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第十章 GPS应用 王 坚 王 坚 中国矿业大学环境与测绘学院 中国矿业大学环境与测绘学院 全球卫星定位导航系统的应用 10.1 GPS在大地控制测量中的应用 10.1.1 概述 GPS定位技术以其精度高、速度快、费用省、操作简便等优良特 性被广泛应用于大地控制测量中。时至今日，可以说GPS定位技 术已完全取代了常规测角、测距手段建立大地控制网。我们一般 将应用GPS卫星定位技术建立的控制网叫GPS 网。归纳起来大致 可以将GPS 网分为两大类：一类是全球或全国性的高精度GPS 网，这类GPS 网中相邻点的距离在数千公里至上万公里，其中主 要任务是作为全球高精度坐标框架或全国高精度坐标框架，为全 球性地球动力学和空间科学方面的科学研究工作服务，或用以研 究地区性的板块运动或地壳形变规律等问题。另一类是区域性的 GPS 网，包括城市或矿区GPS 网，GPS工程网等，这这类网中的相 邻点间的距离为几公里至几十公里，其主要任务是直接为国民经 济建设服务。 GPS测量外业观测 GPS测量外业观测 10.1.2 全球或全国性的高精度GPS网 1、GPS A级网的建立 作为大地测量的科研任务是研究地球的形状及其随时间的变化，因此建 立全球覆盖的坐标系统之一的高精度大地控制网是大地测量工作者多年 来一直梦寐以求的。直到空间技术和射电天文技术高度发达，才得以建 立跨洲际的全球大地网，但由于VLBI 、SLR技术的设备昂贵且非常笨 重，因此在全球也只有少数高精度大地点，直到GPS技术逐步完善的今 天才使全球覆盖的高精度GPS 网得以实现，从而建立起了高精度的（在 1~2cm）全球统一的动态坐标框架，为大地测量的科学研究及相关地学 研究打下了坚实的基础。 1991在全球范围内建立一个IGS （国际GPS地球动力学服务）观测网，并 于1992年6-9月间实施了第一期会战联测，我国多家单位合作，在全国范 围内组织了一次盛况空前“ 中国’92GPS会战”，目的是在全国范围内确定 精确的地心坐标，建立起我国新一代的地心参考框架及其与国家坐标系 的转换参数；以优于10-8量级的相对精度确定站间基线向量，布设成国 家A级网，作为国家高精度卫星大地网的骨架，并奠定地壳运动及地球 动力学研究的基础。 建成后的国家A级网共由28个点组成，经过精细的数据处理，平差后在 ITRF91地心参考框架中的点位精度优于0.1m，边长相对精度一般优于 1×10-8,随后在1993年和1995年又两次对A级网点进行了GPS复测，其点 位精度已提高到厘米级，边长相对精度达3 ×10-9. 2、GPS B级网的建立 做为我国高精度坐标框架的补充以及为满足国家建设的需要，在国家A 级网的基础上建立了国家B级网（又称国家高精度GPS 网）。布测工作从 1991年开始，经过5年努力完成外业工作，内业计算已基本完成，不日将 公布使用。全网基本均匀布点，覆盖全国，共布测818个点左右，总独立 基线数2200多条，平均边长在我国东部地区为50km，中部地区为 100km，西部地区为150km，经整体平差后，点位地心坐标精度达 ±0.1m，GPS基线边长相对中误差可达2.0 ×10-8,高程分量相对中误差为 3.0 ×10-8。 新布成的国家A 、B级网已成为我国现代大地测量和基础测绘的基本框 架，将在国民经济建设中发挥越来越重要的作用。国家A 、B级网以其特 有的高精度把我国传统天文大地网进行了全面改善和加强，从而克服了 传统天文大地网的精度不均匀，系统误差较大等传统测量手段不可避免 的缺点。通过求定A 、B级GPS 网与天文大地网之间的转换参数，建立起 了地心参考框架和我国国家坐标的数学转换关系，从而使国家大地点的 服务应用领域更宽广。利用A 、B级GPS 网的高精度三维大地坐标，并结 合高精度水准联测，从而大大提高了确定我国大地水准面的精度，特别 是克服我国西部大地水准面存在较大系统误差的缺陷。 10.1.3 区域性GPS大地控制网 所谓区域GPS网是指国家C、D、E级GPS网或专为工程项目布测 的工程GPS网。这类网的的特点是控制区域有限（或一个市或一个 地区），边长短（一般从几百米到20km），观测时间短（从快速 静态定位的几分钟至一两个小时）。由于GPS定位的高精度、快速 度、省费用等优点，建立区域大地控制网的手段