摘要：本文就GPS布網方案與作業模式的相關問題進行闡述，文章分別從布網方案與作業模式兩個方面的各種基本情況進行闡述。

　　關鍵詞：GPS，方案，模式

　　前言：

　　與傳統的大地測量觀測技術不同，在衛星大地測量中，觀測站雖然是固定在地球表面上，其空間位置隨同地球自轉而運動，但觀測目標卻是主要受地球引力作用而繞地球旋轉的人造地球衛星，它與地球自轉無關。因此為了統一描述衛星在軌道上的運動，按不同需要表示測站的空間位置，并正確處理關聯著地面測站及衛星的觀測數據，需要采用兩類坐標系統，并需實現各種坐標系之間的轉換。從幾何上看坐標系統是由原點位置、三個坐標軸指向和尺度所定義的。在衛星大地測量中，一般取地球質心為坐標系的原點，由于人造地球衛星圍繞地球運動，引進地心坐標系是十分自然的，這樣便于研究人造衛星衛星運動的規律。根據坐標軸指向的不同，可分為兩大類坐標系：天球坐標系和地球坐標。 地球坐標系隨同地球自轉，可看作為固定在地球上的坐標系，便于表述地面觀測站的空間位置。天球坐標系則與地球自轉無關，便于描述人造地球衛星的位置和狀態。

　　天文坐標系

　　1：天文坐標系;以地心為坐標原點的坐標系，Z軸的正向指向北天極，X軸的正向指向春分點，構成右手系。

　　2：瞬時真天文坐標系：由瞬時真天極及瞬時真赤道面，瞬時真春分點所定義的地心坐標系。

　　3：瞬時平天文坐標系：以瞬時平天極，瞬時平赤道，瞬時平春分點所定義的一種地心坐標系。

　　4：標準歷元平天球坐標系：是其中相當于標準歷元的一種特定的天球坐標系。

　　GPS控制網的圖形設計

　　在建立GPS控制網時，由于GPS的同步觀測不需要通視，使得觀測具有較大的靈活性。因此，GPS網的設計也具有很大的靈活性。根據不同的用途，GPS的圖形布設通常有導線連接、三角網連接、多邊形網連接、對角線連接等方式。

　　在網形設計時應注意的問題

　　⑴ GPS網不要有開放式的網型結構，應構成封閉式閉合環和子環路。

　　⑵ 應盡量消除多路徑影響，防止GPS信號通過其他物體反射到GPS天線上，因此應避開強反射的地面，避開強反射環境，如山谷、山坡、建筑物等。

　　⑶ 避開強電磁波干擾，設站應遠離雷達站、電臺、微波中繼站等。

　　為了確保GPS觀測效果的可靠性，有效的發現觀測成果中的粗差，必須使GPS網中的獨立邊構成一定的幾何圖形，這種幾何圖形，可以是數條GPS獨立邊構成的非同步多邊形(非同步閉合環)。如三角形，四邊形，五邊形…… 當GPS網中有若干個起算點時，也可以是由兩個起算點之間的數條GPS獨立邊構成的附合路線。GPS網的圖形設計也就是根據對所布設的GPS網的精度要求和其他方面的要求，設計出由獨立的GPS邊構成的多邊形網(環形網)。GPS控制網的建立與應用常規地面測量方法建立控制網類似。

　　GPS控制網技術設計的一般原則

　　⑴充分考慮建立GPS控制網的應用范圍

　　對于工程建設的GPS網，應考慮勘測設計階段的需要，又要考慮施工放樣等階段的需要。對于城市GPS控制網，既要考慮今期建設和規劃的需要，又要考慮遠期發展的需要。還可以根據具體情況，擴展GPS控制網的功能。

　　⑵采用分級布網的方案

　　適當的分級布設GPS網，有利于根據測區的近期要求和遠期發展分階段布設，而且可以使全網的結構呈長短邊相結合的形式。與均由短邊構成的全網比較，可以減少網的邊緣處誤差累積，也便于GPS網的數據處理和成果檢驗分階段進行。分段布網是建立常規控制網的基本方法。因為GPS網測量有許多優越性，所以不要求GPS網按常規控制網分很多等級布設。

　　⑶具體操作

　　①選取坐標系統、投影面，確定起算坐標、起算方位角和起始邊長。

　　②根據近期建設的需要和遠期規劃的目標，確定GPS網的控制范圍。

　　③分級布網。要求按GPS規范進行觀測和數據處理。

　　④觀測精度標準：GPS觀測的空間距離的中誤差

　　作業模式

　　經典靜態定位模式

　　⑴ 作業方法：采用兩臺(或兩臺以上)接收機設備，分別安置在一條或數條基線的兩個端點，同步觀測4顆以上衛星，每時段長45分鐘至2小時或更多。

　　⑵ 精度：基線的相對定位精度可達到5mm+1ppm·D，D為基線長度(km)。

　　⑶ 使用范圍：建立全國性或國家大地控制網，建立地殼運動監測網、建立長距離檢校基線、進行島嶼與大陸聯測、鉆井定位及精密工程控制網建立等。

　　⑷ 注意事項：所有已觀測基線應組成一系列封閉圖形(如圖4.1)，以利于外業檢核，提高成果可靠度。并且可以通過平差，有助于進一步提高定位精度。

　　快速靜態定位

　　⑴ 作業方法：在測區中部選擇一個基準站，并安置一臺接收設備連續跟蹤所有可見衛星;另一臺接收機依次到各點流動設站，每點觀測數分鐘

　　⑵ 精度：流動站相對于基準站的基線中誤差為5mm+1ppm·D。

　　⑶ 應用范圍：控制網的建立及其加密、工程測量、地籍測量、大批相距百米左右的點位定位。

　　⑷ 注意事項：在觀測時段內應確保有5顆以上衛星可供觀測;流動點與基準點相距應不超過20km;流動站上的接收機在轉移時，不必保持對所觀測衛星連續跟蹤，可關閉電源以降低能耗。

　　準動態定位

　　⑴ 作業方法：在測區選擇一個基準點，安置接收機連續跟蹤所有可見衛星;將另一臺流動接收機先置于1號站觀測;在保持對所測衛星連續跟蹤而不失鎖的情況下，將流動接收機分別在2，3，4……各點觀測數秒鐘。

　　⑵ 精度：基線的中誤差約為1-2cm。

　　⑶ 應用范圍：開闊地區的加密控制測量、工程定位及碎部測量、剖面測量及線路觀測等。

　　⑷ 注意事項：應確保在觀測時段上有5顆以上衛星可供觀測;流動點與基準點距離不超過20km;觀測過程中流動接收機不能失鎖，否則應在失鎖的流動點上延長觀測時間1—2min。

　　動態定位

　　⑴ 作業方法：建立一基準點安置接收機連續跟蹤所有可見衛星;流動接收機先在出發點上靜態觀測數分鐘;然后流動接收機從出發點開始連續運動;按指定的時間間隔自動測定運動載體的實時位置。

　　⑵ 精度：相對于基準點的瞬時點為精度1—2cm。

　　⑶ 應用范圍：精密測定運動目標的軌跡、測定道路的中心線、剖面測量、航道測量等。

　　⑷ 注意事項：需同步觀測5顆衛星，其中至少4顆衛星要連續跟蹤;流動點與基準點相距不超過20km。

　　實時動態測量

　　⑴ 作業方法：在基準站上安置一臺GPS接收機，對所有可見GPS衛星進行連續地觀測，并將其觀測數據，通過無線電傳輸設備，實時地發送給用戶觀測站。在用戶站上，GPS接收機在接受GPS衛星信號的同時，通過無線電接收設備，接收基準站傳輸的觀測數據，然后根據相對定位的原理，實時地計算并顯示用戶站的三維坐標及其精度。

　　⑵ 精度：定位精度可達1～2cm。

　　⑶ 應用范圍：應用于城市、礦山等區域性的控制測量，工程測量和地籍測量等。

　　結束語：

　　以上文字是在從事多年GPS測量工作的一些總結，對于GPS系統的知識和理論還有待鞏固和加深理解，由于水平有限，文中有不妥之處，請予指正。

　　參考文獻

　　⒈《GPS衛星定位原理及其在測繪學中的應用》

　　喬仰文 趙長勝 夏春林 徐信君著 科學教育出版社

　　⒉《衛星大地測量學》 王昆杰 王躍虎 李佂航著 測繪出版社

　　⒊《GPS衛星測量原理與應用》 周忠謨 易杰軍著 測繪出版社