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与 建 材装 饰2014 年 6 月 刍议 GPS 的优势和提高 GPS 测量与精度的做法 廖建波 （钦州市住房和城乡建设测绘院 广西 钦州535001） 摘要： GPS 在民用领域的应用已经有很多年， 它极大地改变了世界人民的生活。近年来， GPS 技术进一步得到发展， 应用的范围也更加广阔。 GPS 先进的定位技术、 强大测量功能， 让 GPS 在全球范围内得到了良好的应用。 但 GPS 在测量精 度上仍然存在一定的误差。本文将就 GPS 应用的优势以及如何进一步提高 GPS 的测量与进度进行阐述与分析。 关键词： GPS 的优势； GPS 测量与精度； 做法 中图分类号： P228.4文献标识码： B 文章编号： 1673-0038 （2014） 25-0164-02 1 引 言 GPS 是英语 “Global Position System” 的简称， 国内通俗称为 “全球定位系统” 。GPS 来源于美国，其原本应用在军事领域， 后 来逐渐拓展到民用领域，并且在民用领域发挥着越来越重要的 作用。GPS 技术的核心是卫星技术， 因而 GPS 具有丰富的功能以 满足定位的需求。 随着卫星技术的发展， GPS 技术也越来越成熟， 其应用领域也得到进一步的拓展。 就 GPS 应用的反馈情况来看， GPS 在应用中有着独特的优势， 但在测量与精度方面仍然存在一 定的偏差， 这使得 GPS 的应用受到一定的质疑。本文将分析 GPS 的优势， 并就如何提高 GPS 的测量与精度提出建议。 2 GPS 应用优势 2.1 GPS 的构成 GPS 由卫星群、 控制系统以及用户三个部分组成。 （1） GPS 空间卫星群 GPS 目前由 24 颗定位卫星组成。 此 24 颗卫星分布在六个不 同的轨道平面上。这样可以确保地球上任何一点的定位信息均 可由 GPS 传到， 保证了信息传递无死角。 （2） 地面控制系统 GPS 空间卫星群由地面系统进行控制。 目前地面共有一个主 控制站， 两个注入站以及五个监测站。主控制站是 GPS 的大脑， 它接收来自 24 颗卫星传递过来的信息，并对信息进行分析、 处 理， 再将处理后的数据转入到注入站中， 再由注入站传输到卫星 上。主控制站可以对 24 颗空间卫星进行实时的控制， 如控制卫 星功能的开启， 控制卫星的姿态的调整等。监控站的作用是监控 卫星群的运行状态， 以便确保系统的稳定运行。 （3） GPS 用户 GPS 用户是系统的终端， 它通过接收设备接收卫星输送的信 息。GPS 用户主要是利用 GPS 进行卫星导航和定位， 目前， 在道 路交通、 航海上应用较为普遍。 2.2 GPS 应用优势 （1） 定位精度较高 通常双频 GPS 接收机基线解精度为 5mm+1ppm，而红外仪 标称精度为 5mm+5ppm。 但 GPS 相较于红外衣标称的优势在于， 即使距离不断增加， 其测量的精度不会出现快速的下滑。根据多 年来的测量实践来看， GPS 的定位精度不管是在 50km 以内， 还 是 1000km 以上， 其定位精度都可以达到 10。经过精密的工程定 位测算， GPS 定位的平面位置误差在 1mm 以内。 （2） 观测时间较短 随着卫星定位技术的不断发展和完善， GPS 的硬件和软件都 较之过去有了长足的发展。当前的 GPS 定位技术水平，可以在 1520min 内对 20km 以内距离进行精确地静态定位。当基准站 与流动站的的距离在 15km 以下时， 静态相对定位通过流动站观 测不超过 2min。 （3） 观测站之间不需要通视 在测量学中， 如何在不同的观测站之间进行通视一直以来都 是学界难点。 但由于 GPS 采用了空间卫星群这一特殊的设备， 使 得观测站之间的分布于选点都十分的灵活。当然， 观测站应当力 求选择在上空视距较为开阔的地带，这样更加利于卫星信号的 传输， 避免受到其他信号源的干扰。 （4） 三维定位 GPS 与地平面测量显著优势在于 GPS 能够提供三维定位。 三维定位通过三维坐标的形式表现出来。就当前的 GPS 技术而 言， 三维坐标定位技术已经相当成熟， 例如， 在测量珠峰的海拔 中， 就运用了 GPS 三维坐标定位技术。 （5） 操作便捷 随着 GPS 技术的大规模应用， GPS 接收机的信息自动化水 平已经达到了很高的水平。 观测人员仅需要展开 GPS 接收机， 并 开启电源， 就能够自动接收 GPS 信号， 自动进行观测， 并将结果 通过简单易懂的方式表达出来。 3 提高 GPS 测量与精度的做法 GPS 在多年的应用中， 已经取得了人们的广泛信任， 在越来 越多的领域得到应用。 然而， 由于 GPS 本身的存在的一些技术问 题， 使得 GPS 的测量精度仍然存在一定的误差。 误差的存在使得 GPS 应用前景存在一定的疑问。接下来， 将就 GPS 测量精度中存 在误差的原因进行分析， 并就如何提高测量精度提出方法： 3.1 GPS 测量 （1） 信号误差 GPS 是美国基于国家军事利益研制出来的， 后来才在民事领 域得到应用。目前， GPS 在全球范围内基本上处于垄断地位， 美 国为了维护其全球利益， 在 GPS 应用中， 人为降低了广播星历的 精确度， 而且故意在信号中人为添加了高频抖动等信号， 最终导 致了测量精度的降低。 （2） 卫星星历误差 卫星星历误差存在不可避免性。这是因为 GPS 的空间卫星 地质 勘察 测绘 164 与 建 材装 饰2014 年 6 月 群分布于全球 24 个不同的地点上空， 而每一颗卫星的轨道参数 都是基于其所处位置的星历所提供。在测算出卫星群的具体位 置时， 由于卫星星历的不同， 使得每一颗卫星的应然位置和实然 位置不一致， 这就是卫星星历误差。 （3） 卫星钟差 这种误差的原因具体是指每一颗 GPS 卫星上所自带的原子 钟与标准时间存在的误差， 而这个误差暂时也是不可避免的。 （4） 电离层 众所周知， 地球周围分布着电离层。GPS 信号在穿过地球电 离层时的传输方向会发生折射， 传输速率会发生迟延， 而且由于 地球不同位置的电离层内电子的含量在地球上空不同的位置存 在一定的差异，因此， GPS 信号传输的误差程度也会有一定的差 异。 （5） 对流层 对流层对 GPS 信号的影响同上，但对流层影响的因素在于 其内部气压、 湿度以及温度。 对 GPS 测量精度误差影响的因素还有接收机的位置误差、 接收机天线相位中心偏差等。 3.2 提高 GPS 测量与精度的做法 （1） 布网方案 GPS 布网应根据测量区的地理状况、 设计的要求等因素进行 布网设计。GPS 布网方案不仅要考虑短期的测量要求， 而且应当 根据测量区的长期规划进行。 以 GPS 布网的设计等级要求确定测量的精度与密度的要 求。 布网方案要将原有测量控制点与标石考虑进来，因为， 有 利于控制平差精度。 布网方案应当以点带面， 点线混合等方式形成一个有机的 整体测量网络， 将测量网络连接后， 组成较长的同步环、 异步环 及复测基线， 让 GPS 测量网络的稳定性和可靠性增强， 提高 GPS 的测量精度。 （2） 选点 测量点位的选择对于 GPS 测量精度的影响也是很大的。选 择点位时应当根据测量区的地理状况、 设计的要求等因素进行。 通常来说， 选择定位主要应当考虑如下的具体因素： 选择的点位尽量在自然地理位置较为开阔， 交通较为便利 的地方。另外， 埋设点位的地点应当便于发现， 且适合长期埋设。 选择的点位应当在上空视野开阔的地方， 要保证点位的上 空在 15高度角以上均不存在任何的障碍物。 选择的点位在其周边没有任何移动通信发射塔等大功率 无线电发射装置， 在点位周边 100m 之内不存在变电站等电力设 施和装置。根本在于避免卫星信号受到上述设备和装置的干扰。 有一部分原有的控制点仍然可以利用， 这样可以节省寻找 新的点位的时间和其他成本。 选择的点位之间应当确保至少一个方向是可以通视的， 好 以后方便地进行常规的加密。 （3） 外业观测 在 GPS 测量中， 外业观测是不可或缺的一个环节。为了提高 GPS 的测量精度，制定科学严密的外业观测计划是十分有必要 的。 整个 GPS 网络应该确保任一时段均不少于四颗卫星进行 测量， 确保测量精度因子 PDOP 值不大于 6。 GPS 测量站应当保持观测天线的整平对中。 观测天线朝向 为向北， 观测天线的高度的平均互差精确到 1mm。 观测时间应当视基线的长短来决定， 当基线的长度不超过 20km 时， 观测的时长不超过 1.5h， 每一个数据采集的时间在 10 60s 之间。 外业观测中， 观测人员的要避免头顶高度超过天线， 并坐 在接收装置一旁， 随时获得卫星数据， 并根据观测的结果决定观 测的时长。 观测的结果应当及时地传输以进行保存， 确保观测信息的 及时留存。在每天的观测过程中， 应当确保点位等基本观测信息 的的准确。 4 结 论 综上所述， GPS 在应用中有定位精度较高、 观测时间较短、 观 测站之间不需要通视、三维定位以及操作便捷等优势这些优势 使得 GPS 在全球范围了得到了很好的推广及普遍的应用。 然而， 鉴于 GPS 技术仍然存在一定的局限性， GPS 在测量精度上仍然 存在信号误差、 卫星星历误差、 卫星钟差以及因对流层、 电离层 等因素引起的误差。 为了降低 GPS 测量精度误差， 提高 GPS 测量 精度， 有必要选择科学的布线方案， 选择合理的点位， 进行良好 的外业观测。 参考文献 1麦卫东.浅谈 GPS 测绘存在误差及有效提高定位精度J.科学之友， 2010 （36） . 2李泽文， 曾祥君， 黄智伟， 雷 莉， 马 洪.基于高精度晶振的 GPS 秒时钟 误差在线修正方法J.电力系统自动化， 2006 （13） . 3何 勇， 葛晓锋， 俞海红， 方 慧.农用 GPS 测试精度分析及提高精度方法 的研究J.农业工程学报， 2004 （2） . 4李泽文， 姚建刚， 曾祥君， 邓丰楚， 湘 辉.基于数字锁相原理的 GPS 高精 度同步时钟