OTHERMAP.COM测绘信息网可以看出，尽管设计参考站原不是为此目的，但它与邻近IGS观测-专业文档，值得下载!-专业文档，值得珍藏！-站有类似的功能。HTTP:WWW.OTHERMAP.COM测绘信息网六、结论由实验分析可以看出，香港永久GPS观测站除了作为船只导航、交通管制以外还有许多应用，可发展成为多用途的GPS数据中心。1.海道测量与海底地形测量：参考台24h连续广播伪距改正信息，为海测带来很大的方便。作业单位只需有一台便宜的、专门的GPS接收机(GPSbeacon)并与测深仪同步就可以做航迹控制与测深定位，工作效率大大提高。目前测量时还需在测区设置验潮站，以改正潮汐，同时要求风平浪静的时候测量，限制作业的时间。我们正在研究加入载波相位观测，以事后处理方式同时确定潮汐和风浪的影响改正。2.城市交通管制：在广阔地区用一台beacon接收机，利用参考台的改正信号就能达到1m实时定位精度。如加上电子地图，可以为陆上车辆导航，加上通讯，可以用于交通控制和指挥。这些技术已经相当成熟。但在城市地区特别是像香港这样的大都市，GPS信号经常中断，因此我们正在研究开发低价惯性单元与DGPS组合，满足城市中车辆定位与导航的需要。3.精密定位测量：用户单台接收机定位可以达12cm的精度，这为测量控制提供了很大的方便。目前香港正在增加两个永久观测站，完成后用户单机精密定位时间可大大减少，预计几分钟就能达到厘米级定位精度。HTTP:WWW.OTHERMAP.COM测绘信息网4.科学研究：用于研究诸如大气中离子含量的变化，地球动力学等。*本文的研究得到香港研究基金会资助(PolyUA/C354/015)。参考文献1陈永奇.Deformationmonitoring-moderntrendanddevelopments.ProceedingsofFIGSingaproel97Symposium,1997:871002Choi,I.K.TheHongKonghydrographicofficeanditsDGPSuniversalreferencestation.ProceedingsofCanadianHydrographicConference,19963邱卫宁.EstimationofTECandtestingofGPSpositioningaccuracyusingthedatacollectedatapermanentreferencestationinHongKong.InternalTR,LSGI,thePoly.U.,19974Iz,B.H.,陈永奇，王解先.AssessingthestabilityofthenewmarineDGPSstationofHKanditsconnectiontotheWGS84datum.ProceedingsofPACON97HK,19975陈永奇.GPS相对定位中系统误差的影响.武汉测绘科技大学学报，1990，15(2)：19