李震章 代洪君

（1、牡丹江市市政工程設(shè)計研究院有限責任公司，黑龍江 牡丹江 157000 2、黑龍江地理信息工程院，黑龍江 牡丹江 157000）

GPS全稱為全球定位系統(tǒng)（Global Position System），硬件是由環(huán)球通訊衛(wèi)星和接收裝置組成，基于衛(wèi)星的無線電導航定位系統(tǒng)，為用戶提供精密的三維坐標、導航與時間信息。隨著地球的數(shù)字化進程，微電子技術(shù)和GIS技術(shù)獲得重大進展，衛(wèi)星導航、定位的理論已趨成熟，同時各個領(lǐng)域都需要掌握對空間資料的處理和利用的基本技術(shù)，GPS將作為通用設(shè)備越來越多地應用于科研和民用領(lǐng)域。

1 GPS系統(tǒng)由3部分組成：

1.1 空間部分：主動式工作衛(wèi)星：26顆衛(wèi)星分布6個橢圓軌道上，長半軸26600km，高度20200km，時間基準10-12?/FONT>10-13秒。

1.2 控制部分：軌道預報（監(jiān)測和控制衛(wèi)星系統(tǒng)），確定系統(tǒng)時間，預報衛(wèi)星星歷、衛(wèi)星鐘狀態(tài)，更新衛(wèi)星導航電文。

1.3 用戶部分：不同類型的接收機（由帶前置放大器的天線、信號識別和處理的射頻倉、微處理器、精密振蕩器、電源、顯示屏、內(nèi)存和數(shù)據(jù)存儲器組成）。

2 觀測原理和信號結(jié)構(gòu)：

2.1 基本觀測量：衛(wèi)星發(fā)射天線和接收機天線間信號傳播時間。

2.2 偽距測量由時間系統(tǒng)同步誤差參數(shù)決定。

2.3 軌道確定和描述保證衛(wèi)星精確定位。

3 GPS系統(tǒng)的應用

3.1 在科學研究方面，利用GPS的觀測精度（毫米級）和時空分辨率監(jiān)測地球的動態(tài)變化，從而剖析地球內(nèi)部和地殼、大氣層、海洋等的變化情況；同時利用衛(wèi)星軌道的測定和影響參數(shù)的分析可對地球引力系數(shù)，自轉(zhuǎn)、潮汐、大氣、電離層等參數(shù)進行研究。GPS系統(tǒng)的廣泛應用大大推進了地球科學及地震、氣象、海洋等各相關(guān)科學的發(fā)展。

目前中國首期地殼運動觀測GPS網(wǎng)絡(luò)工程已經(jīng)完成。國家地震局、總參測繪局和科學院等部門聯(lián)合在全國各地建立了25個連續(xù)觀測基準站、56個定期復測基準站和1000多個不定期復測站，通過對大地板塊進行以毫米/年為單位的長期測量，分析地殼運動規(guī)律，從而開展地震預報、大地測量和國防等方面的研究工作。

3.2 在政府管理和民用領(lǐng)域，GPS的導航和動態(tài)定位測量等功能得到廣泛應用。如在針對各類災害的預防和快速反應上，如地震、森林火災、水災等，可以快速確定發(fā)災地點、受災范圍和災情的發(fā)展趨勢。在交通、環(huán)保、城市規(guī)劃、水利和旅游等方面GPS獲得了廣泛的運用。

4 GPS測量的優(yōu)點

4.1 采用GPS技術(shù)測設(shè)方格網(wǎng)，比常規(guī)方法適應性更強

網(wǎng)形構(gòu)造簡單，點的疏密和邊的長短可靈活選取，即使離已知控制點較遠也可以連接，并進行控制網(wǎng)的定位和定向。另外，它解決了點位之間無法通視的困難，選點靈活，不需要高標，同時還可以保證外業(yè)施測不受天氣影響。測設(shè)大型(長邊)方格網(wǎng)和通視條件特別困難時，尤其能夠顯示其優(yōu)越性。盡管GPS本身在進行測量時不受到通視條件的限制，但是，工程測量一般為小范圍測量并受到工程成本的限制。因此，在實際的工程測量中，仍然要考慮使用全站儀、經(jīng)緯儀、水準儀等常用且投入較少的儀器。這些常用的儀器一般都需要點與點之間相互通視，特別是在布設(shè)控制網(wǎng)時，點與點不能通視將會給測量工作帶來較多的麻煩和困難。特別是大型橋梁控制網(wǎng)中，如果點與點不通視，勢必影響網(wǎng)的強度和精度，進而影響到橋梁本身的精度。因此，在工程測量中布設(shè)GPS控制網(wǎng)時，必要時應當盡量使較多的點互相通視。

4.2 GPS方格網(wǎng)點位精度高、誤差分布均勻，不但能夠滿足規(guī)范要求，而且具有較大的精度儲備。

4.3 采用點位中誤差作為方格網(wǎng)測量精度指標是可行的，它比用相對中誤差表示精度指標更為合理。

4.4 采用GPS方法布設(shè)大地控制網(wǎng)，因其圖形強度系數(shù)高，能夠有效地提高點位趨近速度。網(wǎng)形優(yōu)化比較方便。

4.5 采用GPS-RTK測設(shè)建筑方格網(wǎng)與常規(guī)測量法相比，效率可提高一倍以上，并能大幅度降低作業(yè)人員的勞動強度。一個參考站可有多臺流動站作業(yè)，流動站不需基準站指揮，單人即可獨立作業(yè)。

5 GPS技術(shù)的不足

5.1 GPS系統(tǒng)精確定位的關(guān)鍵就在于對衛(wèi)星和接收機之間距離的準確計算，按照固定模式：距離=速度×時間，時間確定之后，速度按電磁波的傳播速度定。眾所周知電磁波在真空中的傳播速度很快，但大氣層不是真空狀態(tài)，信號要受到電離層和對流層的重重干擾。GPS系統(tǒng)只能對此進行平均計算，在某些具體區(qū)域肯定存在誤差；在大城市或山區(qū)由于高層建筑物及樹木等對信號的影響，也會導致信號的非直線傳播，計算時也會引入一定的誤差；

5.2 與常規(guī)儀器進行的控制測量一樣，使用GPS-RTK技術(shù)應首先復核起算基準點的精度，起算點應為高等級的控制點，并且起算基準點和觀測點之間具有較好的位置分布。當使用動態(tài)GPS-RTK進行觀測時，基準站的精度要經(jīng)過3-5個高等級控制點的連測、復核，確?；鶞收咀鴺嗽诟鱾€方位觀測情況下具有一致的精度。

5.3 大量的工程實例證明，雖然GPS高程測量能夠達到一定的精度，但用GPS施測的市政工程測量控制點，應進一步用常規(guī)儀器進行水準聯(lián)測，保證高程精度滿足市政工程建設(shè)的需要。

5.4 GPS測量中所選擇的控制點位置的差異直接影響到觀測點位的精度。由于GPS測量是通過接收衛(wèi)星發(fā)射的信號經(jīng)過數(shù)據(jù)處理而得到點位坐標(包括高程)的，任何可能影響信號接收的因素出現(xiàn)干擾時，所測定的點位坐標都可能產(chǎn)生誤差。為此，在選擇測量點位時應注意以下幾點：點位視野開闊，向上15°，視角范圍內(nèi)應盡量避免有障礙物；盡量遠離大功率無線電發(fā)射源，間距應不小于400m，遠離高壓輸電線路，間距應不小于200m；遠離具有強烈干擾衛(wèi)星信號接收的物體，并盡量避開大面積的水域。

5.5 GPS測量更適用于視野開闊、障礙物較少的新區(qū)建設(shè)、野外勘探定位等，在老城區(qū)的建設(shè)中，使用GPS測量，或者接收不到信號，或者雖接收到信號，但一直處于浮動狀態(tài)，出現(xiàn)假固定或者不能固定，因此所得數(shù)據(jù)往往誤差較大，既無效率，又無精度，不能顯示出GPS測量的優(yōu)越性。

5.6 GPS測量成果與常規(guī)測量成果之間，不同型號GPS測量成果之間存在差異，有時相差比較大。GPS網(wǎng)在進行平差計算時，邊長一般需要進行兩項改正：歸算至大地水準面的改正；歸算到高斯投影面上的改正。二維聯(lián)臺平差模型不能解決平面位置與高程位置統(tǒng)一的問題，而三維聯(lián)臺平差模型是一個多功能的可實現(xiàn)平差模型轉(zhuǎn)換的高級平差系統(tǒng)，平差得到的結(jié)果是點的三維空間位置及其精度，這對于點位及其分量的全面分析和研究是極有利的。但在三維聯(lián)合平差時，需要地面點有相應精度要求的大地高觀測值，這在某些情況下是難以實現(xiàn)的。

5.7 GPS及其相關(guān)技術(shù)是一門新興起的技術(shù)，其運用的規(guī)范標準還不夠完善，目前我國還沒有頒布統(tǒng)一的地理信息標準，導航產(chǎn)品生產(chǎn)商大多使用自己開發(fā)生產(chǎn)的電子地圖，這些電子地圖一般相互不兼容。另外，產(chǎn)品沒有統(tǒng)一的標準規(guī)范，產(chǎn)品市場沒有形成標準，特別是軟件產(chǎn)品沒有形成統(tǒng)一的規(guī)范。這還待有關(guān)部門進一步研究制定。

6 結(jié)束語

在當前，空間信息數(shù)據(jù)是政府部門決策和行業(yè)發(fā)展規(guī)劃的重要依據(jù)，是網(wǎng)絡(luò)高速公路上的主流內(nèi)容之一。利用GPS進行數(shù)據(jù)更新具有及時、高效、高精度、不受惡劣環(huán)境氣候影響等優(yōu)勢，未來的幾年內(nèi)，GPS連續(xù)觀測基準站將會遍布全國，任何地區(qū)都可以實現(xiàn)實時測量，GPS作為一種便捷的科學工具將在空間科學領(lǐng)域獲得廣泛的應用。

[1]徐紹銓，張華海，楊志強，王澤民.GPS測量原理及應用[M].武漢測繪科技大學出版社，2000

[2]吉星升，董軍.《GPS技術(shù)在工程測量中應用現(xiàn)狀及其局限性》中國測量，2002，6.

[3]吳英浩《GPS在工程測量中應用的幾點體會》中國市政工程-2005年2期.