【摘要】GPS全球定位系統(tǒng)作為新形式測量系統(tǒng)，已廣泛用于大地測量、工程測量、航空攝影測量以及地形測量等各個方面。GPS全球定位系統(tǒng)（Global Positioning System）在公路工程測量中的應(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)、三維速度和時間信息等技術(shù)參數(shù)。

【關(guān)鍵詞】全球定位系統(tǒng)；工程測量；特點；應(yīng)用

0 引言

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20萬公里的GPS衛(wèi)星群組成，并均勻分布在6個軌道面上，各平面之間交角為60°，軌道和地球赤道的傾角為55°，衛(wèi)星的軌道運行周期為11小時58分，這樣可以保證在任何時間和任何地點地平線以上可以接收4到11顆GPS衛(wèi)星發(fā)送出的信號。②GPS的地面控制系統(tǒng)GPS的地面控制系統(tǒng)包括一個主控站、三個注入站和五個監(jiān)測站，主控站的作用是根據(jù)各監(jiān)控站對GPS的觀測數(shù)據(jù)計算衛(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)通過注入站注入到衛(wèi)星中去；同時還對衛(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，監(jiān)測衛(wèi)星工作狀態(tài)。③GPS的用戶部分由GPS接收機、數(shù)據(jù)處理軟件及相應(yīng)的用戶設(shè)備如計算機、氣象儀器等組成，其作用是接收GPS衛(wèi)星發(fā)出的信號，利用信號進(jìn)行導(dǎo)航定位等。

1 GPS技術(shù)原理及其特點

1.1 GPS技術(shù)的工作原理

GPS系統(tǒng)是一個采用距離交會發(fā)為基礎(chǔ)的衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)。距離交會法的基本原理是：以GPS接收機所設(shè)置的位置為基準(zhǔn)點，接收由GPS衛(wèi)星發(fā)射出來的信息；然后由計算系統(tǒng)對接收信號的時間進(jìn)行計算，算出GPS衛(wèi)星與GPS接收機之間的距離；最后通過GPS衛(wèi)星與GPS接收機之間的距離可以計算得出衛(wèi)星的三維坐標(biāo)，即空間距離。GPS主要采用的坐標(biāo)系統(tǒng)有兩種：空間固定坐標(biāo)系統(tǒng)和固定坐標(biāo)系統(tǒng)。

1.2 GPS的組成部分

GPS系統(tǒng)的組成主要由三部分組成：衛(wèi)星接收設(shè)備、地面控制系統(tǒng)和空間衛(wèi)星群。以下是對這三部分的詳細(xì)介紹：（1）衛(wèi)星接收設(shè)備，其作用是用來接收衛(wèi)星發(fā)出的信號，同時使用接收的信號對衛(wèi)星進(jìn)行定位導(dǎo)航。主要構(gòu)成部分有氣象儀、數(shù)據(jù)處理軟件和接收機。（2）地面控制系統(tǒng)，由兩個注入站，五個監(jiān)測站和一個主控站組成。監(jiān)控站的作用是接收衛(wèi)星信號，注入站是的作用是將修改參數(shù)注入主控站，而主控站的作用是計算衛(wèi)星的衛(wèi)星鐘和星歷的修改參數(shù)。（3）空間衛(wèi)星群，指的是分布在宇宙空間軌道上的二十四顆夾角均為六十度GPS衛(wèi)星組成的一個群體。

1.3 GPS技術(shù)的特點

GPS測繪技術(shù)主要有用途廣、功能多、全天候作業(yè)、操作方便、提供三維坐標(biāo)、測站間無需通視、觀測時間短和定位精度高等特點。GPS的自動化程度很高，由此就能體現(xiàn)其操作方便的特點；GPS技術(shù)不僅能夠用于給水工程中的定位測繪，還可以用于測時和測速，由此便體現(xiàn)出了其用途的廣泛性；由于GPS測繪中不需要有通視，這一點就解決了工程測量中信號被干擾的難題；在GPS的定位精度上面，其平面誤差已經(jīng)達(dá)到了小于一毫米的程度。由上可知，GPS測繪技術(shù)有著很多明顯的優(yōu)點，其技術(shù)的先進(jìn)性將會不斷地在我們的測繪實踐中體現(xiàn)出來。

在GPS測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)，我們在公路工程控制測量中常用地固坐標(biāo)系統(tǒng)。有利于表達(dá)地面控制點的位置和處理GPS觀測成果，因此在測量中被廣泛的應(yīng)用。

2 GPS測量的技術(shù)特點

2.1 測站之間無需通視

測站間相互通視一直是測量學(xué)的難題。GPS這一特點，使得選點更加靈活方便。但測站上空必須開闊，以使接收GPS衛(wèi)星信號不受干擾。

2.2 定位精度高

一般雙頻GPS接收機基線解精度為5mm+1ppm，而紅外儀標(biāo)稱精度為5mm+5ppm，GPS測量精度與紅外儀相當(dāng)，但隨著距離的增長，GPS測量優(yōu)越性愈加突出。大量實驗證明，在小于50公里的基線上，其相對定位精度可達(dá)12×10-6，而在100～500公里的基線上可達(dá)10-6～10-7。

2.3 觀測時間短

采用GPS布設(shè)控制網(wǎng)時，每個測站上的觀測時間一般在30～40min左右，采用快速靜態(tài)定位方法，觀測時間更短。例如使用接收機的rtk法可在5s以內(nèi)求得測點坐標(biāo)。

2.4 提供三維坐標(biāo)

GPS測量在精確測定觀測站平面位置的同時，可以精確測定觀測站的大地高程。

2.5 操作簡便

GPS測量的自動化程度很高。目前GPS接收機已趨小型化和操作傻瓜化，觀測人員只需將天線對中、整平，量取天線高打開電源即可進(jìn)行自動觀測，利用數(shù)據(jù)處理軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理即求得測點三維坐標(biāo)。而其它觀測工作如衛(wèi)星的捕獲，跟蹤觀測等均由儀器自動完成。

3 GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng)在工程測量中的應(yīng)用

3.1 GPS測量的技術(shù)設(shè)計

①設(shè)計依據(jù)。GPS測量的技術(shù)設(shè)計主要依據(jù)1999年建設(shè)部發(fā)布的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《城市測量規(guī)范》、1997年建設(shè)部發(fā)布的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《全球定位系統(tǒng)城市測量技術(shù)規(guī)程》及工程測量合同有關(guān)要求制定的。②設(shè)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，最弱邊相對誤差小于1/10000，GPS接收機標(biāo)稱精度的固定誤差a≤15mm，比例誤差系數(shù)b≤20×10-6。③設(shè)計基準(zhǔn)和網(wǎng)形?？刂凭W(wǎng)共12個點，其中聯(lián)測已知平面控制點2個，高程控制點5個。采用3臺GPS接收機觀測，網(wǎng)形布設(shè)成邊連式。④觀測計劃。根據(jù)GPS衛(wèi)星的可見預(yù)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。

3.2 GPS測量的外業(yè)實施

①選點。GPS測量測站點之間不要求一定通視，圖形結(jié)構(gòu)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(yīng)著重考慮：a.每點最好與某一點通視，以便后續(xù)測量工作的使用；b.點周圍高度角15°以上不要有障礙物，以免信號被遮擋或吸收；c.點位要遠(yuǎn)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；d.點位應(yīng)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；e.選點結(jié)束后，按要求埋設(shè)標(biāo)石，并填寫點之記。②觀測。根據(jù)GPS作業(yè)調(diào)度表的安排進(jìn)行觀測，采取靜態(tài)相對定位，衛(wèi)星高度角15°，時段長度45min，采樣間隔10s。在三個點上同時安置三臺接收機天線（對中、整平、定向），量取天線高，測量氣象數(shù)據(jù)，開機觀察，當(dāng)各項指標(biāo)達(dá)到要求時，按接收機的提示輸入相關(guān)數(shù)據(jù)，則接收機自動記錄，觀測者填寫測量手簿。

4 結(jié)束語

總而言之，通過對以上的GPS測量技術(shù)在工程測量中的應(yīng)用，GPS系統(tǒng)在工程測量上將有很大的發(fā)展空間，為工程施工質(zhì)量提供了有利的保障。我們逐漸充分把握了GPS測量技術(shù)的應(yīng)用方法和過程，這為以后GPS更廣發(fā)展的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。隨著GPS技術(shù)的發(fā)展以及在工程測繪中的應(yīng)用擴展，GPS技術(shù)的性能將會得到更加先進(jìn)的發(fā)展，其功能也將更加的完善，與此同時，GPS技術(shù)將會給工程測繪帶來更好的發(fā)展。在GPS技術(shù)應(yīng)用于給水工程測繪過程中，將會不斷提高我們的測繪成果的質(zhì)量，而且還會為我們的社會經(jīng)濟效益的提高做出貢獻(xiàn)。