葛宏 何科敏 胡莉莉

【摘要】現(xiàn)今的GPS測(cè)量也成為了21世紀(jì)的高新型技術(shù)，這項(xiàng)高新技術(shù)的特點(diǎn)尤為突出，特別是在控制測(cè)量這方面的應(yīng)用，它不僅僅改變了我們傳統(tǒng)測(cè)量的作業(yè)方式，而且它也提高了我們工作上的效率，從而給國(guó)家在經(jīng)濟(jì)上帶來(lái)了非?？捎^的效益。在目前，GPS測(cè)量已取代了常見(jiàn)的工程控制測(cè)量和大地的測(cè)量，GPS在科研領(lǐng)域的快速發(fā)展中滿足了科研人員的需要，也推動(dòng)了國(guó)家的經(jīng)濟(jì)發(fā)展。為了適應(yīng)各個(gè)領(lǐng)域的需要，則要充分地發(fā)揮出GPS測(cè)量在技術(shù)上的優(yōu)越性，為國(guó)家創(chuàng)造出更有利的價(jià)值。

【關(guān)鍵詞】GPS技術(shù) 城市規(guī)劃 控制測(cè)量

引言：GPS作為20世紀(jì)的一項(xiàng)高新技術(shù)，已在許多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，尤其是在城市控制測(cè)量中，改變了傳統(tǒng)的測(cè)量作業(yè)方式，提高了工作效率，也帶來(lái)了可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

GPS全球定位系統(tǒng)（Global Positioning System）在市政、建筑、公路工程測(cè)量中的應(yīng)用，在最近的兩年得到了迅速推廣，這主要依賴于GPS系統(tǒng)可以向全球任何用戶全天候地連續(xù)提供高精度的三維坐標(biāo)、三維速度和時(shí)間信息等技術(shù)參數(shù)。我們先了解一下GPS系統(tǒng)的組成，工作原理以及在測(cè)量領(lǐng)域的應(yīng)用特點(diǎn)。

一、GPS系統(tǒng)的組成

GPS全球定位系統(tǒng)由空間衛(wèi)星群和地面監(jiān)控系統(tǒng)兩大部分組成，除此之外，測(cè)量用戶當(dāng)然還應(yīng)有衛(wèi)星接收設(shè)備。

1、空間衛(wèi)星群

GPS的空間衛(wèi)星群由24顆高約20萬(wàn)公里的GPS衛(wèi)星群組成，并均勻分布在6個(gè)軌道面上，各平面之間交角為60°，軌道和地球赤道的傾角為55°，衛(wèi)星的軌道運(yùn)行周期為11小時(shí)58分，這樣可以保證在任何時(shí)間和任何地點(diǎn)地平線以上可以接收4到11顆GPS衛(wèi)星發(fā)送出的信號(hào)。

2、GPS的地面控制系統(tǒng)

GPS的地面控制系統(tǒng)包括一個(gè)主控站、三個(gè)注入站和五個(gè)監(jiān)測(cè)站，主控站的作用是根據(jù)各監(jiān)控站對(duì) GPS的觀測(cè)數(shù)據(jù)計(jì)算衛(wèi)星的星歷和衛(wèi)星鐘的改正參數(shù)等并將這些數(shù)據(jù)通過(guò)注入站注入到衛(wèi)星中去；同時(shí)還對(duì)衛(wèi)星進(jìn)行控制，向衛(wèi)星發(fā)布指令，調(diào)度備用衛(wèi)星等。監(jiān)控站的作用是接收衛(wèi)星信號(hào)，監(jiān)測(cè)衛(wèi)星工作狀態(tài)。注入站的作用是將主控站計(jì)算的數(shù)據(jù)注入到衛(wèi)星中去。

3、GPS的用戶部分由GPS接收機(jī)、數(shù)據(jù)處理軟件及相應(yīng)的用戶設(shè)備如計(jì)算機(jī)、氣象儀器等組成，其作用是接收GPS衛(wèi)星發(fā)出的信號(hào)，利用信號(hào)進(jìn)行導(dǎo)航定位等。在測(cè)量領(lǐng)域，隨著現(xiàn)代的科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，體積小、重量輕便于攜帶的GPS定位裝置和高精度的技術(shù)指標(biāo)為工程測(cè)量帶來(lái)了極大的方便。例如：南方S82接收機(jī)技術(shù)指標(biāo)為：①測(cè)量精度：靜態(tài)測(cè)量3mm+1ppm；②RTK測(cè)量10mm+1ppm（平面）；③20mm+1ppm（高程）。這些技術(shù)指標(biāo)充分的滿足了控制測(cè)量的精度要求。

二、GPS系統(tǒng)的工作原理

GPS系統(tǒng)是一種采用距離交會(huì)法的衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)。在需要的位置P點(diǎn)架設(shè)GPS接收機(jī)，在某一時(shí)刻ti同時(shí)接收了3顆（A、B、C）以上的GPS衛(wèi)星所發(fā)出的導(dǎo)航電文，通過(guò)一系列數(shù)據(jù)處理和計(jì)算可求得該時(shí)刻GPS接收機(jī)至GPS衛(wèi)星的距離SAP、SBP、SCP，同樣通過(guò)接收衛(wèi)星星歷可獲得該時(shí)刻這些衛(wèi)星在空間的位置（三維坐標(biāo)）。從而用距離交會(huì)的方法求得 P點(diǎn)的維坐標(biāo)（Xp，Yp，Zp），其數(shù)學(xué)式為：

SAP2=[（Xp-XA）2+（Yp-YA） 2+（Zp+ZA） 2]

SBP2=[（Xp-XB）2+（Yp-YB） 2+（Zp+ZB） 2]

SCP2=[（Xp-XC）2+（Yp-YC） 2+（Zp+ZC） 2]

式中（XA，YA，ZA）， （XB，YB，ZB）， （XC，YC，ZC）分別為衛(wèi)星A，B，C 在時(shí)刻ti的空間直角坐標(biāo)。在GPS測(cè)量中通常采用兩類坐標(biāo)系統(tǒng)，一類是在空間固定的坐標(biāo)系統(tǒng)，另一類是與地球體相固聯(lián)的坐標(biāo)系統(tǒng)，稱地固坐標(biāo)系統(tǒng)，我們?cè)诠饭こ炭刂茰y(cè)量中常用地固坐標(biāo)系統(tǒng)。在實(shí)際使用中需要根據(jù)坐標(biāo)系統(tǒng)間的轉(zhuǎn)換參數(shù)進(jìn)行坐標(biāo)系統(tǒng)的變換，來(lái)求出所使用的坐標(biāo)系統(tǒng)的坐標(biāo)。這樣更有利于表達(dá)地面控制點(diǎn)的位置和處理GPS觀測(cè)成果，因此在測(cè)量中被得到了廣泛的應(yīng)用。

三、GPS測(cè)量的技術(shù)特點(diǎn)

相對(duì)于常規(guī)的測(cè)量方法來(lái)講，GPS測(cè)量有以下特點(diǎn)：

1、測(cè)站之間無(wú)需通視。測(cè)站間相互通視一直是測(cè)量學(xué)的難題。GPS這一特點(diǎn)，使得選點(diǎn)更加靈活方便。但測(cè)站上空必須開(kāi)闊，以使接收GPS衛(wèi)星信號(hào)不受干擾。

2、定位精度高。一般雙頻GPS接收機(jī)基線解精度為5mm+1ppm，而紅外儀標(biāo)稱精度為5mm+5ppm，GPS測(cè)量精度與紅外儀相當(dāng)，但隨著距離的增長(zhǎng)，GPS測(cè)量?jī)?yōu)越性愈加突出。

3、觀測(cè)時(shí)間短。觀測(cè)時(shí)間短采用GPS布設(shè)控制網(wǎng)時(shí)每個(gè)測(cè)站上的觀測(cè)時(shí)間一般在30～40min左右，采用快速靜態(tài)定位方法，觀測(cè)時(shí)間更短。

4、提供三維坐標(biāo)。GPS測(cè)量在精確測(cè)定觀測(cè)站平面位置的同時(shí)，可以精確測(cè)定觀測(cè)站的大地高程。

5、操作簡(jiǎn)便。GPS測(cè)量的自動(dòng)化程度很高。目前GPS接收機(jī)已趨小型化和操作傻瓜化，觀測(cè)人員只需將天線對(duì)中、整平，量取天線高打開(kāi)電源即可進(jìn)行自動(dòng)觀測(cè)，利用數(shù)據(jù)處理軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理即求得測(cè)點(diǎn)三維坐標(biāo)。而其它觀測(cè)工作如衛(wèi)星的捕獲，跟蹤觀測(cè)等均由儀器自動(dòng)完成。

6、全天候作業(yè)。GPS觀測(cè)可在任何地點(diǎn)，任何時(shí)間連續(xù)地進(jìn)行，一般不受天氣狀況的影響。

四、GPS技術(shù)在工程測(cè)繪中虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)方面的具體作用

常規(guī)的測(cè)繪工作都是由人為操作進(jìn)行的，人為的操作誤差或是綜合素質(zhì)較差等都影響著測(cè)繪工作的精準(zhǔn)性，同時(shí)在地質(zhì)環(huán)境條件復(fù)雜地段的測(cè)繪工作，易出安全事故，還為具體的測(cè)繪工作埋下安全隱患。而在工程測(cè)繪工作中，采用GPS定位測(cè)量技術(shù)，可以快速而高效地實(shí)現(xiàn)工程測(cè)繪的交互定位及形象逼真的測(cè)繪數(shù)據(jù)結(jié)果，并可以實(shí)時(shí)掌握與監(jiān)控工程測(cè)繪工作的全部流程。但為保證測(cè)量技術(shù)在工程測(cè)繪工作中的應(yīng)用效果，可在進(jìn)行測(cè)量之前，利用計(jì)算機(jī)等相關(guān)技術(shù)對(duì)工程測(cè)繪做模擬流程分析，及時(shí)發(fā)現(xiàn)測(cè)量規(guī)程中可能存在的問(wèn)題并采取有效措施進(jìn)行防治，大大增強(qiáng)測(cè)量方案的安全性與可操作性，保證測(cè)量工作的技術(shù)性。我國(guó)目前已將GPS定位測(cè)量技術(shù)用于礦井工程項(xiàng)目測(cè)繪中，并通過(guò)GPS技術(shù)實(shí)行測(cè)量演練，便于對(duì)測(cè)量方案中的問(wèn)題進(jìn)行修正與優(yōu)化，不斷完善工程測(cè)繪的可靠性。

國(guó)內(nèi)目前在礦井工程項(xiàng)目測(cè)繪中普遍使用GPS進(jìn)行測(cè)量演練，可以借助此查出測(cè)量方案中存在的問(wèn)題，及時(shí)有效的進(jìn)行解決和完善。

結(jié)語(yǔ)：正因?yàn)镚PS測(cè)量具有較高的定位精確度，比常規(guī)的控制測(cè)量具有更高的工作效率，國(guó)家利用GPS的各大優(yōu)點(diǎn)來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)的更新，這使得GPS更具有高效、高速、高精度和不受惡劣環(huán)境以及氣候影響等諸多優(yōu)勢(shì)，堅(jiān)信在未來(lái)的幾年里，GPS測(cè)量的連續(xù)觀基準(zhǔn)站定會(huì)遍布全國(guó)各地，在任何的一個(gè)地區(qū)都會(huì)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的測(cè)量，這種科學(xué)、便捷的GPS測(cè)量工具定會(huì)在時(shí)空的領(lǐng)域中取得卓越的成績(jī)。

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