建立城市多用途GPS 永久觀測站.doc

-專業(yè)文檔，值得下載!-專業(yè)文檔，值得珍藏！-建立城市多用途GPS永久觀測站*陳永奇(香港理工大學(xué)土地測量及地理資訊學(xué)系)一、前言建立GPS永久觀測站用于監(jiān)測地殼運動、滑坡和重點工程建筑物已有不少實例1。國內(nèi)一些部門也建立了，或準(zhǔn)備建立GPS永久觀測站用于諸如IGS計劃、地殼運動監(jiān)測。這些測站有不少是在城市內(nèi)或其附近，如各部門能統(tǒng)籌考慮，可以更充分地發(fā)揮它的作用，為社會提供更多的服務(wù)，既普及了GPS技術(shù)的應(yīng)用，又總體上節(jié)約了經(jīng)費。本文的目的是介紹香港地區(qū)GPS永久觀測站，以及如何使其變成多用途的GPS數(shù)據(jù)中心，供讀者參考。HTTP:WWW.OTHERMAP.COM測繪信息網(wǎng)二、香港GPS永久觀測站概況香港海事處于1995年在維多利亞港以西9km的一個小島上建立了DGPS永久參考站(見圖1中KYC)。建站的主要目的是為進(jìn)出港船只提供導(dǎo)航和交通管制。系統(tǒng)由三部分組成：永久GPS參考站(加有監(jiān)控設(shè)施)；獨立監(jiān)控站；海事處辦公室內(nèi)的交通控制中心。參考站配備12通道雙頻TrimbleGPS4000SSI接收機，偽距改正信息用RTCMSC-14格式通過289kHz無線電頻率向外播送。監(jiān)控站檢查參考站發(fā)送的偽距改正數(shù)的正確性和完整性，以保證整個系統(tǒng)運轉(zhuǎn)的可靠性。DGPS系統(tǒng)實時定位精度為1m左右，覆蓋范圍為2300km，免費為社會提供服務(wù)。系統(tǒng)完成以后，海事處曾做過一些實驗，證實在300km以外的海區(qū)還能收到改正信號，實時定位精度在0.5m左右2。筆者在陸地上做了實驗，在深圳市龍崗鎮(zhèn)外也能很好地收到偽距改正信號。龍崗與參考站間約70km，中間有山嶺阻隔，無線電信號還要通過九龍和深圳兩市區(qū)。實驗說明，深圳范圍內(nèi)也可以利用這一參考臺的信號。此外，雙頻GPS連續(xù)觀測數(shù)據(jù)(包括偽距，載波相位，衛(wèi)星星歷等)自動地存入?yún)⒖颊疚C中，并且每隔一個小時自動傳輸?shù)胶Ｊ绿嶣BS系統(tǒng)(BulletinBoardSystem)。用戶可隨時通過電話線聯(lián)機提取所需要的數(shù)據(jù)，用于后處理。TTP:WWW.OTHERMAP.COM測繪信息網(wǎng)-專業(yè)文檔，值得下載!-專業(yè)文檔，值得珍藏！-圖1KYC永久參考站及控制點位置圖三、研究電離層中離子含量的變化眾所周知，利用雙頻偽距觀測數(shù)據(jù)可以計算信號傳播路徑上總離子數(shù)TEC：HTTP:WWW.OTHERMAP.COM測繪信息網(wǎng)TEC(P1-P2)(1)式中，9.51961016，P1和P2分別為L1和L2偽距觀測量(以米計)。將它歸化到垂直方向上為：VECTECcosZm(2)其中，Zm為用“單層模型”模擬電離層時層面上衛(wèi)星的天頂距。每一個觀測歷元，可以計算相應(yīng)于一顆觀測衛(wèi)星的VEC值，取所有觀測衛(wèi)星VEC值的平均值作為該歷元的代表值。由于電離層在一段時間內(nèi)變化不大，為減少偽距觀測誤差對所計算結(jié)果的影響以及電離層離子含量的偶然性變化，可取一段時間內(nèi)(例如一小時)各觀測歷元的VEC值的平均值作為該時段的最或是值。為了解該地區(qū)電離層離子含量在空間上的變化，用另一臺雙頻接收機(Leicasystem300)在香港地區(qū)最北部(圖1中SS)距KYC約25km處進(jìn)行了12h連續(xù)觀測，所計算的離子含量畫在圖2，其中(a)是同一天用參考站觀測數(shù)據(jù)所得的結(jié)果，(b)為SS站的結(jié)果，(c)為兩者疊加在一起的圖形。可以看出，SS站上VEC值與KYC上沒有明顯差別。因此可以認(rèn)為，由參考站觀測數(shù)據(jù)計算的離子總量可代表整個香港地區(qū)。-專業(yè)文檔，值得下載!-專業(yè)文檔，值得珍藏！-(a)(b)(c)圖2離子含量與地區(qū)的關(guān)系3四、用戶單機精密定位HTTP:WWW.OTHERMAP.COM測繪信息網(wǎng)所謂用戶單機定位是用戶利用單臺接收機采集數(shù)據(jù)，連同永久觀測站連續(xù)觀測的數(shù)據(jù)來計算測站的位置，實際上也是相對定位。用戶接收機可以不同于永久觀測站采用的接收機。為了實驗用戶單機精密定位的精度，采用Leica200接收機分別在5個已知控制點上測量3?？刂泣c的分布見圖1，它們是香港首級控制點，曾用GPS觀測過，點位坐標(biāo)精度為厘米級。數(shù)據(jù)處理時取用一個小時的觀測數(shù)據(jù)，軟件用TrimbleGPSurvey。表1列出了用不同處理模型計算的坐標(biāo)與已知坐標(biāo)的差值，其中“單頻+電離層改正”是指用單頻的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，然后改正電離層的影響。觀測時電離層的離子含量由參考站觀測數(shù)據(jù)計算得到，改正采用參考文獻(xiàn)5所述的方法。由表1可以看出：(1)對于單頻模型，基線分量平均差值為28.5mm，雙頻模型為19.8mm，而“單頻+電離層改正”模型為22.8mm。除了個別差值較大外，一般都在12cm。可以說，用戶單機精密定位能達(dá)到厘米級精度。(2)電離層影響改正似能改善定位精度。表1用戶單機定位結(jié)果與已知點坐標(biāo)的差值/mm點號與參考站距離/km單頻雙頻單頻+電離層改正ENENEN6137-39-24-16-23-11346820-74-19-36-9-60094189-18-6-17-29-219624-3-16-12-18-10108015-6017-31-30-458五、參與地球動力學(xué)研究參考站連續(xù)觀測的數(shù)據(jù)與附近IGS測站觀測的數(shù)據(jù)聯(lián)合處理可研究地區(qū)性地球動力學(xué)問題。實驗時用了5個IGS測站：拉薩，上海，臺灣，武漢和西安。它們都裝備Rogue接收機。用了兩個月連續(xù)觀測數(shù)據(jù)(1996年11月12月)，每24h作為一時段，數(shù)據(jù)處理用MIT提供的GAMIT軟件，采用的GPS精密衛(wèi)星星歷是相對于ITRF94框架的，計算結(jié)果如下4：(1)參考站到其他IGS站基線長度的均方差為7mm，與IGS站間基線的均方差相差不多。(2)不同時段所得參考站水平位置的變化及其標(biāo)準(zhǔn)差，多數(shù)情況下，位置的變化在13cm之間。HTTP:WWW.OTHERMAP.COM測繪信息網(wǎng)可以看出，盡管設(shè)計參考站原不是為此目的，但它與鄰近IGS觀測-專業(yè)文檔，值得下載!-專業(yè)文檔，值得珍藏！-站有類似的功能。HTTP:WWW.OTHERMAP.COM測繪信息網(wǎng)六、結(jié)論由實驗分析可以看出，香港永久GPS觀測站除了作為船只導(dǎo)航、交通管制以外還有許多應(yīng)用，可發(fā)展成為多用途的GPS數(shù)據(jù)中心。1.海道測量與海底地形測量：參考臺24h連續(xù)廣播偽距改正信息，為海測帶來很大的方便。作業(yè)單位只需有一臺便宜的、專門的GPS接收機(GPSbeacon)并與測深儀同步就可以做航跡控制與測深定位，工作效率大大提高。目前測量時還需在測區(qū)設(shè)置驗潮站，以改正潮汐，同時要求風(fēng)平浪靜的時候測量，限制作業(yè)的時間。我們正在研究加入載波相位觀測，以事后處理方式同時確定潮汐和風(fēng)浪的影響改正。2.城市交通管制：在廣闊地區(qū)用一臺beacon接收機，利用參考臺的改正信號就能達(dá)到1m實時定位精度。如加上電子地圖，可以為陸上車輛導(dǎo)航，加上通訊，可以用于交通控制和指揮。這些技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟。但在城市地區(qū)特別是像香港這樣的大都市，GPS信號經(jīng)常中斷，因此我們正在研究開發(fā)低價慣性單元與DGPS組合，滿足城市中車輛定位與導(dǎo)航的需要。3.精密定位測量：用戶單臺接收機定位可以達(dá)12cm的精度，這為測量控制提供了很大的方便。目前香港正在增加兩個永久觀測站，完成后用戶單機精密定位時間可大大減少，預(yù)計幾分鐘就能達(dá)到厘米級定位精度。HTTP:WWW.OTHERMAP.COM測繪信息網(wǎng)4.科學(xué)研究：用于研究諸如大氣中離子含量的變化，地球動力學(xué)等。*本文的研究得到香港研究基金會資助(PolyUA/C354/015)。參考文獻(xiàn)1陳永奇.Deformationmonitoring-moderntrendanddevelopments.ProceedingsofFIGSingaproel97Symposium,1997:871002Choi,I.K.TheHongKonghydrographicofficeanditsDGPSuniversalreferencestation.ProceedingsofCanadianHydrographicConference,19963邱衛(wèi)寧.EstimationofTECandtestingofGPSpositioningaccuracyusingthedatacollectedatapermanentreferencestationinHongKong.InternalTR,LSGI,thePol