地球同步衛(wèi)星定位系統(tǒng)及在大地測量中求定大地高的運(yùn)用

付成龍　苑宇沖

摘 要：隨著空間及衛(wèi)星定位技術(shù)的飛速發(fā)展，各種空間定位技術(shù)及應(yīng)用也愈來愈多。簡要介紹了甚長基線干涉測量（VLBI）技術(shù)、激光測月（LLR）技術(shù)、衛(wèi)星激光測距（SLR）技術(shù)、衛(wèi)星雷達(dá)測高技術(shù)、多普勒定軌和無線電定位系統(tǒng)（DORIS）、精密測距及其變率測量系統(tǒng)（PRARE）以及合成孔徑雷達(dá)干涉測量（INSAR）等空間定位測量技術(shù)，重點(diǎn)闡述了GPS新技術(shù)及應(yīng)用。全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)是能在地球表面或近地空間的任何地點(diǎn)為用戶提供全天候的三維坐標(biāo)和速度以及時間信息的空基無線電導(dǎo)航定位系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：大地測量；衛(wèi)星導(dǎo)航定位；地殼運(yùn)動監(jiān)測

1、我國新一代地心坐標(biāo)系統(tǒng)的建立和維護(hù)

大地坐標(biāo)系是一種固定在地球上，隨地球一起轉(zhuǎn)動的非慣性坐標(biāo)系。大地坐標(biāo)系依其坐標(biāo)系原點(diǎn)的位置不同而分為地心坐標(biāo)系和參心坐標(biāo)系。地心坐標(biāo)系的原點(diǎn)與地球質(zhì)心（包括海洋、大氣）重合，參心坐標(biāo)系的原點(diǎn)與某一地區(qū)或某一國家采用的參考橢球的中心重合。由于航天、航空、航海事業(yè)的發(fā)展，以及現(xiàn)代測繪技術(shù)的普遍應(yīng)用，傳統(tǒng)的參心坐標(biāo)系已不能滿足需要。國際上幾乎所有發(fā)達(dá)國家都已采用地心坐標(biāo)系，我國周邊國家大多也采用地心坐標(biāo)系，我國大地坐標(biāo)系同樣也面臨著由參心坐標(biāo)系向地心坐標(biāo)系的更新。我國建國以來分別建立了1954年北京坐標(biāo)系和1980西安坐標(biāo)系。建成了2000國家GPS大地控制網(wǎng)，完成了全國天文大地網(wǎng)與2000國家GPS大地控制網(wǎng)的聯(lián)合平差工作，使2000國家大地坐標(biāo)不僅有明確的定義，而且有高精度的坐標(biāo)框架具體體現(xiàn)。

2、GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng)在工程測量中的應(yīng)用

2.1建立工程控制網(wǎng)

在工程建設(shè)和管理工作中，工程控制網(wǎng)作為最為基礎(chǔ)的部分是必不可少的，在工程控制網(wǎng)建立時其網(wǎng)型和精度測繪工程的規(guī)模和性質(zhì)息息相關(guān)，對于覆蓋面積較小的工程控制網(wǎng)，由于其點(diǎn)位密度大，所以對其精度就具有更高的要求，通常情況下多采用邊角網(wǎng)來進(jìn)行工程控制網(wǎng)的建立，但很難滿足精度的要求。GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng)應(yīng)用后，用其來建立工程控制網(wǎng)，在點(diǎn)位選擇上不再受制于諸多因素的限制，在較短時間內(nèi)就可完成作業(yè)，不僅有效的降低了工程成本，而且成果具有較高的精度。在當(dāng)前工程首級控制網(wǎng)、施工控制網(wǎng)、變形監(jiān)測控制網(wǎng)、工程勘探及隧道等地下工程控制中都可能應(yīng)用GPS技術(shù)。特別是利用載波相位靜態(tài)差分技術(shù)來建立的控制網(wǎng)，可以將精度達(dá)到毫米級。這就使GPS技術(shù)在道路勘探、施工控制網(wǎng)和隧道工程控制網(wǎng)上的應(yīng)用具有非常明顯的優(yōu)勢，由于這些工程項(xiàng)目中所建立的控制網(wǎng)，不僅橫向較窄，而且縱向很長，利用常規(guī)方法時通常需要分段進(jìn)行實(shí)施。但應(yīng)用GPS技術(shù)由于不受通視條件的制約，所以可以敷設(shè)較長的GPS點(diǎn)構(gòu)成三角鎖，而且較短的觀測時間即能夠達(dá)到工程所要求的精度要求，這有效的提高了GPS測量的效率，使工期得以縮短。

2.2變形監(jiān)測

變形監(jiān)測主要是監(jiān)測像大橋、水庫大壩、高層大樓等建筑物、構(gòu)筑物的地基沉降、位移以及整體的傾斜等狀況。監(jiān)測工作的特點(diǎn)是被監(jiān)測體的幾何尺寸巨大，監(jiān)測環(huán)境復(fù)雜，監(jiān)測技術(shù)要求高。常規(guī)的監(jiān)測技術(shù)是應(yīng)用水準(zhǔn)測量的方法，監(jiān)測地基的沉降；應(yīng)用三角測量（或角度交會）的法，監(jiān)測地的位移和整體的傾斜。GPS技術(shù)在該領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用。變形監(jiān)測中建立高精度GPS監(jiān)測網(wǎng)，最后得出毫米級精度的絕對平面位移與相對垂直監(jiān)測數(shù)據(jù)，實(shí)踐證明GPS測量完全可以取代高精度邊角（網(wǎng)）測量。

2.3帶RTK的碎部測量與放樣

RTK技術(shù)，即載波相位差分技術(shù)，是實(shí)時處理兩個測站載波相位觀測量的差分方法。RTK系統(tǒng)由兩部分組成：基準(zhǔn)站（坐標(biāo)已知）和移動站（用戶接收機(jī)）。其基本原理是：將基準(zhǔn)站采集的載波相位發(fā)送給用戶，用戶根據(jù)基準(zhǔn)站的差分信息進(jìn)行求差解算用戶位置坐標(biāo)。RTK技術(shù)可應(yīng)用于測繪地形圖、地籍圖，測繪房地產(chǎn)的界址點(diǎn)，平面位置的施工放樣等。采用RTK技術(shù)測圖時僅需一人進(jìn)行。將GPS接收機(jī)放在待定的特征點(diǎn)上一至二秒鐘，同時輸入該特征點(diǎn)的編碼即可。把一個小區(qū)域內(nèi)的地形、地物特征點(diǎn)測定后傳入計(jì)算機(jī)，由專業(yè)成圖軟件、在人工適當(dāng)?shù)母深A(yù)下，形成所要的成果圖。采用RTK技術(shù)進(jìn)行放樣，標(biāo)定界標(biāo)點(diǎn)，是坐標(biāo)的直接標(biāo)定，簡捷易行。

2.4區(qū)域差分網(wǎng)下的碎部測量與放樣

在區(qū)域GPS差分網(wǎng)的基礎(chǔ)上進(jìn)行區(qū)域性GPS差分系統(tǒng)下的碎部測量與放樣。在這項(xiàng)工作上，其與RTK單基點(diǎn)載波相位差分的原理具有較大的相似性，但在區(qū)域差分中，其基準(zhǔn)站則不止一個，往往其基準(zhǔn)需要由多基準(zhǔn)站組成，由基準(zhǔn)網(wǎng)提供各個基準(zhǔn)站的差分信息，而用戶接收機(jī)在確定各基準(zhǔn)站區(qū)分信息時則依據(jù)自己的位置來進(jìn)行，按非等權(quán)平差后形成自己的差分改正數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)差分定位。

使用GPS-RTK技術(shù)應(yīng)首先復(fù)核起算基準(zhǔn)點(diǎn)的精度，起算點(diǎn)應(yīng)為高等級的控制點(diǎn)，并且起算基準(zhǔn)點(diǎn)和觀測點(diǎn)之間具有較好的位置分布。當(dāng)使用動態(tài)GPS-RTK進(jìn)行觀測時，基準(zhǔn)站的精度要經(jīng)過3～5個高等級控制點(diǎn)的連測、復(fù)核，確?；鶞?zhǔn)站坐標(biāo)在各個方位觀測情況下具有一致的精度。根據(jù)GPS作業(yè)調(diào)度表的安排進(jìn)行觀測，采取靜態(tài)相對定位，衛(wèi)星高度角15°，時段長度45min，采樣間隔10s。在3個點(diǎn)上同時安置3臺接收機(jī)天線（對中、整平、定向），量取天線高，測量氣象數(shù)據(jù)，開機(jī)觀察，當(dāng)各項(xiàng)指標(biāo)達(dá)到需求時，按接收機(jī)的提示輸入相關(guān)數(shù)據(jù)。GPS網(wǎng)數(shù)據(jù)處理分為基線解算和網(wǎng)平差兩個階段，采用隨機(jī)軟件完成。經(jīng)基線解算、質(zhì)量檢核、外業(yè)重測和網(wǎng)平差后，得到GPS控制點(diǎn)的三維坐標(biāo)。

3、結(jié)束語

近年來我國的大地測量工作取得了重要進(jìn)展，采用新一代大地坐標(biāo)系已成為刻不容緩的工作，在技術(shù)條件成熟的今天，采用新的坐標(biāo)系仍然要解決大量測繪產(chǎn)品的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換問題。同時，在今后如何維護(hù)國家的大地坐標(biāo)系，使大地參考框架得到及時有效的加密和更新，都需要測繪工作者的不懈努力；在大地測量手段日益豐富和增強(qiáng)的形勢下，大地測量與地學(xué)的其他學(xué)科進(jìn)行交叉和融合，將會更好地推動地球科學(xué)的發(fā)展。