地球同步衛星定位系統及在大地測量中求定大地高的運用

付成龍　苑宇沖

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

關鍵詞：大地測量；衛星導航定位；地殼運動監測

1、我國新一代地心坐標系統的建立和維護

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

2、GPS衛星定位系統在工程測量中的應用

2.1建立工程控制網

在工程建設和管理工作中，工程控制網作為最為基礎的部分是必不可少的，在工程控制網建立時其網型和精度測繪工程的規模和性質息息相關，對于覆蓋面積較小的工程控制網，由于其點位密度大，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來進行工程控制網的建立，但很難滿足精度的要求。GPS衛星定位系統應用后，用其來建立工程控制網，在點位選擇上不再受制于諸多因素的限制，在較短時間內就可完成作業，不僅有效的降低了工程成本，而且成果具有較高的精度。在當前工程首級控制網、施工控制網、變形監測控制網、工程勘探及隧道等地下工程控制中都可能應用GPS技術。特別是利用載波相位靜態差分技術來建立的控制網，可以將精度達到毫米級。這就使GPS技術在道路勘探、施工控制網和隧道工程控制網上的應用具有非常明顯的優勢，由于這些工程項目中所建立的控制網，不僅橫向較窄，而且縱向很長，利用常規方法時通常需要分段進行實施。但應用GPS技術由于不受通視條件的制約，所以可以敷設較長的GPS點構成三角鎖，而且較短的觀測時間即能夠達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變形監測

變形監測主要是監測像大橋、水庫大壩、高層大樓等建筑物、構筑物的地基沉降、位移以及整體的傾斜等狀況。監測工作的特點是被監測體的幾何尺寸巨大，監測環境復雜，監測技術要求高。常規的監測技術是應用水準測量的方法，監測地基的沉降；應用三角測量（或角度交會）的法，監測地的位移和整體的傾斜。GPS技術在該領域有廣泛的應用。變形監測中建立高精度GPS監測網，最后得出毫米級精度的絕對平面位移與相對垂直監測數據，實踐證明GPS測量完全可以取代高精度邊角（網）測量。

2.3帶RTK的碎部測量與放樣

RTK技術，即載波相位差分技術，是實時處理兩個測站載波相位觀測量的差分方法。RTK系統由兩部分組成：基準站（坐標已知）和移動站（用戶接收機）。其基本原理是：將基準站采集的載波相位發送給用戶，用戶根據基準站的差分信息進行求差解算用戶位置坐標。RTK技術可應用于測繪地形圖、地籍圖，測繪房地產的界址點，平面位置的施工放樣等。采用RTK技術測圖時僅需一人進行。將GPS接收機放在待定的特征點上一至二秒鐘，同時輸入該特征點的編碼即可。把一個小區域內的地形、地物特征點測定后傳入計算機，由專業成圖軟件、在人工適當的干預下，形成所要的成果圖。采用RTK技術進行放樣，標定界標點，是坐標的直接標定，簡捷易行。

2.4區域差分網下的碎部測量與放樣

在區域GPS差分網的基礎上進行區域性GPS差分系統下的碎部測量與放樣。在這項工作上，其與RTK單基點載波相位差分的原理具有較大的相似性，但在區域差分中，其基準站則不止一個，往往其基準需要由多基準站組成，由基準網提供各個基準站的差分信息，而用戶接收機在確定各基準站區分信息時則依據自己的位置來進行，按非等權平差后形成自己的差分改正數，從而實現差分定位。

使用GPS-RTK技術應首先復核起算基準點的精度，起算點應為高等級的控制點，并且起算基準點和觀測點之間具有較好的位置分布。當使用動態GPS-RTK進行觀測時，基準站的精度要經過3～5個高等級控制點的連測、復核，確?；鶞收咀鴺嗽诟鱾€方位觀測情況下具有一致的精度。根據GPS作業調度表的安排進行觀測，采取靜態相對定位，衛星高度角15°，時段長度45min，采樣間隔10s。在3個點上同時安置3臺接收機天線（對中、整平、定向），量取天線高，測量氣象數據，開機觀察，當各項指標達到需求時，按接收機的提示輸入相關數據。GPS網數據處理分為基線解算和網平差兩個階段，采用隨機軟件完成。經基線解算、質量檢核、外業重測和網平差后，得到GPS控制點的三維坐標。

3、結束語

近年來我國的大地測量工作取得了重要進展，采用新一代大地坐標系已成為刻不容緩的工作，在技術條件成熟的今天，采用新的坐標系仍然要解決大量測繪產品的坐標轉換問題。同時，在今后如何維護國家的大地坐標系，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的形勢下，大地測量與地學的其他學科進行交叉和融合，將會更好地推動地球科學的發展。