地球同步卫星定位系统及在大地测量中求定大地高的运用

付成龙　苑宇冲

摘 要：随着空间及卫星定位技术的飞速发展，各种空间定位技术及应用也愈来愈多。简要介绍了甚长基线干涉测量（VLBI）技术、激光测月（LLR）技术、卫星激光测距（SLR）技术、卫星雷达测高技术、多普勒定轨和无线电定位系统（DORIS）、精密测距及其变率测量系统（PRARE）以及合成孔径雷达干涉测量（INSAR）等空间定位测量技术，重点阐述了GPS新技术及应用。全球导航卫星系统是能在地球表面或近地空间的任何地点为用户提供全天候的三维坐标和速度以及时间信息的空基无线电导航定位系统。

关键词：大地测量；卫星导航定位；地壳运动监测

1、我国新一代地心坐标系统的建立和维护

大地坐标系是一种固定在地球上，随地球一起转动的非惯性坐标系。大地坐标系依其坐标系原点的位置不同而分为地心坐标系和参心坐标系。地心坐标系的原点与地球质心（包括海洋、大气）重合，参心坐标系的原点与某一地区或某一国家采用的参考椭球的中心重合。由于航天、航空、航海事业的发展，以及现代测绘技术的普遍应用，传统的参心坐标系已不能满足需要。国际上几乎所有发达国家都已采用地心坐标系，我国周边国家大多也采用地心坐标系，我国大地坐标系同样也面临着由参心坐标系向地心坐标系的更新。我国建国以来分别建立了1954年北京坐标系和1980西安坐标系。建成了2000国家GPS大地控制网，完成了全国天文大地网与2000国家GPS大地控制网的联合平差工作，使2000国家大地坐标不仅有明确的定义，而且有高精度的坐标框架具体体现。

2、GPS卫星定位系统在工程测量中的应用

2.1建立工程控制网

在工程建设和管理工作中，工程控制网作为最为基础的部分是必不可少的，在工程控制网建立时其网型和精度测绘工程的规模和性质息息相关，对于覆盖面积较小的工程控制网，由于其点位密度大，所以对其精度就具有更高的要求，通常情况下多采用边角网来进行工程控制网的建立，但很难满足精度的要求。GPS卫星定位系统应用后，用其来建立工程控制网，在点位选择上不再受制于诸多因素的限制，在较短时间内就可完成作业，不仅有效的降低了工程成本，而且成果具有较高的精度。在当前工程首级控制网、施工控制网、变形监测控制网、工程勘探及隧道等地下工程控制中都可能应用GPS技术。特别是利用载波相位静态差分技术来建立的控制网，可以将精度达到毫米级。这就使GPS技术在道路勘探、施工控制网和隧道工程控制网上的应用具有非常明显的优势，由于这些工程项目中所建立的控制网，不仅横向较窄，而且纵向很长，利用常规方法时通常需要分段进行实施。但应用GPS技术由于不受通视条件的制约，所以可以敷设较长的GPS点构成三角锁，而且较短的观测时间即能够达到工程所要求的精度要求，这有效的提高了GPS测量的效率，使工期得以缩短。

2.2变形监测

变形监测主要是监测像大桥、水库大坝、高层大楼等建筑物、构筑物的地基沉降、位移以及整体的倾斜等状况。监测工作的特点是被监测体的几何尺寸巨大，监测环境复杂，监测技术要求高。常规的监测技术是应用水准测量的方法，监测地基的沉降；应用三角测量（或角度交会）的法，监测地的位移和整体的倾斜。GPS技术在该领域有广泛的应用。变形监测中建立高精度GPS监测网，最后得出毫米级精度的绝对平面位移与相对垂直监测数据，实践证明GPS测量完全可以取代高精度边角（网）测量。

2.3带RTK的碎部测量与放样

RTK技术，即载波相位差分技术，是实时处理两个测站载波相位观测量的差分方法。RTK系统由两部分组成：基准站（坐标已知）和移动站（用户接收机）。其基本原理是：将基准站采集的载波相位发送给用户，用户根据基准站的差分信息进行求差解算用户位置坐标。RTK技术可应用于测绘地形图、地籍图，测绘房地产的界址点，平面位置的施工放样等。采用RTK技术测图时仅需一人进行。将GPS接收机放在待定的特征点上一至二秒钟，同时输入该特征点的编码即可。把一个小区域内的地形、地物特征点测定后传入计算机，由专业成图软件、在人工适当的干预下，形成所要的成果图。采用RTK技术进行放样，标定界标点，是坐标的直接标定，简捷易行。

2.4区域差分网下的碎部测量与放样

在区域GPS差分网的基础上进行区域性GPS差分系统下的碎部测量与放样。在这项工作上，其与RTK单基点载波相位差分的原理具有较大的相似性，但在区域差分中，其基准站则不止一个，往往其基准需要由多基准站组成，由基准网提供各个基准站的差分信息，而用户接收机在确定各基准站区分信息时则依据自己的位置来进行，按非等权平差后形成自己的差分改正数，从而实现差分定位。

使用GPS-RTK技术应首先复核起算基准点的精度，起算点应为高等级的控制点，并且起算基准点和观测点之间具有较好的位置分布。当使用动态GPS-RTK进行观测时，基准站的精度要经过3～5个高等级控制點的连测、复核，确保基准站坐标在各个方位观测情况下具有一致的精度。根据GPS作业调度表的安排进行观测，采取静态相对定位，卫星高度角15°，时段长度45min，采样间隔10s。在3个点上同时安置3台接收机天线（对中、整平、定向），量取天线高，测量气象数据，开机观察，当各项指标达到需求时，按接收机的提示输入相关数据。GPS网数据处理分为基线解算和网平差两个阶段，采用随机软件完成。经基线解算、质量检核、外业重测和网平差后，得到GPS控制点的三维坐标。

3、结束语

近年来我国的大地测量工作取得了重要进展，采用新一代大地坐标系已成为刻不容缓的工作，在技术条件成熟的今天，采用新的坐标系仍然要解决大量测绘产品的坐标转换问题。同时，在今后如何维护国家的大地坐标系，使大地参考框架得到及时有效的加密和更新，都需要测绘工作者的不懈努力；在大地测量手段日益丰富和增强的形势下，大地测量与地学的其他学科进行交叉和融合，将会更好地推动地球科学的发展。