GPS參考站系統的應用

GPS參考站系統目前主要在以下幾個方面得到了廣泛的應用：

1、建立并維護一個高質量地心坐標基準。參考站建立起來之后，利用參考站的長期跟蹤數據和因特網上隨時可以收集的周邊地區固定參考站的觀測數據，可 以借助于一些高層次科研軟件(如國內比較熟悉的伯爾尼軟件和Gamit軟件)周期性地更新參考站的地心坐標，相對精度可以達到10-8至10-9左右，絕 對精度可望優于分米級。

2、取代常規測量控制網。參考站網的基本功能相當于現有的國家或城市基本控制網。它為當地各行各業的可持續發展與基本測繪提供了一組永久性的，而且 能夠自我完善，不斷更新的動態基準點，最終將與周邊省市自治區的同類網絡連成一片，全面取代現有的國家級天文大地控制網的功能。

3、實現城鄉GIS系統的實時更新。一個不斷實時更新的城市和鄉鎮的GIS系統，是省、市、區、縣各級領導、規劃部門科學決策的依據。參考站網系統的建成，任 何野外實時采集的信息都可以連同它們的空間屬性數據一起，通過系統的逆向數據通道反饋到市縣不同類型的GIS系統數據庫中，實時進行數據庫的更新。

4、滿足地球物理與環境監測的需求。參考站網的一個重要應用領域就是滿足地球物理與環境監測方面的需要。其中包括與周邊地區連續跟蹤參考站進行數據交換，分析 研究所在板塊相對于其它周邊板塊的運動規律，也支持地震監測等部門從事參考站網服務區內流動監測點位進行毫米級精度的監測研究作業。可持續發展是人類面臨的一個重大課題。對環境與地質災害的監測和預防是其中一個有待關注和解決的重大問題。在參考站網支持下，采用GPS定位技術可 以大大提高作業效率，縮短觀測周期，降低施工成本，而且以均勻的精度指標分析對比沉降的狀況與趨勢。類似地參考站網積累的數據還可以用于對所在地區存在崩 塌危險的邊坡、巖體，乃至大壩、河堤、流沙和活動斷層進行長時間的連續跟蹤觀測和分析研究。

5、 服務于公共安全。改革開放以來，隨著經濟的蓬勃發展，經濟犯罪活動也呈上升趨勢。機動車輛的盜竊，針對出租車、銀行運鈔車的搶劫活動也時有發生，其它有關 公共車輛安全的防暴、防盜、放火、急救、調度，特種車輛運行路線的全程監控，提高車輛的運行效率，都可以在參考站網系統的支持下一一得到有效的滿足，必將 對當地公共安全帶來一個質的提高。

6、 GPS氣象學。GPS氣象學是最近一二十年內形成的一門新興學科，利用GPS無線電信號穿越大氣圈時受到電離層與對流層的彌散效應和出現的折射現象，進行 數值分析，特別是可以精確地提取大氣層中的水氣含量和分布，從而對可能出現的降水時間和強度作出前所未有的精確預報，服務于當地的農業、交通、旅游、體育 和社會公共活動的精密部署，減少災害性天氣給各行各業帶來的生命財產損失。

7、地面施工機械的自動引導。參考站系統建成后，野外地面機械施工的用戶(如挖掘機、筑路機、攤鋪機)可以通過引進或開發，利用高速實時動態響應的GPS接收 機設備，實現生產工藝的徹底改造，淘汰傳統的、落后的、勞動力密集型的生產模式，進入現代化、自動化、數字化新階段，大大節省時間、人力、物力與財力，并 顯著改善生產環境的安全水平。

8、提供實時RTK測量作業服務。參考站系統建設的一個最基本、最核心的任務就是滿足參考站覆蓋范圍內，包括規劃、設計、施工以及其它部門，擁有單臺GPS接 收機的測繪用戶，提供全天24小時、全年365天的實時厘米級RTK作業支持，確保城市各種地圖的快速更新，各項工程的實時施工放樣。每個地形點、碎部 點、工程點的點位測定時間縮短到不到一分鐘。

9、提供各種后處理技術服務。參考站網系統還將為需要提供各種后處理技術服務的用戶提供事后數據檢索、摘錄、電郵；對于用戶采集的外業數據代為進行質量分析、 基線解算、整體平差、高程與點位坐標成果的系統換算，原始數據的永久性委托存檔管理；接受對第三方數據資料(含國內外其它參考站和用戶系統的觀測數據以及 相應時間區間的精密星歷等等)的委托收集、加工處理和成果報告的編制。

10、滿足節水、精密農業的需要。我國大部分地區嚴重缺水，另一方面水資源的浪費仍然比較嚴重。參考站網系統建成后，農業部門有可能將開發相應的節水、精密農業 系統列入未來的發展規劃，并徹底廢除漫灌等落后、費水的耕作技術。借助于地下管道灌溉系統，根據GPS引導的機械設備采集的各點土壤墑情和化學成分，控制 供水和施肥量。同時也在高精度GPS(厘米級)設備引導下進行機耕，防止機械對管道系統的破壞。此外，還可以在計算機系統管理下實現精密輪作與套種，真正 實現農業生產的現代化。

GPS參考站系統的發展趨勢

綜合性參考站系統是一種正處在蓬勃發展的階段，其功能將日益完善，應用領域還會不斷擴大。隨著科學技術的不斷發展和各地的開發建設，在未來五至十年 時間內，各區縣級城鎮都有可能相繼建立起當地的參考站系統，現有參考站系統通過軟件升級，把所有這些參考站納入一個更高層次的參考站系統。當虛擬參考站網 或基于通信網絡的參考站網模型相當成熟時，并擁有相應的國際標準和大批不同規模網絡的應用案例，因而它們不僅僅是具有理論優勢，而且具有實際的可操作性。 在這樣一個前提下，用戶可以不必考慮離開最近的參考站究竟有多遠，系統總能幫你找到一個最佳的解算方案，給出最精確的結果。

今后的城市、鄉鎮以及交通沿線不僅設有參考站系統的站點或信息轉發系統，供用戶通過無線或專線進行數據信息交換之外，還可能在機場、碼頭、車站、標 志性建筑物、主要道路交叉口、城市出入通道口、重要的人行天橋中間、公園、廣場、學校，及一些政府機關、廠礦、公司設立一系列標準點位標志，供不具備接收 DGPS信號的廉價低檔手持式(價格有可能相當于目前人民幣幾十元至百把元)，或表式接收機“對點”，校正點位信息。經過這種簡單的公共設施校正后，點位 坐標也可以達到米級精度。那時，人們可以真正稱自己生活在一個信息化時代里，實現了“數字XX”的宏偉理想。

GPS參考站系統在控制測量中的應用

• GPS參考站系統在控制測量中應用，除了常規的后處理方式來進行控制測量外，其更主要應用的就是利用GPS參考站系統RTK技術進行控制測量。RTK測量技術主要因為其測量模式和測量速度、精度比以往的測量方式有了很大的變革。
• 作業效率高。 大大減少了傳統測量所需的控制點數量和測量儀器的“搬站”次數，僅需一人操作，在一般的電磁波環境下幾十秒鐘即得一點坐標，作業速度快，勞動強度低，節省了外業費用，提高了勞動效率。
• 定位精度高，數據安全可靠，沒有誤差積累。只要滿足RTK的基本工作條件，在參考站系統覆蓋范圍內，RTK的平面精度和高程精度都能達到厘米級。
• 降低了作業條件要求。網絡RTK技術不要求兩點間滿足光學通視，只要求滿足“電磁波通視”，因此，和傳統測量相比，網絡RTK技術受通視條件、能見度、氣候、季節等因素的影響和限制較小，在傳統測量看來由于地形復雜、地物障礙而造成的難通視地區，只要滿足網絡RTK的基本工作條件，它也能輕松地進行快速的高精度定位作業。
• RTK作業自動化、集成化程度高，測繪功能強大。RTK可勝任各種測繪內、外業。流動站利用內裝式軟件控制系統，無需人工干預便可自動實現多種測繪功能，使輔助測量工作極大減少，減少人為誤差，保證了作業精度。
• 操作簡便，容易使用，數據處理能力強。只要在設站時進行簡單的設置，就可以邊走邊獲得測量結果坐標或進行坐標放樣。數據輸入、存儲、處理、轉換和輸出能力強，能方便快捷地與計算機、其它測量儀器通信。

網絡RTK技術目前可用于四等以下平面控制測量：

GPS參考站系統在利用網絡RTK技術進行控制測量時，和常規RTK相比不需關注參考站的設置和數據通訊，只要關注流動站的設置和外業作業環境等就能滿足網絡RTK在四等以下平面控制測量中的應用。

1、坐標系統和時間系統

（1）坐標系統

• RTK測量采用WGS84系統，當RTK測量要求提供其它坐標系（北京坐標或1980西安坐標系等）時，應進行坐標轉換。
• 坐標轉換求轉換參數時應采用3點以上的兩套坐標系成果，采用Bursa-Wolf、Molodenky等經典、成熟的模型，使用 PowerADJ3.0、SKIpro2.3、TGO1.5以上版本的通用GPS軟件進行求解，也可自行編制求參數軟件，經測試與鑒定后使用。轉換參數時 應采用三參、四參、五參、七參不同模型形式，視具體工作情況而定，但每次必須使用一組的全套參數進行轉換。坐標轉換參數不準確可影響到2～3cm左右 RTK測量誤差。
• 當要求提供1985國家高程基準或其它高程系高程時，轉換參數必須考慮高程要素。如果轉換參數無法滿足高程精度要求，可對RTK數據進行后處理，按高程擬合、大地水準面精化等方法求得這些高程系統的高程。

（2）時間系統

RTK測量宜采用協調世界時UTC。當采用北京標準時間時，應考慮時區差加以換算。這在RTK用作定時器時尤為重要。

2 、RTK測量技術設計

從RTK硬件設備特性和觀測精度、可靠性及可利用性綜合考慮，現階段RTK的測量技術要求如下：四等以下平面控制 最弱點位誤差≤5cm；最弱邊相對中誤差≤1/4.5萬。

3、RTK測量準備

RTK測量時應視測量目的、要求精度、衛星狀況、接收機類型、測區已有控制點情況及作業效率等因素綜合考慮，按照優化設計原則進行作業。為了檢驗當前站RTK作業的可靠性，必須檢查一點以上的已知控制點，或已知任意地物點、地形點，當檢核在設計限差要求范圍內時，方可開始RTK測量。

4、流動站的設置要求

（1）流動站作業準備

• 在RTK作業前，應首先檢查儀器內存或PC卡容量能否滿足工作需要。
• 由于RTK作業耗電量大，工作前，應備足電源。

（2）流動站作業要求

• 由于流動站一般采用缺省2m流動桿作業，當高度不同時，應修正此值。
• 在數據通訊信號受影響的點位，為提高效率，可將儀器移到開闊處或升高天線，待數據鏈鎖定后，再小心無傾斜地移回待定點或放低天線，一般可以初始化成功。
• 在穿越樹林、灌木林時，應注意天線和電纜勿掛破、拉斷，保證儀器安全。

（3）流動站內置軟件的一般功能要求

• 三差模型求定近似坐標。
• 雙頻動態解求整周模糊度。
• 根據相對定位原理，實時解算WGS-84坐標。
• 根據給定的坐標轉換參數，給出任務（項目）要求的坐標系內坐標。

5、RTK作業

（1）RTK作業基本條件要求

• RTK作業的基本條件要求如下：
• 觀測的基本條件要求

• RTK作業應盡量在天氣良好的狀況下作業，要盡量避免雷雨天氣。夜間作業精度一般優于白天。

（2）衛星預報

• RTK作業前要進行嚴格的衛星預報，選取PDOP<6，衛星數>6的時間窗口。編制預報表時應包括可見衛星號、衛星高度角和方位角、最佳觀測衛星組、最佳觀測時間、點位圖形幾何圖形強度因子等內容。
• 衛星預報表的有效期以20天為宜，當超過20天時，應重新采集一組新的概略星歷進行預報。
• 衛星預報時應采用測區中心的經緯度。當測區較大時，應分區進行衛星預報。

（3）RTK測量初始化

• RTK測量必須在完成初始化后才能進行。初始化可以采用靜態、OTF兩種。初始化時間長短與距參考站的距離有關，兩者距離越近，初始化越快。
• 推薦靜態初化化，只有在運動狀態下才進行OTF初始化。OTF方式一般在測量船、汽車等運動載體上使用。

（4）RTK作業時設備啟動狀況基本要求

• 開機后經檢驗有關指示燈與儀表顯示正常后，方可進行自測試并輸入測站號（測點號）、儀器高等信息。
• 接收機啟動后，觀測員可使用專用功能鍵盤和選擇菜單，查看測站信息接收衛星數、衛星號、衛星健康狀況、各衛星信噪比、相位測量殘差實時定位的結果及收斂值、存儲介質記錄和電源情況，如發現異常情況或未預料情況，并及時作出相應處理。

（5）RTK觀測期間的作業要求

• 不得在天線附近50米內使用電臺，10米內使用對講機。
• 天氣太冷時，接收機應適當保暖；天氣太熱時，接收機應避免陽光直接照曬，確保接收機正常工作。
• RTK工作時，參考站可記錄靜態觀測數據，當RTK無法作業時，流動站轉化快速靜態或后處理動態作業模式觀測，以利后處理。
• 在流動站作業時，接收機天線姿態要盡量保持垂直（流動桿放穩、放直）。一定的斜傾度，將會產生很大的點位偏移誤差。如當天線高2m， 傾斜10°時，定位精度可影響3.47cm。⊿S=20*sin10=3.47cm
• RTK觀測時要保持坐標收斂值小于5cm。

6、RTK測量誤差源

RTK測量主要有儀器誤差、軟件解算誤差、對中（對點）誤差、基站坐標傳算誤差、不同時刻衛星狀態和觀測條件引起的誤差等。在觀測過程中要注意采取一定的措施克服上述誤差。

7、 成果檢驗

（1）由于網絡RTK技術目前正處于推廣應用階段，外業工作應加強對網絡RTK成果的檢驗。對網絡RTK成果的外業檢查可以采用下列方法進行：

• 與已知點成果的比對檢驗；
• 重測同一點的檢驗；
• 已知基線長度測量檢驗；

（2）在進行網絡RTK作業時，應認真總結作業方法，統計測量精度，做好測量報告的編寫工作,以便完善網絡RTK操作規程。

（3） 網絡RTK成果的最終檢查驗收可按有關具體的規范標準與特定設計書要求進行。

• 《測繪產品檢查驗收規定》（CH1002-1995）；
• 《測量產品質量評定標準》（CH1003-1995）；
• 各測區技術設計書。