【GPS测量技术原理5000字（论文）】

PAGEPAGE17GPS测量技术原理目录TOC\o"1-2"\h\u14848GPS测量技术原理 13071GPS测量的工作原理 129937（2）坐标转换 229122GPS测量作业流程 4189523测量成果的质量控制 5172494GPS技术的特点 517876(1)作业效率高 51971(2)定位精度高，没有误差积累 626720(3)全天候作业 63502(4)GPS作业自动化、集成化程度高 622836(1)受卫星状况限制 720485(2)受电离层影响 731833(3)受数据链电台传输距离影响 711828(4)受对空通视环境影响 730863(5)受高程异常问题影响 711368(6)不能达到100%的可靠度 81GPS测量的工作原理

GPS测量可以进行实时动态测量，在运行过程中其工作流程可分为两方面论述：

（1）实时载波相位差分GPS定位在运行时会受多种因素影响，因此，为了保障测量的准确性，就需要运用两台或两台以上GPS接收机同时进行工作，才能减少误差。静态测量是GPS测量使用的方式之一，在测量过程中，为了得到数据，接收机需单独进行测量，测量的结果是利用后处理软件进行计算差分。实际上对RTK测量来讲，RTK技术就是一种能及时进行解算数据的差分计算，数据是由卫星信号发送测量的信息，而运行中的基准站和流动站同时进行工作接收，并对卫星信号发送的信息进行计算加以分析。基准站和流动站的工作是不同的，在发射电台在信号发出后，两者的工作模式分别:基准站的信号发射是先通过接收信号后再向外发射信号；而流动站的信号接收则更强一些，它既能接收到卫星信号，也能在基准站发送电台信号后进行接收；在信号发出以后，为流动站提供了进行差分计算的前提工作，这时流动站可以通过其自身的固化软件运行工作，从而进行差分计算，利用数据进而精准地对基准站和流动站之间的位置进行定位，得到所要知道的空间相对关系。但是得到的数据也相对来说存在一定的偏差，其原因是信号的发送和接收受到各方面的影响，包括数据在进行运算的计算分析中也会有不同的影响，观测条件和信号源会给信号带来一定程度上的干扰，在不同的环境下得到的数据结果可能也存在一定的偏差。当然为了避免这种偏差造成的误差影响，测量仪器也相应的规定了标定误差,标定误差在通常条件下误差范围为1cm+1ppm，其高程为2cm+1ppm。（2）坐标转换空间相对位置关系需要在坐标系里才能被分析并使用，而不能直接进行测量数值所使用。WGS-84坐标是目前通过GPS所得而来的坐标,但北京54坐标系是目前我国在地形图上的平面坐标采取的，西安80坐标系是为全国天文大地网而建立的，因此经常被使用的是以上两种坐标,在使用过程中不能直接进行结果观测，而是要经过坐标转换这一过程REF_Ref14639\n\h[8]。在坐标转换中为了得到需要观测的坐标，把GPS得到的观测结果进行转换才能加以分析利用。坐标转换的运用模式是不同的，体现的方式也不尽相同，其共同模式是分开来进行转换。平面坐标转换过程是通过坐标体系来呈现的，GPS所得到的数据为了易于分析，需在平面上形成便于观测的坐标体系，进而进行二维变四参数得出想要的数据，通过控制点进行计算。高程则使用平面或二次曲面拟合模型，通过水准点检测出该区域的待测点的高程状况，以此获取所需高程。坐标转换的过程也会出现各种误差，偏差出现的原因通常来自于已知点的精度和分布情况REF_Ref14682\n\h[9]。GPS的数据处理过程是单基线处理的方法，在基准站和流动站之间进行单独的解算，对它们之间形成的观测值进行分析，计算差分并组合，组合而成的随机参数大部分可分为两部分，一部分是动态的流动站未知坐标为随机参数，另一部分为载波相位的整周模糊度REF_Ref14737\n\h[10]。平面中的三维坐标X、Y和海拔高H在坐标转换中获取传输数据，进而归化得出流动站每个点的相对坐标，当处于无阻挡物和遮蔽情形且信号良好的情况下，一般几秒钟就可以达到固定解，完成一个点的定位，其高效性是显而易见的REF_Ref14766\n\h[11]。卫星定位技术需要一定的观测数据，伪距和载波相位提供了一定基础。伪距测量是卫星之间因一些原因所产生的误差和延迟距离进行测量测定，伪距观测值的应用比较多，它历来被应用于卫星导航定位技术。由于伪距对卫星导航具有一定程度上的影响作用，因此对伪距的测量精度要求很高，米级的测量精度被认为是高精度，以伪距的单点测量为基础进行的测量精度也在不断提高高达到了米级以上。伪距单点定位已经开始实践于卫星定位，在为卫星导航定位系统中发挥它的作用，为其提供部分基本服务，保证卫星导航定位系统正常运行。对于不同的定位系统，定位服务也是不同的，通过对相关资料梳理得知，美国GPS系统的定位服务主要分为两种：标准定位服务（StandardPositioningService，SPS）与精密定位服务（PrecisePositioningService，PPS）REF_Ref14884\n\h[12]。SPS是在应用中用C/A码进行伪距观测量，测量的数据分析可以保证正常使用，所以在公共服务中使用的比较广泛；而PPS与SPS不同，它通过使用P码进行伪距观测量，其定位精度也可以达到高精度的测量，测量结果准确性高，也达到米级左右。为了达到精准定位确保定位精度、在使用过程中提升用户体验，通过探索和改进，相对定位技术应运而生。相对定位技术是一种更高的定位精度测量，利用基准站传输的数据和用户的真实定位之间的空间距离进行差分处理，以保障减少甚至消除误差，从而达到高精度测量。相对定位技术由于在消除误差过程中，对测量结果进行改正，其目标参量所产生的差异存在异同，因而可以分为四类差分技术：位置差分、伪距差分、载波相位平滑伪距差分以及载波相位差分,这四类差分方式在各领域都有广泛的应用REF_Ref14940\n\h[13]。发挥其功能运用于不同的实践中，基准站是它们共同的数据发送转接点，基准线把测量得到的结果和改正以后得到的数据发送，运用这四类进行差分计算，更高的定位精度结果就可以得到。但是这四类差分方式也有区别，就差分精度而言，不同的差分计算方式肯定不同。位置差分和伪距差分的定位精度为米级，适用的距离和范围也不同；而载波相位平滑伪距差分为分米级，测量更精密；载波相位差分更可达到厘米甚至毫米级，并对观测值进行可以进行实时处理REF_Ref14985\n\h[14]。通过比较，载波相位差分相对而言观测精确较高，是因为实时对两个观测站载波相位测量，而且更高的精密技术在导航定位系统传输数据后可以获取具有最高的精度，而载波相位在测量精度方面要测量技术要求更高，高出测码伪距2～3个数量，其对精密定位具有一定的意义。2GPS测量作业流程工程准备工程准备电台求解两站间实时基线求解流动站实时WGS84坐标坐标转换、高程拟合流动站实时坐标、高程传入计算机数据处理用户仪器设备人员坐标高程转换工程设计数据GPS信号基准站信息基准站接收机流动站设置基准站观测数据流动站接收机1流动站接收机2流动站接收机3发射接收GPS信号流动站观测数据

数据检查合格不合格图2.1GPS测量作业流程图3测量成果的质量控制过往的研究结论得出，GPS测量技术定位精度较高并且距离远应用广泛，但是GPS测量技术会受到天气环境和卫星状态等不同因素的影响，其确定整周模糊度的可靠性不同，测量可靠性最高为99%，在测量过程中容易产生误差，因此需要对其进行质量控制，以保证测量数据的可靠性，对测量成果的质量进行控制，在一定范围内，测量成果才具有意义REF_Ref15044\n\h[15]。GPS测量质量控制的方法主要有:(1)已知点检核比较法一在测量布局上应该遵循一定的控制原则，控制点的选择应该在可控的范围内，对控制网进行控制，为了多测出控制点，静态的GPS或全站仪能够进行测量，并且进行检核，通过核验对现有的问题进行分析并改正，进而传送正确的数据。(2)重测比较法一重测比较法的控制需在初始化完成后，重测可以更精准的对误差进行定位，选择1-2个已测过的图根点点或高精度控制点进行重测，在准确得出一致结论后再进行GPS测量。通过实践发现，目前应用比较广泛且准确的是已知点检核比较法，其应用作业效率高，且更加精准，但再控制过程中也有局限性，选择控制点的数量是受限的，这就导致在无控制点的地方无法进行检核，因而这时对测量成果的检验工作就需要用重测比较法。4GPS技术的特点GPS系统具有本身的特点，也是其这些特点让GPS系统应用在较多的方面。GPS系统有操作方便、定位精度高、全天候作业功能多且应用广等许多特点。GPS与传统的测量技术相比，其使用性能更广，对测量方法的发展来说，是与时俱进的并且发展的意义重大。同时，GPS系统也促进了测量的发展，加快了测量的发展步伐，具有现代化的发展意义。GPS系统的特点并有其自身特点，其优缺点如下：优点:(1)作业效率高在对地形地势测量过程中，普通的地势环境下，GPS测量的设站覆盖范围更易于操作，测区覆盖范围可达到半径为5～10km，在很大程度上方便了测量。对比以往测量，GPS测量只需一人进行操作即可完成，对测量需要的控制点数需求减少，测量时间也缩短，测量过程相对轻松、准确且节约时间。利用GPS技术对道路定线测量中，中线测量既方便又省时。中线测量的完成只需要每小组（3～4人)，经过计算得知，每小组在放样之后还可以进行高程测量，6～8km的测量距离是每小组的测量结果，高程测量可与放样同时完成。GPS测量也可以应用在对地形测量和铁路定测中，其测量效果是非常具有显著性的。在地形测量中，每小组的地形图测绘不仅可以保证高精度测量，范围也是可以覆盖0.8～1.5km2；而在铁路定测中，将GPS技术运用到中线测量中，传统的导线组、交点中线综合组、中平组等作业方式测量会更加省时省力REF_Ref15109\n\h[16]。GPS技术可实现单人独立单机操作，这样就使得一套(4高频当R台)GPS系统可形成3个作业组，仅需配置7-10人。同时GPS测量技术可使数据记录和处理更加方便，与传统作业相比，同等条件下，GPS测量技术的作业效率提高了6倍以上。(2)定位精度高，没有误差积累GPS测量与传统的全站仪、水准仪等测量设备相比，其定位精度高，即使经过多次搬站后，存在的误差也在可接受范围内，误差积累不会相差很大，在符合基本工作环境下，在一定的半径范围内，其测量也会保持在一定高精度之上，厘米级是目前定位精度状态较稳定的且精度较高，同时也是平面精度和高程精度所能达到的定位精度，得到的数据无误差的积累。(3)全天候作业GPS测量技术与其他测量技术相比有着区别，光学通视不再是GPS测量技术的要求，传统测量遇比较复杂的地形地势下，通视地区受到环境的阻碍，会给测量造成一定的困难，而这些外部因素对GPS测量技术的约束条件则小很多，GPS测量技术在工作时可以忽略外部因素，进而满足全天候作业，当然电磁波通视和对空通视对GPS测量技术有一定的要求，在通视条件满足后就可以进行全天候作业，大大降低了作业测量的难度REF_Ref15191\n\h[17]。(4)GPS作业自动化、集成化程度高GPS测量技术的功能强大，在进行不同的测绘时，也展现了高集成化和自动化的优点，其可利用自身具备的功能满足多种测绘条件，不仅可以避免人为操作得到的数据误差，还可以提高效率，减少失误，保证数据准确REF_Ref15253\n\h[18]。缺点:GPS测量技术在测量反面比传统仪器更加方便，但不可否认的是它也有着缺陷，在工作中也会受一定条件的限制，其存在以下几方面不足。(1)受卫星状况限制1973年，GPS系统总体设计完成，对测量技术具有进步的意义，虽然总体设计完成，但是由于技术条件有限，显然当时的GPS系统还存在许多不足，无法达到如今的效果REF_Ref15325\n\h[19]。随着技术的不断进步，GPS系统的应用范围越来越广，对其精准度的要求也越来越高，但是会受卫星状况的影响。当卫星状况信号强度和系统位置对定位处于优势时，送测量的数据也精确，而与此相反，当以上情况处于劣势时，就会出现不能接收到的卫星传输的数据，也就是所说的盲区，盲区的出现会导致GPS测量难度增大。例如，在中、低纬度地区每天都会出现长达20-30min的两次盲区。当盲区出现时，卫星的信号强度减弱，致使GPS系统正常运行受到影响，导致GPS测量无法正常进行。(2)受电离层影响GPS系统在运行过程中不应该忽略电离层的影响，由于中午时段，电离层会影响GPS系统，GPS系统正常运作被干扰，那么GPS测量的精度就会受限，导致设备初始化时间不能正常进行测量REF_Ref15371\n\h[20]。电离层对GPS系统进行干扰，影响卫星信号传输，使得RTK技术也受到干扰。(3)受数据链电台传输距离影响GPS测量时也受数据链电台传输距离的影响，由于数据链电台传输路径不是统一固定的，外界环境会在一定程度上影响信号的传输，比