简析GPS在1:1万航空摄影测量外业中的应用
摘要：近年来，随着GPS全球定位系统具有精度高、性能好、适用范围广的特点，在工程测量、地形测量、大地测量和航空摄影测量等领域得到普遍的推广和使用。本文主要围绕GPSRTK、PPK、精密单点定位测量技术用于基础测绘方面来进行分析。
关键词：GPS GPS.RTK;GPS.PPK ;精密单点定位; 航空摄影测量
Abstract: This paper mainly around the GPS RTK, PPK, precise point positioning measurement techniques are used to analyze the basic surveying and mapping.
Key words: GPS GPS.RTK; GPS.PPK; precise point positioning; aerial photogrammetry
引言
测绘行业在本世纪这个信息化时代占据着重要位置，其中作为信息化产业技术方向的一部分，在数字地球概念中扮演中扮演重要角色。GPS全球定位系统因具有应用广、精度高、性能好的优点，已经广泛应用于工程测量、航空摄影测量、大地测量和地形测量等领域。本文主要通过对GPS.RTK、GPS.PPK和GPS静态测量在作业方法、应用效果、性能特点及技术条件的分析，印证GPS技术在航空摄影测量中的优越性能。
1、GPS在基础控制网中的应用
1.1 GPS网的布设
在布设C、D、E级控制网时必须执行GB/T 18314-2009《全球定位系统（GPS）测量规范》。通过点连式或边连式构网，平均边长不得超过规范要求。当使用不同类型的GPS接收机同步观测时，作业前要对不同型号的接收机进行基线比测，以便于提高网的精度。
1.2 GPS 静态测量
GPS静态测量有快速静态测量和常规静态测量两种模式，快速静态测量是在一个已知的测站点安置一台GPS接收机为基准站，连续不断的跟踪所有的可见卫星。移动接收机要按顺序的安置到准备进入测试的地方，每个测试站需要观测数分钟。而常规静态测量需要采用两台或者更多的GPS接收机，分别安置在一条或者数条基线的两端，来同步观测四颗以上的卫星，每个时段需要根据测量等级和基线长度观测最少四十五分钟。这两种测量模式都可以用来建立平面控制网。使用GPS测量平面控制，可以允许点与点之间不互相通视，这样就避免了
就避免了常规测量中在控制点位方面的局限性。只要选择精度与等级控制测量精度相匹配的GPS仪器，选择符合GPS点位选取的控制点位，那么所布设GPS网精度就能完全满足测量规范要求。
1.3 GPS静态测量的特点
GPS静态测量在布设控制网方面与常规方法相比具有以下特点：第一，不用监造觇标，选点灵活。因为GPS不要求测站间相互通视所以在使用GPS进行静态测量时不需要觇标，这样就在一定程度上降低了作业成本和布网费用；第二，全天候作业。不论是在什么样的气候条件和时间下，都能进行GPS观测，这样就方便了测量作业，有助于高校、按时完成控制网的布设；第三，测量精度高。与常规测量方法相比，GPS观测精度明显较高，其基线向量的相对精度一般在1/10000—1/100000000之间，一般的测量方式很难达到；第四，观测的时间短，采用GPS布设一般等级的控制网，每个测站的观测时间为，采用快速定位的方法，观测的时间要求会更短；第五，自动化处理和观测。
1.4 GPS静态测量的方法
1.4.1 外业观测
先将三台接收机分别在测站点上整平、对正，接着将接收机开机以便跟踪GPS/GOLNASS卫星的信号，在跟踪GPS/GLONASS的同时需要在外业表格上及时记录下仪器编号、天线高和点号等基本信息，接收机跟踪卫星为定下来后，再开始记录观测数据。观测达到规定时间之后，接收机就可以停止记录观测数据了，关机即可。
1.4.2 以基线长度为依据确定静态测量的观测时间
为达到测量精度的要求，如下表所示，根据接收机类型和基线长度确定GPS静态测量观测的时间，具体数据如下表所示：
但是这种观测方式的观测成果容易受锁定的作业环境、卫星数量、及各种干扰因素的影响，可能会影响到观测的准确度，为了保证观测效果，需要做好三方面的工作，第一，对于操作尚不熟练的用户应尽可能的延长设计观测时间。第二必须按照相关的操作标准选取观测时间。第三，单频接收机最好不要观测长度超过15KM的基线。
2、GPS.RTK GPS.PPK测量技术的应用
2.1 GPS.RTK测量技术的基本特点
GPS.RTK测量技术是指载波相位实时动态差分（Real—Time Kinematic），是GPS定位的最新技术。GPS.RTK技术系统配置是由移动站接收机和基础站接收机两个部分组成。移动站接收机在跟踪GPS卫星信号的同时接受来自基准站的
数据，通过OTF（On The Fly）算法快速求解载波相位整周模糊度，以获得所在点相对与基准点的精度指标和坐标。基准站接收机安置在有已知坐标如果地势高的话也可以没有已知坐标的参考点上，连续收听所有可视GPS卫星信号，并通过数据链将观测值、接收机工作状态、卫星跟踪状态及测站的坐标发送出去。
2.2 基准站的建立
顺利进行RTK的关键在与基准站的设置，所以一定要注意选址，首先必须避免强烈的无线电干扰；其次站址附近应尽量减少GPS信号反射物如大性建筑物或者大面积的水域，这样是为了预防多路径效应及数据链丢失的不良后果；还有一点就是数据链电台发射天线和基准站站址必须具有一定的高度。
2.3 GPS.RTK技术的操作技巧
首先将基准站设在制高点上，控制点作业应该小于RTK有效作业半径的2/3倍。为了避免出面作业盲点和有效对RTK测量成果进行控制检核，可以在测试环境不好的地方增加基准站。其次，把第一个施测观战点定为已知点，以检核第一个RTK的测试结果准确与否。而且在进行RTK测量时首先要进行检核，以便发现输入的坐标系统。控制点坐标和设置参数是否正确。第三是对于由于接收卫星的状态不良等原因而造成的盲点地区，为用全站仪补充测量，应该在盲点周围加测控制点。
2.4 GPS.PPK测量技术的特点
GPS.PPK是在没有电台信号或电台信号较差的情况下，对所求点进行静态观测，把数据进行后处理。基准站必须在RTK.INFOR或PPK形式下启动，各项菜单选项必须设置正确。GPS.PPK和GPS.RTK的区别在于基站是否记录数据。
2.5 GPS.RTK和GPS.PPK技术的优势
GPS.RTK技术的优点体现在四个方面，第一是定位精准，数据安全可靠，无误差积累。在满足RTK的基本工作的前提下，RTK的精度就能达到厘米级；第二对外在环境的要求低，由于RTK受能见度、季节、气候和通视条件等的影响比较小，只要满足一些基本条件，RTK就能快速的进行高精度定位作业。第三是工作效率高而且操作简单，这样就大大减少了传统测量仪器的搬站次数和所需要的控制点数量，在一定程度上提高了劳动效率。而且RTK技术设备操作简单，在内业进行数据的存储、输入、转换、处理和输出方面的能力比较强，同时能方便的和计算机通信。
3、GPS精密单点定位技术的实践
3.1在航测外业用精密单点定位技术做像控点可以大大提高工作效率。GPS精密单点定位一般是采用单台双频GPS接收机，利用IGS提供的精密星历和卫星钟差，基于载波相位观测值进行的高精度定位。观测值中的电离层延迟误差通
过双频信号组合消除，对流层延迟误差通过引入未知参数进行估算。其定位计算的主要过程包括：观测数据的预处理；精密星历和精密卫星钟差拟合成轨道多项式（精密单点定位钟，要求卫星轨道精度达到cm级水平，卫星钟差改正精度达到亚ns级水平）；各项误差的模型改正及参数估计等。
3.2数据处理软件：Bernese软件是瑞士伯尔尼大学研发的GNSS处理软件，能满足高要求、高精度、高灵活性的GNSS数据处理；有准确的数学模型、详细的计算过程参数控制、强大的自动批处理等。
4、GPS对于高程问题的解决
随着全疆高精度区域似大地水准的确定，实现了高效的卫星定位取代高价低效的直接水准测量，是传统测绘技术向高新测绘技术的升级、与国家空间信息科学技术发展战略一致的创造性成果。GPS定位技术可以快速获取地面点的海拔高程，其精度可满足等级水准的精度要求，实现高程测定模式的现代化转变。高程异常值的数据确定更容易获取，精度可以达到±15CM，在两年的的实践中得到了验证。全疆CORS站在2012年也要建站完成，为推广高精度似大地水准面的成果的应用提供了基础平台。
GPS测量技术在航测外业中是最快捷、最先进的技术，提高了作业效率，相对传统的作业方法、作业手段和内外作业程序产生了根本性的变革。
参考文献
[1] 徐绍铨．GPS测量原理及应用[M]．武汉：武汉测绘科技大学出版社，1998．
[2] 陈俊勇等，差分GPS 原理和方法［M］北京：测绘出版社，1999 .
[3] 全球定位系统(GPS)测量规范[S]．GB／T18314—2001．
[4] 袁修孝．GPS辅助空中三角测量原理及应用[M]．北京：测绘出版社，2001．
[5] 李征航．卫星导航定位新技术及高精度数据处理方法[M]．武汉：武汉大学出版社，2009．
简析GPS在1:1万航空摄影测量外业中的应用
摘要：近年来，随着GPS全球定位系统具有精度高、性能好、适用范围广的特点，在工程测量、地形测量、大地测量和航空摄影测量等领域得到普遍的推广和使用。本文主要围绕GPSRTK、PPK、精密单点定位测量技术用于基础测绘方面来进行分析。
关键词：GPS GPS.RTK;GPS.PPK ;精密单点定位; 航空摄影测量
Abstract: This paper mainly around the GPS RTK, PPK, precise point positioning measurement techniques are used to analyze the basic surveying and mapping.
Key words: GPS GPS.RTK; GPS.PPK; precise point positioning; aerial photogrammetry
引言
测绘行业在本世纪这个信息化时代占据着重要位置，其中作为信息化产业技术方向的一部分，在数字地球概念中扮演中扮演重要角色。GPS全球定位系统因具有应用广、精度高、性能好的优点，已经广泛应用于工程测量、航空摄影测量、大地测量和地形测量等领域。本文主要通过对GPS.RTK、GPS.PPK和GPS静态测量在作业方法、应用效果、性能特点及技术条件的分析，印证GPS技术在航空摄影测量中的优越性能。
1、GPS在基础控制网中的应用
1.1 GPS网的布设
在布设C、D、E级控制网时必须执行GB/T 18314-2009《全球定位系统（GPS）测量规范》。通过点连式或边连式构网，平均边长不得超过规范要求。当使用不同类型的GPS接收机同步观测时，作业前要对不同型号的接收机进行基线比测，以便于提高网的精度。
1.2 GPS 静态测量
GPS静态测量有快速静态测量和常规静态测量两种模式，快速静态测量是在一个已知的测站点安置一台GPS接收机为基准站，连续不断的跟踪所有的可见卫星。移动接收机要按顺序的安置到准备进入测试的地方，每个测试站需要观测数分钟。而常规静态测量需要采用两台或者更多的GPS接收机，分别安置在一条或者数条基线的两端，来同步观测四颗以上的卫星，每个时段需要根据测量等级和基线长度观测最少四十五分钟。这两种测量模式都可以用来建立平面控制网。使用GPS测量平面控制，可以允许点与点之间不互相通视，这样就避免了
就避免了常规测量中在控制点位方面的局限性。只要选择精度与等级控制测量精度相匹配的GPS仪器，选择符合GPS点位选取的控制点位，那么所布设GPS网精度就能完全满足测量规范要求。
1.3 GPS静态测量的特点
GPS静态测量在布设控制网方面与常规方法相比具有以下特点：第一，不用监造觇标，选点灵活。因为GPS不要求测站间相互通视所以在使用GPS进行静态测量时不需要觇标，这样就在一定程度上降低了作业成本和布网费用；第二，全天候作业。不论是在什么样的气候条件和时间下，都能进行GPS观测，这样就方便了测量作业，有助于高校、按时完成控制网的布设；第三，测量精度高。与常规测量方法相比，GPS观测精度明显较高，其基线向量的相对精度一般在1/10000—1/100000000之间，一般的测量方式很难达到；第四，观测的时间短，采用GPS布设一般等级的控制网，每个测站的观测时间为，采用快速定位的方法，观测的时间要求会更短；第五，自动化处理和观测。
1.4 GPS静态测量的方法
1.4.1 外业观测
先将三台接收机分别在测站点上整平、对正，接着将接收机开机以便跟踪GPS/GOLNASS卫星的信号，在跟踪GPS/GLONASS的同时需要在外业表格上及时记录下仪器编号、天线高和点号等基本信息，接收机跟踪卫星为定下来后，再开始记录观测数据。观测达到规定时间之后，接收机就可以停止记录观测数据了，关机即可。
1.4.2 以基线长度为依据确定静态测量的观测时间
为达到测量精度的要求，如下表所示，根据接收机类型和基线长度确定GPS静态测量观测的时间，具体数据如下表所示：
但是这种观测方式的观测成果容易受锁定的作业环境、卫星数量、及各种干扰因素的影响，可能会影响到观测的准确度，为了保证观测效果，需要做好三方面的工作，第一，对于操作尚不熟练的用户应尽可能的延长设计观测时间。第二必须按照相关的操作标准选取观测时间。第三，单频接收机最好不要观测长度超过15KM的基线。
2、GPS.RTK GPS.PPK测量技术的应用
2.1 GPS.RTK测量技术的基本特点
GPS.RTK测量技术是指载波相位实时动态差分（Real—Time Kinematic），是GPS定位的最新技术。GPS.RTK技术系统配置是由移动站接收机和基础站接收机两个部分组成。移动站接收机在跟踪GPS卫星信号的同时接受来自基准站的
数据，通过OTF（On The Fly）算法快速求解载波相位整周模糊度，以获得所在点相对与基准点的精度指标和坐标。基准站接收机安置在有已知坐标如果地势高的话也可以没有已知坐标的参考点上，连续收听所有可视GPS卫星信号，并通过数据链将观测值、接收机工作状态、卫星跟踪状态及测站的坐标发送出去。
2.2 基准站的建立
顺利进行RTK的关键在与基准站的设置，所以一定要注意选址，首先必须避免强烈的无线电干扰；其次站址附近应尽量减少GPS信号反射物如大性建筑物或者大面积的水域，这样是为了预防多路径效应及数据链丢失的不良后果；还有一点就是数据链电台发射天线和基准站站址必须具有一定的高度。
2.3 GPS.RTK技术的操作技巧
首先将基准站设在制高点上，控制点作业应该小于RTK有效作业半径的2/3倍。为了避免出面作业盲点和有效对RTK测量成果进行控制检核，可以在测试环境不好的地方增加基准站。其次，把第一个施测观战点定为已知点，以检核第一个RTK的测试结果准确与否。而且在进行RTK测量时首先要进行检核，以便发现输入的坐标系统。控制点坐标和设置参数是否正确。第三是对于由于接收卫星的状态不良等原因而造成的盲点地区，为用全站仪补充测量，应该在盲点周围加测控制点。
2.4 GPS.PPK测量技术的特点
GPS.PPK是在没有电台信号或电台信号较差的情况下，对所求点进行静态观测，把数据进行后处理。基准站必须在RTK.INFOR或PPK形式下启动，各项菜单选项必须设置正确。GPS.PPK和GPS.RTK的区别在于基站是否记录数据。
2.5 GPS.RTK和GPS.PPK技术的优势
GPS.RTK技术的优点体现在四个方面，第一是定位精准，数据安全可靠，无误差积累。在满足RTK的基本工作的前提下，RTK的精度就能达到厘米级；第二对外在环境的要求低，由于RTK受能见度、季节、气候和通视条件等的影响比较小，只要满足一些基本条件，RTK就能快速的进行高精度定位作业。第三是工作效率高而且操作简单，这样就大大减少了传统测量仪器的搬站次数和所需要的控制点数量，在一定程度上提高了劳动效率。而且RTK技术设备操作简单，在内业进行数据的存储、输入、转换、处理和输出方面的能力比较强，同时能方便的和计算机通信。
3、GPS精密单点定位技术的实践
3.1在航测外业用精密单点定位技术做像控点可以大大提高工作效率。GPS精密单点定位一般是采用单台双频GPS接收机，利用IGS提供的精密星历和卫星钟差，基于载波相位观测值进行的高精度定位。观测值中的电离层延迟误差通
过双频信号组合消除，对流层延迟误差通过引入未知参数进行估算。其定位计算的主要过程包括：观测数据的预处理；精密星历和精密卫星钟差拟合成轨道多项式（精密单点定位钟，要求卫星轨道精度达到cm级水平，卫星钟差改正精度达到亚ns级水平）；各项误差的模型改正及参数估计等。
3.2数据处理软件：Bernese软件是瑞士伯尔尼大学研发的GNSS处理软件，能满足高要求、高精度、高灵活性的GNSS数据处理；有准确的数学模型、详细的计算过程参数控制、强大的自动批处理等。
4、GPS对于高程问题的解决
随着全疆高精度区域似大地水准的确定，实现了高效的卫星定位取代高价低效的直接水准测量，是传统测绘技术向高新测绘技术的升级、与国家空间信息科学技术发展战略一致的创造性成果。GPS定位技术可以快速获取地面点的海拔高程，其精度可满足等级水准的精度要求，实现高程测定模式的现代化转变。高程异常值的数据确定更容易获取，精度可以达到±15CM，在两年的的实践中得到了验证。全疆CORS站在2012年也要建站完成，为推广高精度似大地水准面的成果的应用提供了基础平台。
GPS测量技术在航测外业中是最快捷、最先进的技术，提高了作业效率，相对传统的作业方法、作业手段和内外作业程序产生了根本性的变革。
参考文献
[1] 徐绍铨．GPS测量原理及应用[M]．武汉：武汉测绘科技大学出版社，1998．
[2] 陈俊勇等，差分GPS 原理和方法［M］北京：测绘出版社，1999 .
[3] 全球定位系统(GPS)测量规范[S]．GB／T18314—2001．
[4] 袁修孝．GPS辅助空中三角测量原理及应用[M]．北京：测绘出版社，2001．
[5] 李征航．卫星导航定位新技术及高精度数据处理方法[M]．武汉：武汉大学出版社，2009．