四川丹巴地质灾害详细调查与风险管理示范站

10月26日，成都地调中心水环室提交了2008年续作项目”滑坡灾害GPS和INSAR综合监测技术示范”年度工作方案。

9月26日，成都地调中心水环室”大渡河流域地质灾害详细调查“和”甘孜地区地质灾害详细调查 “两项水环地调增量资金项目设计在西安通过评审.

产品介绍:

1、功能特点

　　当今世界，要具有竞争力，就必须迅速而精确地完成每一步工作。你要想赢利，就不能在过分复杂的测量仪器或繁琐的手工数据转换上浪费过多的时间。在开发 GPS5700 全站仪时，我们对测量作业流程的每一个步骤都进行了优化，研制了具有全面解决方案功能的 GPS 系统。天宝 GPS 全站仪系统是真正的集成型 GPS 系统，它包含了接收机、天线、电台、测量控制器和室内处理软件，所有部件均由天宝自行开发完成。此处仅介绍天宝 GPS 全站仪的几个突出特点，它将使你在测量竞争中遥遥领先。

　　行时中测图：采用 5700 的 “all-on-a-range-pole” （一切尽在测杆上）设置可以在围栏和灌木丛中自由自在进行测量，而不必顾及烦人的电缆，以不停顿进行连续的测量。若将接收机安装在车顶上，则车开多快就能测多快。

　　任何地点进行作业：采用的 RTK 增强技术（ eRTK ），一个基准站可以为无限多的流动站服务，而作业面积也比常规的 RTK 大 4 倍。如需在更大范围作业，则可以运用同频多基站技术，这样就能采用同一频道在整个测区进行测量。

　　消除误差：天宝测量控制器软件可以实时图形显示所采集的测量数据，因此在离开测区前能检查遗漏点，从而减少返工的代价。

　　集中控制：天宝的测量控制软件，用同一用户界面可以控制各种不同的仪器。所有的测量数据被自动集成在控制器内。甚至可以通过交换存储卡而把几个作业组的数据组合起来，或者拿着 TSC1 手持控制器控制 GPS 和遥控全站仪，真正是一个人的测量系统。

2、技术参数
(1)标准特性:
　　镁铝合金封装
　　内置USB（通用串行总线）数据快速传输
　　单一按键执行缺省测量模式，文件删除以及PC卡格式化
　　RTCM V2. 输入、输出
　　CMRII、CMR+ 输入、输出
　　10HZ NMEA-0183 输出
　　内置Flash PC卡存储器
　　RTK/OTF（on the fly）

(2)先进特性:
　　先进的Maxwell 4技术
　　高精度的多重相关L1/L2伪距测量
　　无滤波、无平滑的伪距测量数据用于低噪音、低多路径、
　　低时域相关和高动态测量
　　低噪音的L1/L2载波观测值在1HZ带宽内优于1mm的精度
　　Trimble 低仰角信号跟踪技术
　　支持GSM和CDPD调制方式用于eRTK和VRS
　　双事件标识（even makers）输入
　　技术指标：
　　物理指标
　　　　尺寸：11.9cmW×6.6cmH×20.8cmL
　　　　重量：1.4kg 接收机（含内置电台，内置充电器）
　　　　4kg RTK移动站（全部）
　　　　电气指标(CE Mark、 FCC认证)
　　　　接收机电源：10.5 — 28V 直流，带过电保护功能。
　　　　功耗： 2.5W 静态
　　　　3.5W 动态
　　　　电池：＞8小时，RTK操作（内置电台，TSC1手簿）
　　环境
　　　　工作温度：-40℃— +65℃
　　　　存储温度：-40℃— +80℃
　　　　湿度： 100％全密封，防水，可漂浮。MIL-STD-810F，FIG.514.5C-17任证 IPX7级
　　　　防震： 2m下落

(3)性能指标:
　　静态（后处理）
　　　　模式：静态，快速静态
　　　　精度：水平：3mm＋0.5ppm, 垂直：5mm＋1ppm
　　　　角度：1弧秒＋5/基线长度
　　动态（后处理）
　　　　模式：连续，走走停停
　　　　精度：水平：1cm＋1ppm, 垂直：2cm＋1ppm

　　测量时间：
　　　　连续：1秒
　　　　走停：2秒
　　　　最快采样率：20Hz

　　RTK, RTD测量
　　　　模式：RTK，RTD
　　　　RTD精度：0.2m＋1ppm
　　　　eRTK精度：（最大距离30公里）

模式延迟精度
水平：1Hz 0.4S 1cm＋1ppm
20Hz 0.02S 1cm＋1ppm
垂直：1Hz 0.4S 2cm＋1ppm
20Hz 0.02S 2cm＋2ppm

　　初始化
　　　　模式：自动动态初始化（OTF），静态初始化
　　　　可信度：≥99.9％
　　　　时间：＜1分钟（典型）
　　　　10秒+0.5/基线长
　　　　WAAS差分位置改正精度<5mRMS

(4)一般性能:
　　通道： 24通道（Total Station）
　　跟踪信号：GPS L1 C/A码，L1/L2全波位
　　数据记录：1、接收机中Flash PC卡
　　2、TSC1手簿中
　　3、TSC1手簿选件PC卡中
　　数据存储：接收机2500小时（L1/L2，6颗星，15秒采样间隔）
　　TSC1 60小时（典型）
　　数据输入、输出：RTCM SC104 2.20
　　NMEA0183 2.20
　　1PPS输出
　　显示，按键： 5个LED指示灯，1个功能按键

(5)天线指标:
　　天线类型：L1/L2零相位微对中天线
　　体积： 15.2cm D×5.7cm H
　　重量： 0.45kg
　　包装：防水、密封，高技术材料外壳机械强度高
　　使用温度：-40℃— +70℃
　　存储温度：-55℃— +80℃
　　湿度： 100%防水，无冷凝
　　符合MIL-810-F F igure514 5c-17抗震标准
　　2米高抗摔落
　　内置低噪音放大器
　　50dB天线增益
　　Trimble Stealth平面地网天线减少多路径干扰
　　4-馈点天线相位中心优于1mm

监测方法：

一、GPS基本定位原理

　　利用GPS进行定位的基本原理，是以GPS卫星和用户接收机天线之间距离(或距离差)的观测量为基础，并根据已知的卫星瞬间坐标来确定用户接收机所对应的点位，即待定点的三维坐标(x，y，z)。GPS定位的关键是测定用户接收机天线至GPS卫星之间的距离。

1.伪距的概念及伪距测量

　　GPS卫星能够按照星载时钟发射结构为‘伪随机噪声码的信号，称为测距码信号(即粗码C／A码或精码P码)。该信号从卫星发射经时间t后，到达接收机天线；卫星至接收机的空间几何距离ρ=C t。

　　实际上，由于传播时间t中包含有卫星时钟与接收机时钟不同步的误差，测距码在大气中传播的延迟误差等等，因此求得的距离值并非真正的站星几何距离，习惯上称之为“伪距”，用ρ表示，与之相对应的定位方法称为伪距法定位。

　　为了测定上述测距码的时间延迟，即GPS卫星信号的传播时间，需要在用户接收机内复制测距码信号，并通过接收机内的可调延时器进行相移，使得复制的码信号与接收到的相应码信号达到最大相关，即使之相应的码元对齐。为此，所调整的相移量便是卫星发射的测距码信号到达接收机天线的传播时间，即时间延迟。

　　假设在某一标准时刻Ta卫星发出—个信号，该瞬间卫星钟的时刻为ta，该信号在标准时刻Tb到达接收机，此时相应接收机时钟的读数为tb；于是伪距测量测得的时间延迟，即为tb与ta之差

　　由于卫星钟和接收机时钟与标准时间存在着误差，设信号发射和接收时刻的卫星和接收机钟差改正数分别为Va和Vb

　　(Tb-Ta)+（Vb-Va）即为测距码从卫星到接收机的实际传播时间△T。由上述分析可知，在△T中已对钟差进行了改正；但由△TC所计算出的距离中，仍包含有测距码在大气中传播的延迟误差，必须加以改正。设定位测量时，大气中电离层折射改正数为δρI ，对流层折射改正数为δρT，则所求GPS卫星至接收机的真正空间几何距离ρ应为：

　　伪距测量的精度与测量信号(测距码)的波长及其与接收机复制码的对齐精度有关。目前，接收机的复制码精度一般取1／100，而公开的C／A码码元宽度(即波长)为293m，故上述伪距测量的精度最高仅能达到3m(2931／100≈3m)，难以满足高精度测量定位工作的要求,而用C/A码测距时，通常采用窄相关技术，测距精度可达码元宽度1/1000左右，由于美国于1994年1月31日实施了AS技术，将P码和保密的W码进行模二相加以形成保密的Y码，使得民用用户只能用精度较低的C/A码进行测距，利用Z跟踪技术可对精度较高的P码进行相关处理，与C/A码相结合，可在一定程度上提高测距精度。

　　实际上，在伪距测量观测方程中，由于卫星上配有高精度的原于钟，且信号发射瞬间的卫星钟差改正数Va可由导航电文中给出的有关时间信息求得。但用户接收机中仅配备一般的石英钟，在接收信号的瞬间，接收机的钟差改正数不可能预先精确求得。因此，在伪距法定位中，把接收机钟差Vb作为未知数，与待定点坐标在数据处理时一并求解。由此可见，在实际单点定位工作中，在一个观测站上为了实时求解四个未知数x、y、z和Vb，便至少需要四个同步伪距观测值ρi 。也就是说，至少必须同时观测四颗卫星。伪距法的数学模型为：

2.载波相位测量

（1）原理

　　利用GPS卫星发射的载波为测距信号。由于载波的波长（λL1＝19.03cm，λL2＝24.42cm）比测距码波长要短得多，因此对载波进行相位测量，就可能得到较高的测量定位精度。

　　假设卫星S在to时刻发出一载波信号，其相位为φ(S)；此时若接收机产生—个频率和初相位与卫星载波信号完全—致的基准信号，在to瞬间的相位为φ(R)。假设这两个相位之间相差N个整周信号和不足一周的相位Fr(ψ)，则相位差：

φ(R)-φ(S)= Fr(ψ)+N

　　载波信号是一个单纯的余弦波。在载波相位测量中，接收机无法判定所量测信号的整周数，但可精确测定其零数Fr(ψ)，并且当接收机对空中飞行的卫星作连续观测时，接收机借助于内含多普勒频移计数器，可累计得到载波信号的整周变化数Int(ψ)。因此，ψ=Int(ψ)+Fr(ψ)才是载波相位测量的真正观测值。而No称为整周模糊度，它是一个未知数，但只要观测是连续的，则各次观测的完整测量值中应含有相同的，也就是说，完整的载波相位观测值应为：

　　在to时刻首次观测值中Int(ψ)＝0，不足整周的零数为Fr(ψ)，N0是未知数；在t1时刻N0值不变，接收机实际观测值ψ由信号整周变化数Inti(ψ)和其零数Fri(ψ)组成。

　　与伪距测量一样，考虑到卫星和接收机的钟差改正数Va、Vb以及电离层折射改正和对流层折射改正δρI ?,δρT的影响，可得到载波相位测量的波长。代入得：

　　两式比较可看出，载波相位测量观测方程中，除增加了整周末知数N0外，与伪距测量的观测方程在形式上完全相同。

（2）周跳与整周未知数

1）周跳

　　如果由于某种原因在两个观测历元之间的某一段时间工作计数器中止了正常的累积工作，从而使整周计数较应有值少了n周，那么当计数器恢复正常工作后，所有的载波相位观测值中的整周计数Int(ψ)便都会含有同一偏差值——较正常值少n周。这种整周计数Int(ψ)出现系统偏差而不足一周的部分Fr(ψ)仍然保持正确的现象称为整周跳变，简称周跳。

周跳的探测与修复

　　卫星在空间的运行轨迹是一条平滑的曲线，因而卫星至接收机的载波相位观测值的变化也应是平缓而有规律的。周跳破坏这种规律性，使观测值产生一种系统性的误差。周跳的探测及修复从本质上讲就是如何从载波相位观测值的时间序列中寻找可能存在的这种系统性的粗差并加以改正。探测、修复周跳的方法很多，较为常用的有高次差法、多项式拟合法、利用双频P码伪距观测值等方法。

　　高次差法：在相邻观测值之间依次求差，一般取三次差，若无周跳，所得结果应在同一量级，否则，会有较大差异。该法虽较为直观，易于理解但不太适合在计算机上运算。

　　多项式拟合法：从本质上讲与高次差是一致的，其算法适合于计算机运算，被广泛采用。其作法是将n个无周跳的载波相位观测值代

入下式，进行拟合：

　　用最小二乘法求得式中的系数

，并根据拟合后的残差

计算出中误差：

　　用求得的多项式系数外推下一历元的载波相位观测值并与实际观测值进行比较，当两者之差小于3

时，认为无周跳。但不足整周部分要保持不变。用双频P码伪距观测值来探测、修复周跳：根据任一历元的双频P码伪距观测值P1，P2及载波相位观测值

，即可求得宽巷观测值的整周未知数N，若相邻两历元所得整周未知数之差小于4

，则认为不存在周跳。

　　采用该方法时无需提供卫星轨道、测站坐标等信息，也不需要在测站和卫星间求差，适用于任意长度的基线。与此同时，还可完成粗差的探测和剔除工作，是一种较为理想的方法。该方法在自动化数据编辑中得到了广泛应用。

（3）整周未知数

　　整周未知数的确定是载波相位测量中特有的问题，也是进一步提高GPS定位精度、提高作业速度的关键所在。目前，确定整周未知数的方法主要有三种：伪距法、No作为未知数参与平差法和三差法。伪距法就是在进行载波相位测量的同时，再进行伪距测量；由两种方法的观测方程可知，将未经过大气改正和钟差改正的伪距观测值减去载波相位实际观测值与波长的乘积，便可求出整周未知数No，No作为未知数参与平差，就是将No作为未知参数，在测后数据处理和平差时与测站坐标一并求解；根据对No的处理方式不同，可分为“整数解”和“实数解”。三差法就是从观测方程中消去No的方法，又称多普勒法，因为对于同一颗卫星来说，每个连续跟踪的观测中，均含有相同的整周求知数，因而将不同观测历元的观测方程相减，即可消去整周末知数No，从而直接解算出坐标参数。

3.相对定位

　　相对定位是目前GPS测量中精度最高的一种定位方法，它广泛用于高精度测量工作中。由于GPS测量结果中不可避免地存在着种种误差；但这些误差对观测量的影响具有一定的相关性，所以利用这些观测量的不同线性组合进行相对定位，便可能有效地消除或减弱上述误差的影响，提高GPS定位的精度，同时消除了相关的多余参数，也大大方便了GPS的整体平差工作。如果用平均误差量与两点间的长度相比的相对精度来衡量，GPS相位相对定位的方法的相对定位精度一般可以达10-6（1ppm），最高可接近10-9（1ppb）。

　　静态相对定位的最基本情况是用两台GPS接收机分别安置在基线的两端，固定不动；同步观测相同的GPS卫星，以确定基线端点在WGS—84坐标系中的相对位置或基线向量，由于在测量过程中，通过重复观测取得了充分的多余观测数据，从而改善了GPS定位的精度。

4.单点定位

　　SPP（Single Point Positioning），其优点是只需用一台接收机即可独立确定待求点的绝对坐标；且观测方便，速度快，数据处理也较简单。主要缺点是精度较低，一般来说，只能达到米级的定位精度，目前的手持GPS接收机大多采用的该技术。

5.精密单点定位

　　PPP(Precise Point Positioning),利用载波相位观测值以及由IGS等组织提供的高精度的卫星钟差来进行高精度单点定位的方法。目前，根据一天的观测值所求得的点位平面位置精度可达2-3cm,高程精度可达3～4cm,实时定位的精度可达分米级。但该定位方式所需顾及方面较多，如精密星历、天线相位中心偏差改正、地球固体潮改正、海潮负荷改正、引力延迟改正、天体轨道摄动改正等，所以精密单点定位目前还处于研究、发展阶段，有些问题还有待深入研究解决。由于该定位方式只需一台GPS接收机，作业方式简便自由，所以PPP已成为当前GPS领域一个研究热点。

二、GPS全球卫星定位技术在摄影测量中的用途

　　GPS全球卫星定位技术是有广泛用途的高新技术，它在摄影测量领域的引用，促进了摄影测量的发展。我们知道，摄影测量中有一项必要的工序——空中三角测量，其目的是为测图加密控制点。加密需要一定数量的航测外业控制点，而航测外业控制测量通常是艰苦的，有时是困难的，因此如何减少外业的工作量成为一个重要的研究课题。引用GPS技术为解决这一课题开辟了广阔的前景。我们知道，GPS可以用于动态定位，所以可以利用设在地面已知点上和飞机上的GPS接收机来测定航线中摄站相对于该地面已知点的三维坐标，即用来确定摄点的位置。摄站的位置坐标实际上类似外业控制点坐标。利用摄站位置坐标数据可以进行空中三角测量的区域平差（即控制点加密），从而节省或免去外业控制点。原则上讲，在理想的条件下，GPS测量提供的摄站坐标完全可以取代地面控制点，特别是在飞机上利用三个GPS天线进行差分干涉测量以确定飞机的飞行姿态参数，进而推算出摄影仪的六个定向参数，就使空中三角测量变得非常简单或者干脆不必进行了。