学文网摘要: 在电力工程建设初期，快速准确建立与国家坐标系统相一致的测区控制系统是电力工程测量的首要工作。为此，介绍一种全新的定位方式———全球定位系统( global positioning system，GPS) 精密单点定位方式，分析该方式的定位原理，与其他定位方式进行了技经比较，试验分析其可靠性，提出具体工程应用方法。
关键词: 全球定位系统(GPS);精密单点定位;相对定位;精度分析;
Abstract: In the early stage of electric power construction, establishing a fast and accurate control system in accordance with the national coordinate system is primary work of electric power engineering survey. Therefore, this paper introduces a new positioning method -- global positioning system (global positioning system, GPS) precise point positioning method, positioning analysis of the rationale of this approach, the technical and economic comparison with other positioning methods, the reliability test, and puts forward concrete engineering application method.
Keywords: Global Positioning System (GPS); precise point positioning; relative positioning; precision analysis;
中***分类号：P228.4文献标识码：A文章编号：
1 精密单点定位原理
利用国际GNSS 服务组织( international GNSSservice，IGS) 提供的或计算的GPS 卫星精密星历和精密钟差，用户利用单台GPS 双频双码接收机的观测数据，在数千km2 乃至全球范围内的任意位置实现实时的或事后的高精度定位，这一定位方法称为精密单点定位。这一概念最初是由美国喷气推进实验室( jet propulsion laboratory， JPL) 的Zumbeger 等人提出并在他们开发的数据处理软件GIPSY 上予以实现。在GPS 定位中，主要误差来源于轨道误差、卫星钟差和电离层延时等。采用双频接收机，可利用LC 相位组合，消除电离层延时的影响，定位误差只有轨道误差和卫星钟差2 类。再通过IGS 提供的精密星历和卫星钟差，利用观测得到的相位值精确计算出接收机位置和对流层延时等信息。在GPS 相对定位中，特别是在基线比较短的情况下，差分组合观测值可以消除大多数共同误差。而在精密单点定位中，必须顾及所有误差来源，如固体潮影响、海潮影响、天线相位中心改正、相对论改正、弯曲改正等都需用精确数学模型加以改正，从而获得精确的接收机位置。精密单点定位要达到cm 级定位精度需有以下2 个前提: ( 1) 卫星轨道精度需达到cm级水平; ( 2) 卫星钟差改正精度需达到亚ns 量级。目前IGS 提供的后处理精密星历精度已达到2 ～5 cm，精密卫星钟差精度已达到0. 1 ～ 0. 2 ns，从而保证精密单点解算可以获得cm 级定位精度。
2 精密单点定位精度
2. 1 数据观测
为了验证GPS 精密单点定位的可靠性，现用云南省测绘局获取的云南某地5 个GPS C 级/水准点，同时用标准北京54 和西安80 双套坐标，点号分别为M028、M040、M041、M045、M058，采用Trimble R8GNSS 双频接收机进行观测，每点观测1 个时段，时段长度选取6 h。
2. 2 数据处理
目前，国际上高精度单点定位软件主要有美国JPL 的GIPSY 软件、瑞士伯尔尼大学的BERNESE 软件、德国地学研究中心的EPOS 软件。国内经过数年对精密单点定位理论与方法的深入研究，成功研发了高精度精密单点定位数据处理软件Trip。采用Trip 1. 1 软件对5 个GPS C级/水准点的静态观测数据进行处理，主要处理步骤如下:
( 1) 数据预处理。根据观测点位置收集连续运行站数据，将观测点数据和连续运行站数据进行数据标准化，计算天线相位中心等。
( 2) 基线解算。由连续运行基准站求得待定点的先验坐标，通过气象模型进行标准气象改正，解算基线得到满足坐标约束条件的结果。
( 3) GPS 网平差。对全部基线进行统计检验，将连续运行基准站当作已知点进行三维约束平差，分析平差结果。
由精密单点定位直接获得的是ITRF 2000 框架下的坐标，而一般工程要求的却是北京54 或西安80坐标，因此需要进行坐标转换。由于ITRF 2000 坐标与WGS － 84 坐标差异不大，对大多数用户而言，当前的WGS － 84 和ITRF 2000 是基本相同的。因此可利用WGS － 84 坐标与北京54 或西安80 坐标的转换关系( 7 参数转换) 将精密单点定位软件解算的结果转换为所需坐标成果。
2. 3 精度分析
为了研究GPS 精密单点定位所能达到的精度，将计算结果与GPS C 级/水准点进行比较，结果如表1 所示，X、Y、H 分别为同一点位由精密单点定位和GPS C 级/水准点三维坐标( X、Y、H) 求差取绝对值而得，平面误差
由表1可知，精密单点定位结果与GPS C 级/水准点比较平面误差约小于5 cm; 高程误差约小于20 cm。虽然众多研究表明，精密单点定位可以达到cm 级精度，但这些研究大都处于理想情况。考虑到2 种坐标结果由不同GPS 网得到、野外实际观测条件受限以及坐标转换误差的存在，表1比较结果认为是符合事实的，可以将精密单点定位结果作为电力工程首级控制起算数据使用。
表1精密单点定位结果与GPS C 级/水准点比较
需要说明的是，应用精密单点定位获得的高程是椭球形高，而不是实际工作中使用的正常高。可以通过以下3 种方法获取高程: ( 1) 常规水准方法; ( 2) 根据多个平高控制点拟合测区水准面进行内插获得;
( 3) 如果测区有精密大地水准面模型，可通过精密单点定位获得的平面坐标内插模型方便获取测点高程。
3 工程应用
3. 1 电力工程测量特点
电力工程包括发电厂、变电站( 开关站、换流站)以及输电线路工程等，电力工程测量作为工程设计和建设的基础与电力工程可研、初设和施工阶段始终相随。随着现代化建设进程的加快，全国范围建设项目颇多，彼此之间存在相互交叉和联系，如何有效处理电力工程和其他工程的矛盾，是测量工作必须解决的问题。因此，在电力工程建设初期，快速、准确建立与国家坐标系统相一致的测区控制系统，是电力工程测量的首要工作。
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