陳綠爽

（揭陽市華維規(guī)劃勘測大隊，廣東 揭陽 522000）

引言

全球定位系統(tǒng) (簡稱GPS)是美國1973年12月開始研制用于軍事部門的新一代衛(wèi)星導航與定位系統(tǒng)。GPS是以衛(wèi)星為基礎的無線電衛(wèi)星導航系統(tǒng)，它具有全能性、全球性、全天候、連續(xù)性和實時性的精密導航與定位功能，而且具有良好的抗干擾性和保密性。因此，GPS技術率先在大地測量、工程測量、航空攝影測量、海洋測量、城市測量等測繪領域得到了應用，并在軍事、交通、通信、資源、管理等領域展開了研究并得到了廣泛應用。本文介紹GPS在市區(qū)工程測量中的應用，并提出幾點體會。

1 GPS的工作原理

1.1 GPS構成

GPS主要由工作衛(wèi)星、地面監(jiān)控系統(tǒng)及用戶設備三部分構成。1GPS空間衛(wèi)星由21顆工作衛(wèi)星和3顆在軌備用衛(wèi)星組成。24顆衛(wèi)星均勻分布在6個軌道平面內(nèi)，軌道平面的傾角為55°，衛(wèi)星的平面高度為20200km，運行周期為11h58min。衛(wèi)星用L波段的兩個無線電載波向廣大用戶連續(xù)不斷的發(fā)送導航定位信號，導航定位信號中含有衛(wèi)星的位置信息，使衛(wèi)星成為一個動態(tài)的已知點。在地球的任何地點、任何時刻，高度角15°以上的天空能同時觀測到4顆以上衛(wèi)星。GPS地面監(jiān)控站主要分布在全球的一個主控站、三個注入站和五個監(jiān)測站組成。主控站根據(jù)各監(jiān)測站對GPS衛(wèi)星的觀測數(shù)據(jù)，計算各衛(wèi)星的軌道參數(shù)、鐘差參數(shù)等，并將這些數(shù)據(jù)編制成導航電文，傳送到注入站，再由注入站將主控站發(fā)來的導航電文注入到相應衛(wèi)星的存儲器中。GPS用戶設備由GPS接收機、數(shù)據(jù)處理軟件及其終端設備（如計算機）等組成。GPS接收機可捕獲衛(wèi)星的信號，跟蹤并鎖定衛(wèi)星信號，并對信號進行交換、放大和處理，再通過計算機和相應軟件，以基線解算、網(wǎng)平差，求出GPS接收機天線中收的三維坐標、速度和時間。

1.2 GPS定位原理

GPS系統(tǒng)是一種采用距離交會法的衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)。在需要的位置點架設GPS接收機，在某一時刻同時接收了3顆以上的GPS衛(wèi)星所發(fā)出的導航電文，通過一系列數(shù)據(jù)處理和計算可求得該時刻GPS接收機至GPS衛(wèi)星的距離，同樣通過接收衛(wèi)星星歷可獲得該時刻這些衛(wèi)星在空間的三維坐標位置。從而用距離交會的方法求得該點的三維坐標。

在GPS測量中通常采用兩類坐標系統(tǒng)，一類是在空間固定的坐標系統(tǒng)，另一類是與地球體相固聯(lián)的坐標系統(tǒng)，稱地固坐標系統(tǒng)，我們在工程測量中常用地固坐標系統(tǒng)。

1.3 GPS測量的特點

相對于常規(guī)測量來說，GPS測量主要有以下特點:①測量精度高。GPS觀測的精度明顯高于一般常規(guī)測量，在小于50km的基線上，其相對定位精度可達1×10-8。②測站間無需通視。GPS測量不需要測站間相互能視，可根據(jù)實際需要確定點位，使得選點工作更加靈活方便。③觀測時間短。隨著GPS測量技術的不斷完善，軟件的不斷更新，在進行GPS測量時，靜態(tài)定位每站僅需20min左右，動態(tài)相對定位僅需幾秒鐘。④儀器操作簡便。目前GPS接收機自動化程度越來越高，操作智能化，觀測人員只需對中、整平、量取天線高及開機后設定參數(shù)，接收機即可進行自動觀測和記錄。⑤全天候作業(yè)。GPS衛(wèi)星數(shù)目多，且分布均勻，可保證在任何時間、任何地點連續(xù)進行觀測，一般不受天氣狀況影響。⑥提供三維坐標。GPS測量可同時精確測定測站點的三維坐標，其高程精度已可滿足四等水準測量的要求。

2 GPS在工程測量的應用實例

2.1 工程概況

本工程為某市新開發(fā)區(qū)，該區(qū)位于市南側(cè)，占地面積約12Km2，開發(fā)區(qū)用地均為小山包及一些旱園，區(qū)內(nèi)未布設控制點，本次為加快開發(fā)區(qū)建設，計劃建設道路5km。道路呈丁字型分布，考慮到開發(fā)區(qū)樹木茂盛、地形復雜、通視困難，行走不便，該工程復雜工期較緊，通視困難決定采用GPS測量。

2.2 GPS測量的技術設計

設計依據(jù) GPS測量的技術設計主要依據(jù)1999年建設部發(fā)布的行業(yè)標準《城市測量規(guī)范》、GB/T19314-2001標準《全球定位系統(tǒng)城市測量技術規(guī)程》及工程測量合同有關要求制定的。設計精度根據(jù)工程需要和測區(qū)情況，選擇城市或工程二級GPS網(wǎng)作為測區(qū)首級控制網(wǎng)。要求平均邊長小于1km，最弱邊相對中誤差小于1/10000，GPS接收機標稱精度的固定誤差a≤15mm，比例誤差系數(shù)b≤20×10-6。

設計基準和網(wǎng)形如下圖所示，控制網(wǎng)共7個點，其中聯(lián)測已知平面控制點3個,采用3臺GPS接收機觀測，網(wǎng)形布設成邊連式，利用靜態(tài)觀測，求出測區(qū)內(nèi)待定點3個，作為本工程的首級點，在工程規(guī)劃、設計、施工階段，利用本次求出的首級點，用動態(tài)觀測，對本工程進行測設。

觀測計劃 根據(jù)GPS衛(wèi)星的可見預報圖和幾何圖形強度（空間位置因子PDOP），選擇最佳觀測時段（衛(wèi)星多于4顆，且分布均勻，PDOP值小于6），并編排作業(yè)調(diào)度表。

2.3 GPS測量的外業(yè)實施

選點。GPS測量測站點之間不要求一定通視，圖形結(jié)構也比較靈活，因此，點位選擇比較方便。但考慮GPS測量的特殊性，并顧及后續(xù)測量，選點時應著重考慮:①每點最好與某一點通視，以便后續(xù)測量工作的使用；②點周圍高度為15°以上不要有障礙物，以免信號被遮擋或吸收；③點位要遠離大功率無線電發(fā)射源、高壓電線等，以免電磁場對信號的干擾；④點位應選在視野開闊、交通方便、有利擴展、易于保存的地方，以便觀測和日后使用；⑤選項點結(jié)束后，按要求埋設標石，并填寫點之記。

觀測。根據(jù)GPS作業(yè)調(diào)度表的安排進行觀測，采用靜態(tài)相對定位，衛(wèi)星高度角15°，時段長度45min，采樣間隔10s。在3個點上同時安置3臺接收機天線（對中、整平、定向），量取天線高，測量氣象數(shù)據(jù)，開機觀察，當各項指標達到要求時，按接收機的提示輸入相關數(shù)據(jù)，則接收機自動記錄，觀測者填寫測量手簿。

2.4 GPS測量的數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)處理

GPS網(wǎng)數(shù)據(jù)處理分為基線解算和網(wǎng)平差兩個階段，采用隨機軟件完成。經(jīng)基線解算、質(zhì)量檢核、外業(yè)重測和網(wǎng)平差后，得到GPS控制點的三維坐標（見表1），其各項精度指標符合技術設計要求。

表1 GPS測量成導表

3 結(jié)束語

通過GPS在測量中的應用，得到如下體會。

GPS控制網(wǎng)選點靈活，布網(wǎng)方便，基本不受通視、網(wǎng)形的限制，特別是在地形復雜、通視困難的測區(qū)，更顯其優(yōu)越性。但由于測區(qū)條件較差，邊長較短（平均邊長不到300m），基線相對精度較低，個別邊長相對精度大于1/10000。因此，當精度要求較高時，應避免短邊，無法避免時，要謹慎觀測。

GPS接收機觀測基本實現(xiàn)了自動化、智能化，且觀測時間在不斷減少，大大降低了作業(yè)的強度，觀測質(zhì)量主要受觀測時衛(wèi)星的空間分布和衛(wèi)星信號的質(zhì)量影響。但由于各別點的選定受地形條件限制，造成樹木遮擋，影響對衛(wèi)星的觀測及信號的質(zhì)量，經(jīng)重測后通過。因此，應嚴格按有關要求選點，擇最佳時段觀測，并注意手機、步話機等設備的使用。

GPS測量的數(shù)據(jù)傳輸和處理采用隨機軟件完成，只要保證接收衛(wèi)星信號的質(zhì)量和已知數(shù)據(jù)的數(shù)量、精度，即可方便地求出符合精度的控制點三維坐標。

[1]《測量學》

[2]《GPS衛(wèi)星測量原理與應用》