GPS控制测量及其精读分析

天津城建大学1GPS简介GPS的定义GPS是英文GlobalPositioningSystem（全球定位系统）的简称。1973年12月，美国国防部批准陆海空三军联合研制一种新的军用卫星导航系统，我们称之为GPS系统。徐绍铨，张华海，杨志强，王泽民.GPS测量原理与应用[M].武汉大学出版社，1998.GPS最开始出现时出现在美国军方的项目，在那个战乱的时代是为三大军事领域提供一个全面覆盖的导航领域，同时也提供着全方位、全天候的数据，被用于军事数据资料的收集等一些军事目的。该系统是一种以卫星为基础的无线电导航定位系统，能为世界各地徐绍铨，张华海，杨志强，王泽民.GPS测量原理与应用[M].武汉大学出版社，1998.1.2GPS的系统组成GPS系统是有三部分组成，它们分别是GPS卫星星座、地面监控系统和GPS信号接收机。GPS工作卫星在轨道的重量是846.38kg,设计寿命为七年半。GPS卫星星座由21颗工作卫星和3颗在轨备用卫星总共24颗卫星组成的，这24颗卫星均匀的分布在6个轨道平面上，其平均高度约为20000km。[11]陈威.小区域GPS数据优化处理探索[J].《城市建设理论研究》.2014这样就保证了在全球的地面上任何时间、任何地点，都可以同时观测到至少4颗卫星，最多可达到11颗卫星，保证了GPS[11]陈威.小区域GPS数据优化处理探索[J].《城市建设理论研究》.2014地面监控系统由主控站、注入站和监测站三部分组成.这三部分的共同作用就是把GPS卫星星历经过推理算出并将其发射到GPS上面，去监测GPS卫星的“健康”状态，保持各颗卫星处于同一GPS时间系统，另一重要的作用就是保持各颗卫星处于同一时间标准—GPS时间系统。[2]翁伟芳.浅析GPS的特点及误差消除方法[J].《城市建设理论研究（电子版）》.2012.这一个过程就需要地面站监测各颗卫星所得到的时间，通过相关公式计算出钟差，再[2]翁伟芳.浅析GPS的特点及误差消除方法[J].《城市建设理论研究（电子版）》.2012.1.3GPS测量的特点（1）定位精度高，GPS相对定位精度在50km以为可以达到10-6,100-500km可以达到10（2）观测时间短，动态的GPS定位需要的大约几秒的时间，而静态相对定位每站仅需20min左右。（3）两个测站之间只需要保持测站的视野开阔，二者之间并不需要通视，。在实际测量中可以根据具体的需求确定GPS点位的选择，稀疏方面也没有硬性的要求，使得选点工作更加灵活方便（4）观测人员只需进行仪器的对中、整平、在测量前后两次量取天线的高度。设定仪器的内置参数后，接收机就会在自动化的作用下，自行进行观测并且记录数据，操作变得简便，更快捷方便。（5）GPS观测可以在全天候任何时间进行，不因气候的影响而对观测造成干扰，产生不必要的误差。2GPS定位原理2.1GPS的基本定位原理在测量学当中有过测距交会确定点位的方法，而跟其相似的是，GPS定位系统其定位原理也是利用测距交汇的原理进行点位的确定的，它的基本定位原理是：卫星不间断地发送自身的星历参数和时间信息用户接收到这些信息后经过计算求出接收机的三维位置三维方向以及运动速度和时间信息。[3][3]黄丁发,熊永良,等.GPS卫星导航定位技术与方法[M].科学出版社,2009.2.2GPS定位的基本观测量GPS定位系统由三部分组成，：GPS卫星星座空间部分、地面控制部分和用户接收机部分。三者有各自独立的功能和作用，但在整个GPS系统只，又是彼此共存的，在相互配合的作用下进行GPS的定位。GPS定位的基本观测量有：码相位伪距观测值、载波相位观测值和积分多普勒观测值。[4]李征航,黄劲松.GPS测量与数据处理[M].武汉大学出版社,2005.[4]李征航,黄劲松.GPS测量与数据处理[M].武汉大学出版社,2005.2.2.1波相位观测值在码相关型接收机中，当GPS接收机锁定卫星载波相位，就可以得到从卫星传到接收机经过延时的载波信号。GPS接收机所接受的卫星载波信号与接收机本振参考信号相位差就是载波相位观测量观测值。[5]孙坚.GPS测量中存在的问题及目前的几种解决途径[J].北京测绘，1997，(03)：23-26.若接收机内振荡器频率初相位与卫星发射载波初相位完全相同，以φlj(tk)表示接收机t[5]孙坚.GPS测量中存在的问题及目前的几种解决途径[J].北京测绘，1997，(03)：23-26.Φlj(tk)=φk(tk)-φ将卫星到接收机间的相位差分为N0（2-3）卫星到接收机距离为:（2-4）式中:λ为波长。鉴相器无法测出整个的相位值，只能测出不足一个的整周相位值。所以，在载波相位的测量中就出现了这样一个整周未知数，通常称为郑州模糊度，可以通过其他的方式来求得。除此之外，在跟踪卫星的过程中，卫星信号因被障碍物阻挡而暂时中断，因无线电信号的干扰造成了信号失锁等状况时，计数器就无法继续进行计数了。[6][6]王瑞,GPS基线精度分析及控制网的方差分量估计研究[J].河海大学。2005.3GPS控制测量3.1GPS控制测量概述GPS控制测量是由外业和内业两大部分组成，外业工作主要包括：选点、建标、埋石、进行野外观测作业以及结果质量检核及精度评定等；内业工作主要包括：技术设计、实时测量、数据处理以及技术总结报告等。GPS控制测量工作程序，大体分为几个阶段：GPS控制网的优化设计，控制网的选点与埋石，外业实时观测，成果检核，数据处理并进行精度评定，编制报告。3.2GPS控制测量各项基本标准任何一种测量都需要遵守一定的规则与制度。因为GPS控制测量与GPS定位技术的发展水平密切相关，二者赖以生存，共同作用下才能够进步，促使GPS接收机硬件与软件的不断提高，直接影响到测量工作的实施、观测时间、作业要求和成果的处理方法，影响最后的结果评定和精度分析，对观测数据的实用价值性产生变化。表1列出了A、B、C、D、E等不同级别各自的的精度和标准。其中AB两级一般是国家控制网，C、D、E级是局部控制网。本章主要讨论其中的C、D和E级三种GPS控制网的布设规则和精度标准。表1GPS网的精度标准级别项目ABCDE固定误差/mm≤5≤8≤10≤10≤10比例误差系数≤0.1≤1≤5≤10≤20相邻点最小距离/km10015521相邻点最大距离/km1000250401510相邻点平均距离/km3007015~1010~55~2表2GPS各等级网的各项基本指标等级ABCDE平均距离（km）3007010~155~100.2~5a(mm)≤5≤8≤10≤10≤10b(1×10-6)≤0.1≤1≤5≤10≤20接收机类型双频/全波长双频双频或单频双频或单频双频或单频标称精度≤（10mm+2×10-6×d）≤（10mm+5×10-6×d）≤（10mm+5×10-6×d）≤（10mm+5×10-6×d）≤（10mm+5×10-6×d）观测量至少有L1、L2载波相位L1、L2载波相位L1、L2载波相位L1、L2载波相位L1、L2载波相位同步观测接收机数≥5≥4≥4≥3≥2最简独立环和附和路线的边数≤5≤6≤6≤8≤10卫星截至高度角（°）≥10≥15≥15≥15≥15有效观测卫星总数≥20≥9≥6≥4≥4观测时段数≥6≥4≥2≥1.6≥1.6时段长度min（静态）≥540≥240≥60≥45≥40时间采样间隔s（静态）303010~3010~3010~30时段内任一卫星有效观测时间min(静态)≥15≥15≥15≥15≥153.3GPS控制测量的技术设计3.3.1、收集和分析测区气候、经济、地理交通等概况以及已有的测绘成果资料或图纸通过对已有控制网测设数据及成果资料进行调查、了解和分析，可获的控制网的质量情况，通过其作应用的坐标系，得到高程、起始点坐标、起始方位角等基本数据，以此来决定是对该测区进行新建还是改建、扩建控制网。[7]李征航，黄劲松.GPS测量和数据处理[J].武汉大学出版社，2010.（09）.另外测区的气象、地址、交通等情况在选点和设计观测方案是占有很重要的部分[7]李征航，黄劲松.GPS测量和数据处理[J].武汉大学出版社，2010.（09）.3.3.2、利用已有资料选取坐标系和起算数据如果已有控制网所采用的坐标系基本合理，符合GPS控制测量的相关要求和规则，那么采用原有的坐标系可以做到省时省事，方便迅速的进行所需测量，三类要素要取得一致。通过利用已有的坐标和起算数据来进行实时的GPS控制测量。3.3.3、控制网的网形设计GPS点位的选择和GPS控制网的布设，一般在国家大比例尺地图中进行相关的设计。在以往的网形设计中，对三角网和测边网的控制网的作图上设计是十分复杂的，不仅需要要确保相邻两个点之间能够达到通视，又要考虑到图形的结构达到良好，设计中，在每个三角形的大小和他们的内角和都是有一定的规则要求的，除了需要占据高点外，还需要通过建立高标来达到进一步的目的。在观测的角度比较全面的情况下，选择中点多边形的控制网的中心位置就变得极为困难，所以这类网的设计就是需要慎重以待。而相对的，面积较小的多边形且边长较短的GPS控制网的布设，就能够在保证精度的前提下，去更快捷和便利的布设出来。相邻两点之间是否通视，对于GPS控制网而言，并不是必要条件，选点是具有很大的灵动性的，可以先根据控制网的需求来进行选点的定位，然后在勾勒出组织网形，去应用于观测和使用，GPS控制点选在交通通达、通讯无障碍的地方，尽量不要去在山的顶端和河的边沿去设立点。在图形上所进行的设计，仅仅是粗略的定点点位，而在实地进行选点时，先在设计的图上进行初选一个点，并在这个点的附近进一步选定合适的点位，通过这种方式去来满足GPS的控制测量中对点位的选择要求。这样就要求该GPS网的位置基准的已有控制网的起始点坐标及方位基准的起始方位角的相邻两端点必须选作为GPS点，网形中设计的点位中，尽可能多包括一些已知的，可以利用的并且符合条件的控制点。这样以来，不仅可以充分利用已知坐标和方位角的的标石，更是可以借此来获得GPS网与原有控制网二者在同名点上的不同差异，然后在进行不同坐标值之间的相互转换。假设确定了进行分层进行布网，那么先去做的就是首级网的网形设计，首级控制网的点应分布在整个测区范围内，但应疏密分布均匀有序。然后再做次级网点网形设计。把各GPS控制点进行依次的相联，所构成的几何图形就是所获得的GPS网形。在这个测量时段内，同步连测的接收机较多，一般是多于两台的（设为n台，n＞2），就只能计算的出n-1个独立的基线向量。换句话说，在设计所得到的GPS网中，所包括的的任意一个观测时段中就只有n-1个独立的基线向量，假如超过了n-1个，就等同于加入了不应出现的观测值，若是少于n-1个就会失去有用的观测值。为此，在进行测量的设计过程中，应根据提前设计好的网形，来进行每一个测段中独立基线向量的判定，选取的基线向量，将不准确的则删除掉。然后将这些选择后的基线向量组合，就构成了所需要的GPS控制网。多边形所组成的闭合环形的图形中，边数的数目的多少将会影响到控制网的精度高低性、测量的可靠性以及野外GPS观测的工作量。而若想布设高精度控制网宜。则应该采用有三边形组成的网形，通过多边来进行多观测，得到多个观测值，在测量过程中还可以增加对角线的GPS测量。在全国一些大城市中，对于首级控制网，每个相对应的独立的闭合环的边数应该在4~5个之间，而次级的和一般的GPS控制网的边数也不应该超过6个。调查研究表示，闭合差边数的增加，会导致该限差随之而增大，会大大影响GPS控制测量的精度，当然这样的情况也是有相对应的方法来解决，就是利用闭合差计算出来的数据，但若增加太多，就会让这种能力大大降低。除了会降低测量数据可靠性以外，还会因为对于观测值的减少而降低该控制网的精度。有这样一种情况，假设现在有两个已知的GPS控制点，那么可利用附合导线那样的连接方式直接布设出GPS的基线边，当然这样的布设方式也是有一定的规则，就是两个已知点的闭合基线边的数目不能够超过6条。形状狭长的线路的GPS控制网中，有公共相连的多个闭合环的GPS控制网比仅仅只有一个公共点的网形有更高的多边形强度，在野外实时测量中随着工作量的增加能够获得更多的多余观测数，所以，在有两个公共点的每两个相邻的异步环之间不应该用点连式的连接方式，最好还是用边连式的方式进行连接，有利于网的精度和可靠性的提高。在GPS控制测量中，其作业方式和基线向量的选择中具有多选择性，能够应对测量中的不同情况，有很高的灵活性。因此，有的施测单位在进行技术设计的阶段中，注重点的布设，不采用依次连接点的方式布网，在野外作业中用的则是类似于推进的方法进行测量，在观测结束后再选择非同步的GPS基线向量，这样就会导致网的形状无法适应实时观测，就会出现点连式的多个闭合环。这样的一个做法就会导致在检核中难以发现粗差，得到的数据也无法进行结算和精度评定，对整个测量来说是失败的，没有价值的。3.3.4、部分GPS点的水准联测方案的制定通过GPS的控制测量可以得到GPS控制点的平面中的具体位置，而且通过一些推算，还可以得到测量时刻大地高程。为此，为了进一步提高测量的精度，需对部分GPS点进行水准测量来测定其水准高程，通过这些正常高的高程就可以得到在这些点上的高程异常，就可以通过曲面你和法来推算估计其他的GPS点的高程。这里需要重点说明的是，在GPS网的图上的点的选取，应以密度适当、分布较均匀为标准，最好是覆盖在整个测区的若干个GPS点之中进行选择，其次在设计水准高程测量的方案。最好的方式就是把GPS控制点全部都附在国家三、四等水准网的若干个已知点上进行连接，这样做的不好之处就是工作量会比较大，耗费的人力物力比较多。3.3.5、GPS网设计书主要内容工程测区概况；测量中需要的水准点、联测路线等；已有的坐标系及起始点坐标和起始方向等数据；布设GPS控制网的方案具体流程说明；选点和埋石；工程的观测精度以及精度的各项标准，如观测时间、边长规格、定位方式等等；进行野外测量和内业处理时采用的仪器设备、工程具体经济预算；预期精度等等3.4GPS控制网布设3.4.1、野外选点在对测区的已有的一些资料进行了解，可以通过现成的测绘成果去研究测区的具体概况，是否有大风、小雨、温度高等气候现象出现，交通是否便利方便进行测量、通讯是否受到干扰、已有的控制点的坐标系和具体坐标等等。一般情况里，通过图上设计所设立的GPS点跟实际中的点位可能会不一致，但是即使有所偏离几十或者几百米，对控制网的精度和测量结果的可靠性也是没有影响的。GPS的选点是以相邻两个点之间的测量之间没有阻碍，能够顺利的接收到无干扰的信号为第一要求，而相邻点是否能够同时并不作为主要参考。应符合下述要求：要求视野保持开阔、视线范围内障碍物的高度角不应该过高°，便于安置接收设备和操作。GPS点位的设定应该选在交通便捷、通讯方便的交接点处、以便进行测量，尤其是联测的顺利进行。在无法避免多路径影响的时候，尽量减弱其造成的误差影响。GPS的点位选定之后，所要进行的就是绘制点之记，其中包括点名、点号、点位及点位的缩略图等，这样就可以作为资料存档，方便日后作为已有资料方便使用。3.4.2、埋石点位选定后，埋设标石，点进行了标记之后，绘制GPS控制点点之记。3.4.3、布设特点在GPS控制网的布设之中，对GPS点位图形结构的选择上没有硬性的指标要求，相邻两个GPS点位是否通视也没有严格要求。GPS控制网的主要特点如下：⑴在用户的接收机部分，接收机采集的是卫星星历和天线到卫星的距离等数据，不要求点间通视，但必须保持向上是能够通视的。⑵GPS控制网的布设不再严格追求“分级布网、逐级控制”的布网原则，不再把城市三角网分成二、三、四等，而是在城镇范围内进行控制网的布设，对于较小的城市测区，会采用全面布设，采用长短边的结合，这样既能符合实际要求，还能够提高相关的精度；若测区为一线大城市，则是进行分级布网，先进行首级布网，然后进行一系列的次级布网，这些GPS控制网分为C、D、E等不同的等级，这些不同等级的控制网他们的各项精度要求也是不同的。⑶GPS网中每个点位的位置是通过测量直接确定的，并不是通过布网的图形中通过点位推算出来的。3.4.4、布网原则⑴利用已有资料选取控制点布网，布设出来的GPS网应该与原有的做到同步。GPS测量中得到的三维坐标，使用的坐标系是WGS-84坐标系。需要两个或者两个以上的连测控制点。以一个点的坐标作为起算点的坐标，那么两个连测控制点之间的距离和方位就是GPS与原网的转换参数，这样就可以顺利进行坐标系之间的转换，从而得到自己需要的数据了。⑵听过已知水准点联测得到GPS网的高程，GPS网中高程即是大地高，在GPS网中施测少量的水准点，应用多项式曲面拟合法，通过假设和虚拟拟合出测区的拟大地水准面，然后通过内业处理检核出其他的GPS点的高程是否存在异常，然后确定正常高程的数值。⑶GPS网的控制点不要求必须保持相互通视，但仍需要一定规则要限制，以便更好地进行加密控制，便于GPS的测量。3.4.5、提高GPS网精度的方法⑴为了确保在GPS网上两个相邻连测的点的测量，具有比较高的精度，那么就要求网中两个相邻观测点一定要进行同步观测，这样可以获得他们的直接观测基线。⑵在整个GPS网上布设一个全面的框架网，并以此作为整个GPS网的支撑。（3）可以通过如下几种方法：增设长时间、多时段的基线向量，提高GPS控制测量的尺度精度。3.4.6、GPS网布设选取起算边长的GPS控制网的设计，是通过精度比较高的激光测距作为起算的边长，那么测距边的数量一般在3到5个之间，在保证激光测距每个边两个端点的高度差不是差不很多，那么是可以把他们设置在GPS的任何一个地方的。3.4.7、布设GPS网起算方位的选取在布设GPS网时，是可以把已有的数据的起算方位加入进来的，但不宜太多，在GPS网的覆盖范围内的任何一个位置都可以布设这些起算方位。3.5GPS基线的解算的过程每一种不同的接收机都有各自所具备的特点，都是有利于测量的顺利进行的，而且每一个接收机都会有一个与之相匹配的进行数据处理的软件，在测量后得到的数据中，导入软件系统进行基线解算和平差处理。这些软件，它们在大体的使用步骤上都是类似的。GPS基线解算的过程是：在软件中首先读取原始数据，然后开始进行基线的解算。处理这些数据，第一步就是先进行数据格式的转换，由于大部分的数据处理的软件都能接收RINEX格式的数据，所以大多数的数据转换后的格式都是RINEX。⑴读取外业数据后的检核。带入了测量所得的GPS数据之后需要进行一定的检核和验证，这其中包括：测站名的顺序、点号、测站坐标的准确、天线高的异常等。通过对这些内容进行一些核查，就可以尽量避免或者说是减少外业所造成的误差。⑵在数据处理软件中的基线解算，控制参数的设定是基线解算的重要基础，也是非常重要的一个环节通过这种设定能够选择出用哪一种处理数据的方法来进行基线的解算，使得基线解算的精度大大增加。，准确度也有了更多的提高。。⑶开始进行基线解算。点击开始后会自动开始进行基线解算，人工化程度比较高⑷基线质量的检验；在完成基线解算后，必须对处理后得到的基线的质量进行检验，经过检验质量合格的基线才可以进行接下来的一系列处理。当发现不合格时，应对该基线进行重新结算，然后再次进行检核，直到符合标准。3.6GPS基线向量网平差3.6.1、GPS网平差⑴无约束平差GPS网的无约束平差指的是在进行平差处理的时候，不把GPS网自身因为非观测量所导致的外部变形的数据引入。一般的无约束平差，都是在进行平差的时候不包含起算数据或者是无多余观测数据。⑵约束平差GPS网的约束平差指的是平差时采用的是GPS基线向量，并且在进行处理的时候引入了有非观测量引起变形的，发生改变的起算数据。4影响GPS测量精度的误差4.1GPS卫星自身误差4.1.1轨道误差卫星的轨道误差在某种意义上同星历误差是同一个意思，在有关部门提供了一定精度的卫星轨道之后，传递给用户使用以广播的形式，这样就可以在观测的时间段里获得观测卫星的具体位置。轨道误差是由于卫星的轨道在受到月球引力场、太阳光强、潮汐动力等一些自然气候的影响作用下，产生了一些不可确定性的影响，是轨道不能准确定位，产生了轨道误差。短基线测量可以消除SA误差所带来的影响，那么能够解决SA误差带来的影响犯法就是进行Real-time实时差分定位，就是给定坐标点上布设GPS网的基本控制点，经过基准站的测量来获得轨道误差的校正值，再用数据链的方式传送给地面进行导航定位的接收基站，这样即可以消除SA误差，也可以消除两个联测站之间共同作用的误差，提高了移动站的导航的精度，增加了其数据的可靠性。4.1.2美国的SA技术与AS影响SA技术是选择可用性(SelectiveAvailability)的简称，它是由（di-ther）技术和(epsilon)技术两种技术的共同作用下，使用户的定位精度降低的技术，是在人力作用下增加了周期，使其变为随机性特征的高频信号，让卫星的频率也因此改变，最后就会产生了干扰误差，SA技术大大降低了卫星星历的准确度，让其数据变得毫无规则可言，随机的发生变化，这样就大大增加了人为误差，从而进一步影响力卫星星历的精度。AS技术(Anti-Spoofing)，为了保护P码的存在不被他人所盗用，战斗时防止对方使用技术对导航的定位的精确度P码差生影响才产生的一种技术。[8]徐绍铨，张华海，杨志强，王泽民.GPS测量原理与应用[M].武汉大学出版社，1998.AS技术让C/A码的用户无法和P码用户[8]徐绍铨，张华海，杨志强，王泽民.GPS测量原理与应用[M].武汉大学出版社，1998.4.1.3减少星历误差和消除技术影响的根本方法通过部分区域性的GPS跟踪网可以很准确的得到GPS卫星轨道的数据，这其中跟踪站地心坐标的会因为一些人为的原因差生误差，这类误差对卫星轨道的影响是重大的，10倍或者更多。所以，这就要求跟踪站的地心坐标精度应该优于0.1m，而卫星轨道应该比2m的精度还要更加的精确4.2与信号传播有关的误差4.2.1电离层的信号传播延迟传播信号在经过电离层时，会因为电离层的物质影响而引起码信号传播延迟，这与卫星与接收机连接方向上所充斥的电子密度息息相关。电离层信号得传播延迟因为方向的不同延迟值也会不同，在垂直方向上，夜间的延迟至一般可以达到2m左右，而在白天最高可以达到15m；在有倾斜角度上的延迟值，夜间为9m白天为45m，另外如果遇到特殊情况例如反常时期延迟至的具体数值就会发生不同的变化。针对电离层对传播信号的影响，人们想出了一种解决的办法来消弱电离层对信号延迟的影响，那就是采用双频的接收机来进行测量，采集数据，对电离层的信号延迟进行改正，获得精度更好的数据。这是因为，单频的接收机不论如果进行改成，最后的残差仍然会比较大，而且卫星高度解直角对单频接收机的影响也比较大，双重误差下会让接收机接收到的信号变得更加的不准确了。而双频的接收机，因而，利用双频GPS接收机观测，双拼接收机适用于赤道附近的信号接收，赤道附近的电离层中电子含量小且运动无规律，包含几米到几千米不等的不同长度的波长，在这些无规律的电子密度的运动作用下，能够产生衍射和反射效应，这样就让接收到的信号的相位和振幅产生变异，引起周条，这样就可以对电离层的信号延迟进行相关的改正。当然这样的情况并不是百分之百的，在一些特殊的情况之下，例如周跳、信号跟踪的情况下，即使使用双频接收机来接收信号也无法取得应该有效果。4.2.2对流层的信号传播延迟对流层延迟简单的来说就是，电磁波的信号和真空中光速的不同，从而产生了相互碰撞和相互干扰，从而使得信号传播产生了延迟。是电磁波信号通过对流层时其传播速度不同于真空中光速所引起的。大气的分量一般分为干大气分量和湿大气分量。[9]孙坚.GPS测量中存在的问题及目前的几种解决途径[J].北京测绘，1997，(03)：23-26.百分之70左右的大气都为干大气分量，其余的为湿大气分量。湿大气分量会随着维度和精度的变化而产生相应的变化的，并且随着时间的不断增加也会增大变化的速率，所以虽然其数值虽然不大，但在对流层对传播信号的延迟中产生了很大的作用效果。大气中的干大气分量和湿大气分量的测量是比较难以预测的，在日常的测量和实验中往往的测量的是干、湿分量混合体，无法进行准确而分明的区别，就会难以得到它的准确值。对流层的延迟主要的影响也是接收机和卫星的视线方向，也就是天顶方向，在短基线的测量中，通过关联性可以更好的消除，而在双拼接收机中也能够减少这种误差的影响，到目前为止已开发出来了许多计算湿对流层延迟的实用模型，在长基线测量中采取双频接收机[9]孙坚.GPS测量中存在的问题及目前的几种解决途径[J].北京测绘，1997，(03)：23-26.4.2.3多路径误差GPS信号在发射到一些物体身上后，又通过反射的方式重新回到GPS的接收天线上，在这样一个过程中对GPS信号的接收产生了干扰的误差，称为多路径误差。反射波的强度和用户借手机天线对的相关抵制的能力对多路径误差的大小产生了直接的影响，可以说是决定性的。经过大量的测量和实验的研究下，得出多路径对信号的影响，具体如下：（1）当GPS网形的边长是小于10km的时候，多路径误差是主要的误差来源；（2）GPS控制测量中，坐标达到5-9cm时，在多路径误差的影响之下。经过反射后可以达到15cm以上，大大超出GPS接收机所能承受的范围。（3）在高反射环境下，受多径误差的影响，可能会让接收机因为信号失锁而无法接受到任何信号；在接收机天线的附近，若是存在垂直面或者水平面都会使得GPS信号进行二次反射，而天线附近因为地形地物的存在，也会造成所谓的镜面反射，这些所有的影响加在一起就会产生周跳，使得信号缺失准确性。因此，在GPS点位的选择上，应该尽量避免在这类的地形之中，应该采取天线较高的接收机，同时还需要避免或者减少其他误差带来的影响。4.3与接收机有关的误差4.3.1接收机钟差一般的，把接收机的钟面时与GPS标准时之间的差异称为接收机钟差。这类误差在整个接收机和卫星的接受过程之中造成了不小的影响，在日常的测量当中昂人们就采取了这样一种方法，每个观测时段所产生的接收机钟差都假设称为一个未知数，这个未知数它是具有独立性的，在数据处理的过程中将其与观测站的参数并列秋季，可以减弱接收机钟差的影响，当然也可以在卫星之间求一次差的方式来消除接收机的钟差。[10][10]杨祥平,杨旭.GPS测量的误差来源分析与应对措施[J].武汉市测绘研究院.2013.4.3.2接收机的位置误差接收机天线的中心位置相对于接收机测站地心坐标位置的误差，就成为接收机位置误差。这种接收机的位置误差在卫星星历的接收上产生干扰，对最后的准确度也会造成干扰。例如将天线高度为1.6m这个时段测量所得到的平误差为0.1°时，可能会产生的中误差就是3mm，比原来的中误差大了很多。因此在精密定位时，必须仔细操作，以尽量减少这种误差的影响。4.3.3天线相位中心位置的偏差在传统的GPS控制测量李米娜，接收机天线的相位中心的具体数据和坐标是所测的数据观测值的基准，一旦相位中心的位置变得不准确，那么整个数据过程都存在了不确定性。理论上，天线的相位中心就是几何中心，然后在实际中的无数次研究告诉我们并不是如此。相位中心会因为输入的信号的强度和方向的不同而产生不同的相对位移，让实际中的天线相位中心与理论上的无法保持一致，这种偏差就是相位中心的偏差。[12][12]李义先.《天线相位中心偏差对于GPS高程影响问题分析》[J].安徽省地质测绘技术院.2012.在实际工作中，在使用同一种天线的前提下，两个相距不远的联测点上进行同步观测，并且重复进行多组测量，那么就可以通过求差观测值相若天线相位中心偏移带来的影响。5实验内容5.1研究内容按表2的规定，用GPS进行控制测量，布设E级的GPS控制网的时候，相邻点的距离最短在1km以上；观测时段长度最短在60min以上。当然，一些小范围的测量控制网，可能其一部分或所有相邻点的距离在1km以内。GPS控制测量结束后，通过数据处理软件进行基线处理，和平差处理。同过所得到的数据，研究对长短基线不同，天线相位中心的不同，并且对高度解直角和采样间隔变换的精度进行了研究，检核GPS所能达到的精度，并对其精度进行分析。4.2测区概述Gps网的分布情况测区为新疆乌宗布拉克乡环绕高速公路的一个闭合环。本人于2015年3月用南方S86-T，采用多台接收机在位于乡镇府周围的多个控制点上进行了观测试验(见图1)。GPS测量控制网4.2.1选点（1）GPS网控制点的点位选择于在易于安装接收设备、交通便利、信号通讯没有阻碍、视野开阔的较高点之上。（2）点位比较靠近郊区和偏远的地区，远离了电视台、发电站等有很强信号源的地方，其距离村庄和人家大约200m。（3）为了尽可能的避免或者减弱多路径误差对整个测量过程造成影响，GPS点位的选择在无坑洼、无积水区域、无信号干扰的地段。（4）相邻两个GPS测站点之间保持通视和视野开阔。因为路面比较结实，所以直接在路面嵌入显眼的标志，作为选取的控制点和表示，标志一般会稍高出路面2~3mm，这样便于后续的水准可以更快捷的进行测量。4.3观测4.3.1观测前设置1、在GPS控制点中选择好观测站，并在这个点上摆放三角架，进行置平。2、取出基座及对中器，将其固定在脚架上，再次进行置平和对中的工作，以保证后续测量的进行。3、将GPS接收机安置于对中器上，并拧紧旋钮，将其固定好。这个时候才取出采集器和托盘，用同样的方法安置在脚架上。4、将仪器开机，输入控制网信息进行测量。6、按F1进行确定以后，自动开始采集数据直至结束。7、在测量开始和结束时都要量取天线高对四台GPS接收机进行编号，分别为1、2、3、4四编号。在相同的观测条件和环境中进行接收机和控制点一对一的观测，即1号机器观测1号点，以此类推。需要注意的是，在这个过程中需要将高度解直角的角度设为15°，采样的间隔1s，采样次数3。4.3.2具体观测观测时是采用4台接收机，观测4天，第一次的观测，将所有的GPS的方向统一朝北，总共观测时间为8小时，采样的的时间间隔为15s；第二次观测仍是在统一朝北的方向上进行观测，观测时间为6个小时，采样间隔1s，；第三次的观测就有所不同了，分为四个连续的观测时段，每一段的天线方向也是不同的。第一时段仍然是朝北，第二、三、四时段，GPS接收机的屏幕方向分别为东、南、西；第四次观测仅仅是在C3－C4之间进行联测，在C3点安置3号机，屏幕朝北，连续观测六个时段。在C4点安置4号机，连续观测四个时段，每个时段的观测时长为60分钟；第五次观测则在C1-C2之间进行联测，具体流程同第四次观测相同。5实验数据分析及结论表一GPS实时观测数据表施工单位负责人谷世瑶日期2013年03月9日文件名观测日期开始结束点名天线高天线高机号VTB11720.STH2013年03月09日07时50分10时05分VTB11.07501.0000W1186740689VTB11721.STH2013年03月09日10时06分12时13分VTB11.07501.0000W1186740689VTC11720.STH2013年03月09日07时51分09时53分VTC11.07501.0000W1186740464VTC11721.STH2013年03月09日13时11分15时13分VTC11.07501.0000W1186740464VTC11722.STH2013年03月14日09时55分12时00分VTC11.07501.0000W1186740464VTC11723.STH2013年03月14日15时16分17时20分VTC11.07501.0000W1186740464VTC21720.STH2013年03月14日13时11分15时14分VTC21.07501.0000W1186740689VTC21721.STH2013年03月14日15时17分17时22分VTC21.07501.0000W1186740689VTC31720.STH2013年03月14日13时10分15时12分VTC31.07501.0000W1186740337VTC31721.STH2=2013年03月14日15时15分17时18分VTC31.07501.0000W1186740337VTC41720.STH2013年03月19日07时50分09时53分VTC41.07501.0000W1186740489VTC41721.STH2013年03月19日09时55分12时02分VTC41.07501.0000W1186740489VTC41722.STH2013年03月19日13时10分15时13分VTC41.07501.0000W1186740489VTC41723.STH2013年03月19日15时14分17时16分VTC41.07501.0000W1186740489VTC51720.STH2013年03月25日07时50分09时54分VTC51.07501.0000W1186740337VTC51721.STH2013年03月25日09时55分11时58分VTC51.07501.0000W1186740337VTC61720.STH2013年03月25日07时51分09时53分VTC61.07501.0000W1186740683VTC61721.STH2013年03月25日09时58分12时00分VTC61.07501.0000W1186740683VTC71720.STH2013年03月28日07时48分09时53分VTC71.07501.0000W1186740705VTC81720.STH2013年03月28日13时11分15时13分VTC81.07501.0000W1186740683VTC81721.STH2013年03月28日15时16分17时20分VTC81.07501.0000W1186740683基线解算1GPS数据处理软件（Gpsadj）的使用1点击新建，输入工程名。2、点击数据输入菜单按钮，在其下拉菜单中进行数据文件的增加，导入通过测量的道德GPS相关测量数据。3、解算基线：导入数据以后，在基线解算的菜单里面选择解算全部基线，基线解算完成4、在进行初步结算之后，有些基线任然是灰色的，这类基线就是不合格的，选择静态基线处理设置选项，通过在设置参数中改变高度解直角和采集间隔时间来进行修改，直至全部合格，达到标准。6结束上述步骤之后得到的合格基线如下图平差处理经过处理后所得到的数据如下环闭合差报告闭合环最大节点数：3闭合环总数：21同步环总数：5异步环总数：16同步环情况：环号环总长相对误差△Xmm△Ymm△Zmm△边长mm1655.8902.2Ppm0.3390.5631.2911.4483.786.55环中的点:BM020D020D017493.2566.3Ppm0.760-2.403-1.7903.0913.656.32环中的点:0D040D020D0311777.1620.9Ppm0.237-0.265-0.5660.6683.906.76环中的点:0D04BM020D0313429.6257.1Ppm-0.5942.5811.5373.0623.606.24环中的点:0D040D060D0320661.9481.5Ppm-0.063-0.523-0.8090.9663.796.56环中的点:0D040D050D06异步环情况：环号环总长相对误差△Xmm△Ymm△Zmm△边长mm2493.24945.2Ppm2.691-14.916-16.36022.30254.7094.74环中的点:0D040D020D033493.25047.4Ppm2.349-16.713-16.18623.38554.7094.74环中的点:0D040D020D034493.25821.3Ppm-1.9619.9272.85210.51354.7094.74环中的点:0D040D020D035493.25918.2Ppm-2.3038.1303.0268.97554.7094.74环中的点:0D040D020D036493.2554.7Ppm1.102-0.606-1.9642.33254.7094.74环中的点:0D040D020D038803.10315.1Ppm-1.63511.915-1.29512.09658.94102.09环中的点:BM020D020D039803.10412.9Ppm-1.97710.118-1.12110.37058.94102.09环中的点:BM020D020D0310777.15241.6Ppm4.889-25.108-19.77832.33458.52101.36环中的点:0D04BM020D0312777.15816.1Ppm3.300-10.798-5.38212.50858.52101.36环中的点:0D04BM020D0314429.62624.6Ppm-0.816-4.677-9.46410.58854.0593.62环中的点:0D040D060D0315429.63581.0Ppm-5.24627.42320.74934.78654.0593.62环中的点:0D040D060D0316429.63653.7Ppm-5.46820.1669.74823.05654.0593.62环中的点:0D040D060D0317429.63154.3Ppm-2.18316.89115.93323.32254.0593.62环中的点:0D040D060D0318429.63225.8Ppm-2.4059.6334.93211.08754.0593.62环中的点:0D040D060D0319661.94721.4Ppm-0.284-7.781-11.81014.14556.8098.37环中的点:0D040D050D0621738.8776.8Ppm-0.563-1.7234.7135.04957.92100.33环中的点:BM020D040D02重复基线报告基线名质量中误差XYZ基线长相对误差Dwx(mm)Dwc(mm)重复基线0.0040.0000.0010.000189.23420.8ppm10.6930.240D030083-0D02008499.990.00441.306-105.952151.252189.2341/471130D030084-0D02008599.990.00441.306-105.954151.252189.2351/49268重复基线0.0060.0020.0100.008107.71751.1ppm10.2335.440D030072-0D04007299.990.006-85.921-64.5077.630107.7121/171270D040088-0D03008599.990.00585.91764.532-7.611107.7221/229140D030084-0D04008799.990.005-85.920-64.5217.615107.7181/19867重复基线0.0070.0000.0040.006207.61535.4ppm10.8330.630D060072-0D04007299.990.007-128.073-142.77879.470207.6141/292110D060081-0D04008482.270.008-128.074-142.78579.459207.6151/27317剔除基线后重复基线剔除基线后重复基线0.0040.0000.0010.000189.23420.8ppm10.6930.240D030083-0D02008499.990.00441.306-105.952151.252189.2341/471130D030084-0D02008599.990.00441.306-105.954151.252189.2351/49268剔除基线后重复基线0.0060.0020.0100.008107.71751.1ppm10.2335.440D030072-0D04007299.990.006-85.921-64.5077.630107.7121/171270D040088-0D03008599.990.00585.91764.532-7.611107.7221/229140D030084-0D04008799.990.005-85.920-64.5217.615107.7181/19867剔除基线后重复基线0.0070.0000.0040.006207.61535.4ppm10.8330.630D060072-0D04007299.990.007-128.073-142.77879.470207.6141/292110D060081-0D04008482.270.008-128.074-142.78579.459207.6151/27317剔除的基线禁用：自动剔除：WGS84-坐标系下经典自由网平差平差结果基线及其改正基线名基线△X基线△Y基线△Z△X改正mm△Y改正mm△Z改正mm相对误差平差后距离0D010082--0D020083-79.42126.954-99.776-0.1701.069-1.3511:29806130.3450D030083--0D02008441.306-105.952151.252-0.369-1.2760.7601:74060189.2350D030084--0D02008541.306-105.954151.252-0.0260.5210.5871:74060189.2350D030085--BM020086-132.265-256.198232.466-1.3558.6990.6301:135775370.3620D030072--0D06007242.15178.273-71.8392.745-7.164-7.3601:37235114.2990D060081--0D050082-250.156-79.062-47.9780.529-1.1390.9321:57984266.7030D030072--0D040072-85.921-64.5077.6302.929-14.589-15.6861:55445107.7170D040088--0D03008585.91764.532-7.6111.723-10.254-3.5261:55445107.7170D030084--0D040087-85.920-64.5217.6151.340-0.278-1.2901:55445107.7170D060072--0D040072-128.073-142.77879.4700.779-10.005-9.8631:73451207.6170D060081--0D040084-128.074-142.78579.4591.000-2.7481.1381:73451207.6170D050082--0D040084122.082-63.723127.4360.534-1.0851.0141:40692187.6300D020085--0D040087-127.22541.430-143.6390.6071.603-0.0861:71792196.3030D040088--BM020086-46.348-191.666224.8560.606-1.820-3.4621:115065299.071BM020085--0D020083173.573150.234-81.213-0.6491.940-1.1641:80517243.503BM020085--0D010082252.994123.28018.565-0.8180.307-1.1041:65090282.043平差后Wgs84坐标和点位精度ID状态XYZX偏移mmY偏移mmZ偏移mm点名0D01固定-2104369.3464801254.8973621186.0700.0000.0000.0000D010D02-2104448.7674801281.8523621086.2922.0143.3621.9400D020D03-2104490.0734801387.8063620935.0392.0733.5282.1610D03BM02-2104622.3394801131.6163621167.5062.0153.3071.944BM020D06-2104447.9194801466.0723620863.1932.2603.9222.8120D060D05-2104698.0754801387.0083620815.2162.4054.9973.3870D050D04-2104575.9924801323.2843620942.6532.1183.5252.1490D04ID状态BLHB偏移(秒)L偏移(秒)H偏移mm点名0D01固定34.485790159N113.400347579E90.1180.000000.000000.0000D010D0234.485419528N113.400591216E79.5950.000050.000043.9100D020D0334.484806055N113.400572713E86.5280.000050.000054.1170D03BM0234.485761722N113.401454034E70.2050.000050.000043.881BM020D0634.484513191N113.400297187E90.4710.000060.000054.6920D060D0534.484333474N113.401323521E86.0800.000080.000075.7090D050D0434.484871919N113.400984246E70.6760.000050.000054.1140D04当前坐标系统:WGS-1984椭球长半径:6378137.000000椭球扁率:1/298.257223563控制等级：E级M0:1.000000H=：0.000(投影高)B0:0.000000000NL0=：0.000000000E(中央子午线)114.000000000EN0:0.000000(北向加)E0=：500000.000(东向加)采用网配合法进行转换基线名△X改正mm△Y改正mm相对误差距离0D01--0D021:46783129.9260D03--0D021:122003189.1170D03--BM021:228013370.0200D03--0D061:71090114.2370D06--0D051:99997266.6790D03--0D041:96052106.5490D06--0D041:138787206.6810D05--0D041:69942187.0060D02--0D041:117003196.1090D04--BM021:192307299.085BM02--0D021:131234243.333BM02--0D011:102518281.352平差后坐标和点位精度IDX坐标Y坐标rms(mm)dx(mm)dy(mm)点名0D013854288.034469536.9930.3550.2880.2070D010D023854173.610469598.5371.3211.0820.7570D020D033853984.568469593.2091.4191.1550.8230D03BM023854278.343469818.1781.3001.0520.764BM020D063853894.547469522.8800.0000.0000.0000D060D053853838.301469783.5600.0000.0000.0000D050D043854004.521469697.8741.4391.1590.8530D04ID坐标X坐标Y高程xyh点名0D053853838.301469783.560**0D050D063853894.547469522.880**0D060D013854288.034469536.9930D010D023854173.610469598.5370D020D033853984.568469593.2090D030D043854004.521469697.8740D04BM023854278.343469818.178BM025.1短基线测量定位精度研究本人于2015年3月用标称精度为±5cm+1pp的GPS接收机，在位于乌宗布拉克环形公路的的4个控制点上进行了观测试验。观测时采用3台接收机，构成2个同步环(02—15—WT；15—ZHDS—WT)，共观测2个时段。每个时段用快速静态定位观测20min，天在各观测时段的前后分别精确量取天线高2次，取其均值，该GPS试验网的相邻点距离均在1km以内，点间距唯一的大致在0.36～0.67km之间，平均点间距为0.59km。表5-1基线数据随观测时长变化表观测时间方差比△X△Y△ZS椭球距离5无解10无解15无解203.42213.221-1.176156.413264.441264.108254.08213.221-1.174156.413264.44264.107306.16213.221-1.175156.412264.44264.107358.34213.221-1.176156.412264.441264.1084047.2213.220-1.176156.412264.441264.1084510.9213.221-1.176156.412264.441264.1085012.1213.222-1.176156.412264.442264.1095528.4213.223-1.177156.411264.442264.109608.8213.223-1.178156.411264.442264.1097024.12213.222-1.177156.411264.442264.1098019.0213.222-1.177156.411264.442264.1099021.5213.223-1.178156.411264.442264.1110020.5213.223-1.179156.411264.442264.1111019.7213.223-1.180156.411264.443264.1112019213.226-1.185156.406264.442264.1133126.7213.226-1.190156.406264.443264.111进行观测的20分钟之后，就得到了静态GPS测量的基线数据，把之与以前较长时间的基线数据相差5mm。表格的数据证明了，20分钟的快速静态定位，在不受到外界因素的干扰的前提下，进行相邻两个GPS控制点之间的具体在1km以内的测量时，其精度可以等同于三等测量的精度，点位精度更是比1cm还要更加的准确。该GPS试验网的相邻点距离均在1km以内，点间距变化范围为0.26～0.64km，平均点间距为0.38km。上述GPS试验网用标称精度为±(1mm+1ppm)的SOKKIASET510全站仪测定了C3—C4边长。往返各测10次，取平均值223.489。表5-2全站仪观测数据观测次数4→3(单位m)3→4椭球距离(单位m)10次观测264.1199264.1199264.1197264.1197264.1189264.1207264.1197264.11