GPS基站与地理因素Word文件下载.doc

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尤其是在各种类型的测量控制网的建立方面，GPS定位技术已基本取代常规测量手段，成为主要的测量技术手段。

目前我国采用GPS技术布设了新的国家大地测量控制网，很多城市也都采用GPS技术建立了城市控制网。

GPS-RTK技术与常规仪器相比，明显地提高了作业效率和作业精度。

但在GPS应用方面，测量人员的测量操作受到许多地理因素的影响，地理因素影响最大的就是测量基站位置的选择；

如果不能很好的认识和处理这些地理因素，就不能选择一个好的基站位置和测量模式，在实际测量过程中就会浪费不必要的时间和精力。

为了更好的完成GPS测量任务，有必要对与基站选择有关的地理因素详细认识了解清楚！

并总结出选择方法！

2、GPS基站与地理因素

GPS基站的正确架设需要考虑很多的因素，这些因素是影响GPS精度高低的重要来源，GPS卫星信号从高空向地面发射,若接收机天线周围有高大建筑物或水面时,建筑物和水面对电磁波具有强反射作用,天线接收的信号不但有直接从卫星发射的信号（直接波）,还有从反射体反射的电磁波信号（反射波）,这两种信号产生干涉,从而使观测值偏离真实值,GPS定位产生误差,该误差称为多路径效应。

多路径效应误差会严重影响GPS测量的精度,甚至还会引起信号的失锁；

测量人员为了提高GPS测量精度和减少架设基站次数节省时间提高效率，就有充分对这些因素认识和了解，在实际运用时便能够为实现高精度高效率的目标提供稳定可靠的前提条件！

下面就各种因素具体详细分析各自对GPS基站信号接收的影响。

2.1、地物因素

各种地形对卫星信号的影响作用原理不同，需要对其影响原理和大小有清楚认识了解。

影响比较大的地形因素主要有：

高大山体和建筑物、大型水面、人为电辐射干扰物等，影响作用一般表现为阻挡、吸收、反射、干扰等，在GPS测量操作中首要考虑因素便是地形因素。

2.1.1、高大山体和建筑物

首先测量员在山区进行GPS测量时，高大山体是最常见的地物，基站选择的时候对于山体位置、大小、高低都要进行详细的研究和考虑，做出正确的基站位置选择。

山区多高大的群山，群山间的平坦开阔地是大部分人聚居场所，也是有许多测量工作的区域，测量工作得在两山之间进行；

山的高度就决定了GPS信号的强弱，GPS接收机接收信号的时候只能够接受到一定高度角的卫星信号，对于地球上的某个地点，卫星高度角是指卫星与地面点连线方向和地平面之间的夹角,专业上讲卫星高度角是指某地卫星地面点连线与该地作垂直于地球半径的地表切线的夹角，山峰越高，能够收到信号的卫星的高度角越大，于是能够进行长时间锁定的卫星也就越少，因为卫星在不断地运动过程中，GPS卫星在距地表20200km处，周期12恒星时（恒星时是天文学和大地测量学标示的天球子午圈值，是一种时间系统，以地球真正自转为基础：

即从某一恒星升起开始到这一恒星再次升起为23时56分4秒。

考虑地球自转不均匀的影响的为真恒星时，否则为平恒星时），其运行速度很快，在峡谷地形，很快会离开接收机能够接受信号天空区域，地面高山峡谷里的接收机也许只能在很短的时间里收到其信号；

对于很高的山体峡谷中的接受机来说能够锁定4颗及4颗以上卫星的时间很短，进而进行定位解算的时间也就不够，不能解算出高精度的坐标信息；

有的时候只能搜索并锁定4颗以及更少的卫星，这个时候进行坐标精确解算的观测量不够，定位精度将会更低，考虑到卫星的时钟与接收机时钟之间的误差，实际上有4个未知数，X、Y、Z和钟差，因而需要引入第4颗卫星，形成4个方程式进行求解，从而得到观测点的经纬度和高程!

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H%R0y，所以在实际的大型工程中这时的数据便没有了运用价值。

山区的地形多曲折，能够收到卫星信号的情况下还要考虑山体对UHF（超高频UHF-UltraHighFrequency）电台信号的阻挡作用，移动站与基站之间通过UHF电台接受和发送差分信号，进行实时差分。

山体峡谷地形曲折，高山之间相互阻挡，会降低差分信号的强度，甚至移动站根本接受不到UHF电台的信号，这个时候就不得不进行基站的搬动并联测上一基站的两个及两个以上的点位！

在山区地形搬站是个很麻烦的事情，如果开始的时候基站没有选择好，搬站的次数多了，就会浪费很多的时间，降低工作效率。

于是山区地形GPS测量仅考虑地形因素的时候，需要综合分析山体的高度、位置、大小、曲折情况和测区的相对位置关系，选择合适的地点架设基站，以减小定位位差并提高效率。

综合上述的分析，在山区测量时，应将基站架设在山区中地势开阔的区域、山顶上空旷处（如果能够很短时间到达山顶）、半山腰地势开阔处（一面背靠大山，山腰所面对的其他三个方向没有大山阻挡），尽量避开高大山体的阻挡，事实上测站不宜选择在山坡上。

由于无论测站选在山坡的任何地方,都会产生多路径效应的影响，同样测站也不宜设在山谷或盆地中。

另外,当山坡的坡度过大时,在截止高度角以上就会出现障碍物,影响卫星信号的接收，架设基站的同时考虑测区内移动站的最远位置是否能够收到UHF电台的信号，避免不必要的迁站浪费时间。

其次在城市区域，基站架设面临许多人为高大建筑物的干扰问题，其对卫星信号影响原理基本同上述山区高大山体部分内容。

但是城市区域的建筑物毕竟没有山区的高山高，所以架设基站的时候尽量选择高大建筑物的顶层空旷平台上是个最佳的选择，也不存在仪器难以运输的问题，城市便利的运输条件为基站的搬站和架设提供的快捷的渠道。

2.1.2、大型水面

GPS在水利工程方面的运用也很广泛，特别是大型河流的桥梁架设、电站修建、库区维护以及其变形监测等等，常用在水利设施控制网的建立和碎部点位的测量记录。

水利设施附近有着大片的汇水区域，测区范围也在汇水区域的周围，GPS测量工作时基站与汇水区域的距离直接影响到测量精度的高低。

水面对电磁波有强烈的反射作用，可以充分利用反射波能量的衰减原理,有效地减少反射波的干涉。

由于电磁波在大气中传播会衰减,衰减公式为:

I=I0e-Dα

式中:

I0———入射能量;

I———反射到天线的能量;

D———光程;

α———衰减系数。

图-1镜面反射

当取α=0.23时,相距10m时,信号衰减到1/10;

相距100m时,信号衰减到1×

10-10。

所以,为减少多路径效应影响,在安置天线时,应尽量避开或远离强反射物,如水面、平坦光滑地面和平整的建筑物。

水面几乎100％的反射微波信号，对于平静的水面属于镜面反射（如图-1），经过反射到达接收机的卫星信号与直接到达接收机的信号重叠干涉，改变信号的强弱（电磁波振幅大小）程度，接收机在进行坐标解算时使得观测值偏离真实值；

另外在大型水面周围架设基站时，高频电磁波波长小，在现实中障碍物的尺寸一般都比较大，不容易发生衍射而穿过，于是UHF电台发射的高频差分信号也会在水面有很强的反射，在大型水面周围进行测量和放样作业时，移动接收机接收到得信号也会出现干涉的多路径效应误差影响。

这就要求在选点时应尽可能地远离大面积水域，当无法远离时，由于灌木丛、草地和其他地面植被应能较好地吸收微波信号的能量，反射很弱，因此在相同情况，可根据地表植被来判断选点位置，来减弱多路径效应影响。

在这个时候还要考虑一个因素，植被在不同的时间段对电磁波的吸收作用也是不同的，下一小节讲会说明。

2.1.3、人为电辐射干扰物

GPS测量工程区域能够遇到的常见人为电辐射干扰物主要有：

雷达、电视电话信号发射塔、高压输电线线、大功率电器等等，这些地物本身在不断地发射很强的电磁波信号，雷达、高压电线、微波中继站等,这些强辐射源不仅自身会导致反射波产生多路径效应,而且它们所辐射的强电磁波,会很容易烧坏灵敏度极高的GPS天线单元。

人为电辐射干扰物常常对GPS卫星信号进行电磁波干扰，电磁干扰（EMI）是干扰电磁信号并降低信号完好性的电子噪音，电磁干扰（ElectromagneticInterference简称EMI），是指电磁波与电子组件作用后而产生的干扰现象，有传导干扰和辐射干扰两种。

对于GPS卫星的电磁干扰主要是辐射干扰，辐射干扰是指干扰源通过空间把其信号耦合（干扰）到另一个电网络，在高速PCB（印刷电路板）及系统设计中，高频信号线、集成电路的引脚、各类接插件等都可能成为具有天线特性的辐射干扰源，能发射电磁波并影响其它系统或本系统内其它子系统的正常工作，辐射干扰传输是通过介质以电磁波的形式传播，干扰能量按电磁场的规律向周围空间发射。

常见的辐射耦合由三种：

1.甲天线发射的电磁波被乙天线意外接受，称为天线对天线耦合；

2.空间电磁场经导线感应而耦合，称为场对线的耦合；

3.两根平行导线之间的高频信号感应，称为线对线的感应耦合。

在实际工程中，两个设备之间发生干扰通常包含着许多种途径的耦合。

正因为多种途径的耦合同时存在，反复交叉耦合，共同产生干扰，才使电磁干扰变得难以控制影响GPS接收机的精度。

“干扰”指设备受到干扰后性能降低以及对设备产生干扰的干扰源这二层意思。

第一层意思如雷电使收音机产生杂音,摩托车在附近行驶后电视画面出现雪花,拿起电话后听到无线电声音等。

任何一个电磁干扰的发生必须具备三个基本条件：

首先应该具有干扰源；

其次有传播干扰能量的途径和通道；

第三还必须有被干扰对象的响应。

为了减少电磁干扰带来的误差，在测量区域基站的架设位置需要远离能够发射强电磁波的设备。

2.1.4、植被

植被是含有大量的水分的生物，在实际测量区域，基站周围或者移动站周围有大量高大的植物存在，将会严重降低测量定位的精度，影响差分信号的发射和接受，造成信号的不稳定和不连续性；

且在一天时间里，随着时间的不同太阳光照的入射角度变化，植被对GPS卫星信号和UHF电台信号的影响作用也不同。

测量人员有必要清楚认识其中的规律，在实际的测量作业时才能很好的处理基站架设问题。

GPS卫星信号在植物区域主要受到植物周围大气湿度的影响以及植物本身对电磁波信号的吸收作用，电磁波的空气折射率与空气密度和水汽密度（即水汽湿度）成正比，植物周围的大气湿度相对高于其他干土壤地区，于是高湿度区域对电磁波有很强的干扰作用。

当相对湿度相同时，温度越高，蒸汽压越大；

当温度相同时，相对湿度越大，蒸汽压就越大。

当大气温度增高时，气孔下腔蒸汽压的增加大于空气蒸汽压的增加，使叶内外的蒸汽压差加大，有利于水分从叶内逸出（如图-2），蒸腾加强，特别是中午的时候气温升高，在中午的时候气温相对于一天中式气温最高，对电磁波的干扰作用最高；

植物叶片水分的含量在一天中的变化随着温度的变化而变化，表现出来现状的就是蒸腾作用的强弱，影响蒸腾作用的因素主要有：

（1）外界条件，光照、空气相对湿度、温度、风；

（2）内部条件，气孔频度（数量、大小）、图-2叶片的吐水作用

细胞间隙面积（叶片内部面积大小）。

其中光照是影响蒸腾作用的最主要外界条件，它不仅可以提高大气的温度，同时也提高叶温，一般叶温比气温高2～10℃。

大气温度的升高