談GPS在科學(xué)研究及測繪工程技術(shù)中的應(yīng)用

田超

摘 要：GPS全球定位系統(tǒng)是一個利用定位衛(wèi)星在全球范圍內(nèi)進行導(dǎo)航、定位的系統(tǒng)，具有自動測量、精度準、全天候等特點，廣泛應(yīng)用到航空、軍事、汽車交通、物流、農(nóng)業(yè)、交通管理等領(lǐng)域，逐步深入到人們的生活。該文主要研究分析GPS在科學(xué)研究及測繪工程技術(shù)中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：GPS 科學(xué)研究 測繪工程 應(yīng)用

中圖分類號：P228.4 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）01（a）-0015-02

GPS定位導(dǎo)航系統(tǒng)以24顆人造定位衛(wèi)星為基礎(chǔ)，向全球各地隨時提供三維速度、三維位置等信息，是一個無線電定位導(dǎo)航系統(tǒng)。GPS由地面控制部分、空間部分和用戶裝置部分構(gòu)成。地面控制部分由監(jiān)測站、通訊輔助系統(tǒng)、地面天線和主控站組成。空間部分就是24顆衛(wèi)星，3顆備用星和21顆工作星分布在6個軌道上。用戶裝置系統(tǒng)由衛(wèi)星天線和GPS接收機組成。

1 GPS在軍事中的應(yīng)用

1.1 GPS導(dǎo)彈定位導(dǎo)航系統(tǒng)

隨著各國軍事化力量的不斷加強，GPS被廣泛應(yīng)用到陸地、航海、航空的導(dǎo)彈定位導(dǎo)航系統(tǒng)中。GPS和電子地圖相結(jié)合可以規(guī)劃行駛線路、估算行駛時間、顯示移動的平臺航跡，提高部隊的反應(yīng)能力和作戰(zhàn)能力。GPS的定位導(dǎo)航作用和短報文數(shù)字通信功能相結(jié)合，可以將作戰(zhàn)目標的位置信息等傳送到指揮所，可以通過計算機屏幕顯示作戰(zhàn)目標的動態(tài)，指揮所可以監(jiān)控各個作戰(zhàn)平臺。GPS可以實現(xiàn)單兵作戰(zhàn)，為單兵提供時間信息和位置信息，同時將單兵的位置信息及時傳送到指揮所，使單兵和指揮所之間及時傳送指令，提高單兵的應(yīng)變能力和作戰(zhàn)能力。圖一為戰(zhàn)斧Block3型巡航導(dǎo)彈示意圖1。

1.2 提高制導(dǎo)和命中率精度

GPS可以提高制導(dǎo)導(dǎo)彈、空地導(dǎo)彈、巡航導(dǎo)彈和彈道導(dǎo)彈等各種打擊武器的制導(dǎo)精度和命中率精度。GPS為各種武器導(dǎo)航后的命中精度比導(dǎo)航前提高2倍，彈頭TNT當(dāng)量提高8倍。近年來，GPS成為各種武裝力量的倍增器和支撐系統(tǒng)。海陸空巡航導(dǎo)彈、導(dǎo)彈導(dǎo)航和作戰(zhàn)平臺都開始裝備GPS/INS或GPS導(dǎo)航系統(tǒng)，提高命中精度和制導(dǎo)精度，改變傳統(tǒng)的作戰(zhàn)方式。

1.3 星載GPS技術(shù)

由于太陽輻射壓攝動和大氣阻力較難模擬，用于海洋測高、氣象和遙感的低軌道衛(wèi)星很難用動力法確定衛(wèi)星軌道。隨著衛(wèi)星高度的不斷降低，地面跟蹤技術(shù)的動力法如多普勒、雷達、激光等，對衛(wèi)星的定軌誤差不斷增大，定軌誤差甚至達到幾十米、百米，誤差較大的定軌不能滿足高精度應(yīng)用對衛(wèi)星軌道的要求。地球觀測系列衛(wèi)星EOS-A和EOS-B、地面高度為250～300 km的航天飛機、國外TOPEX衛(wèi)星等都采用星載GPS技術(shù)，GPS可以不受太陽輻射壓和大氣阻力的影響，實現(xiàn)精密衛(wèi)星定軌。

2 GPS在海陸空定位導(dǎo)航中的應(yīng)用

GPS可以實現(xiàn)三維導(dǎo)航，步行者、陸地車輛、輪船和飛機等都可以采用GPS進行導(dǎo)航，汽車導(dǎo)航系統(tǒng)包括車速傳感器、CD-ROM驅(qū)動器、自律導(dǎo)航、GPS導(dǎo)航、LCD顯示器、微處理機和陀螺傳感器構(gòu)成。出租車、物流配送車等可以通過GPS技術(shù)與計算機車輛管理信息系統(tǒng)、無線電通信網(wǎng)絡(luò)和電子地圖等有機結(jié)合，實現(xiàn)交通管理和車輛跟蹤等功能，使出租車、物流配送車等在城市各個地點合理分布，更好的滿足城市居民的乘車需要，減少能源損耗，節(jié)約時間和成本。大部分城市都運用GPS技術(shù)建立交通數(shù)字化電臺，及時發(fā)布城市交通擁堵信息，為駕駛員選擇路徑提供方便，實現(xiàn)自主定位導(dǎo)航。利用GPS技術(shù)對海上的船只進行高精度、連續(xù)的實時定位，有助于船舶按規(guī)定航線航行，避免發(fā)生船舶碰撞而造成不必要的損失，提高航行安全性。

3 GPS在大地測量中的應(yīng)用

大地控制網(wǎng)包括高程控制網(wǎng)和水平控制網(wǎng)。高程控制網(wǎng)是對高程的基本控制，用水準測量建立，結(jié)合重力測量和天文測量，推算出各個地點的高程，水平控制網(wǎng)是對水平位置的基本控制，用導(dǎo)線測量和三角測量建立，結(jié)合天文測量、重力測量和高程測量，推算出各個地點的大地坐標。通過高程控制網(wǎng)和水平控制網(wǎng)建立坐標參考體系，定量描述地球各個物體的位置，便于測繪工作順利進行。

我國運用GPS技術(shù)建立了國家高精度GPS A級網(wǎng)和GPS B級網(wǎng)。國家總參測繪局運用GPS技術(shù)在全國布測高精度GPS網(wǎng)、高精度GPS測量控制網(wǎng)、區(qū)域性的地殼形變監(jiān)測網(wǎng)和中國地殼形變監(jiān)測網(wǎng)等[1]。

4 GPS在測繪技術(shù)中的應(yīng)用

GPS技術(shù)主要應(yīng)用于測繪工程中流動站接收機、數(shù)據(jù)鏈和基準站接收機三個方面，在測繪工程已知極點中安裝GPS接收機，將基準站看成高等極點，通過GPS接收機觀測可見范圍中的衛(wèi)星，將觀測數(shù)據(jù)通過無線電形式傳送給流動站GPS接收機，根據(jù)定位原理計算GPS流動站的三維坐標。

4.1 GPS像控點測量

航空攝影測量工作中需要對像控點進行測量，傳統(tǒng)的測量方法是通過設(shè)置導(dǎo)線測量平高點，采用GPS技術(shù)進行像控點測量可以提高作業(yè)效率，縮短測量時間。GPS像控點測量需要在測量范圍內(nèi)設(shè)置高等級基準站，然后在流動站測量各個像控點的高程及平面坐標。GPS像控點測量的作業(yè)時間在2天之內(nèi)，大大縮短了傳統(tǒng)測量時間，測量效率也比傳統(tǒng)測量方式提高了3倍，還能達到像片定向要求的精度。

4.2 GPS道路中線放樣

GPS可以應(yīng)用到城市中道路中線放樣工作中，實現(xiàn)一人完成放樣工作，提高中線放樣工作的工作效率。將城市道路中的曲線轉(zhuǎn)角、半徑、線路起點坐標和終點坐標等各項參數(shù)輸入到GPS外業(yè)控制器，可以根據(jù)坐標進行放樣，也可以根據(jù)樁號進行放樣。放樣工作屏幕上可以顯示偏移量和偏移坐標，可以進行各個方向的移動，減小誤差，使誤差控制在設(shè)定量之內(nèi)。

4.3 GPS控制測量

傳統(tǒng)的測繪是由導(dǎo)線控制測量，隨著城市中規(guī)劃區(qū)和建成區(qū)的不斷擴大，測繪工作量越來越大，傳統(tǒng)的測繪工作速度越來越慢，測量精度較不均勻、較不準確。GPS測量方法可以做到點間通視，可以有效的控制測量，提高測量工作效率，使測量結(jié)果更精確[2]。

4.4 GPS用地測量

GPS技術(shù)可以廣泛應(yīng)用于地勘測定界測量、管線測量、水域測量、房產(chǎn)測量和地形測量工作中。GPS技術(shù)可以對界址點的位置坐標進行實時測定，測量土地的使用范圍。GPS技術(shù)可以用于測量用地分類和面積，對用地進行土地分析和權(quán)屬實時界限測量，極大的提高用地測量工作的效率和測量精度。在地形、水域的測量中，GPS技術(shù)可以自動導(dǎo)航，實時、精確的測量三維坐標[3]。

5 結(jié)語

隨著GPS技術(shù)的不斷改革和發(fā)展，全球已經(jīng)建立了四大導(dǎo)航系統(tǒng)，分別是美國全球定位系統(tǒng)、俄羅斯“格洛佩斯”系統(tǒng)、歐洲“伽利略”系統(tǒng)和中國“北斗”系統(tǒng)。如今在測繪工程、交通、農(nóng)業(yè)、郵遞業(yè)和漁業(yè)等行業(yè)，處處可見GPS技術(shù)的身影，GPS已經(jīng)應(yīng)用到國民生產(chǎn)生活的各個方面。由于測量時間短、定位精度高、操作簡單、全天候觀測、無需通視等諸多優(yōu)點，GPS更是作為一種高新技術(shù)國際性產(chǎn)業(yè)朝著多領(lǐng)域、多模式、多用途、多機型全面發(fā)展，相信在未來社會的發(fā)展和人們生產(chǎn)生活中，GPS能更好的提高生產(chǎn)經(jīng)營效率和人們生活質(zhì)量，促進社會經(jīng)濟發(fā)展[4]。

參考文獻

[1] 翟戰(zhàn)強，蔡少華.基于GPRS/GPS/GIS的車輛導(dǎo)航與監(jiān)控系統(tǒng)[J].測繪通報，2012（12）.

[2] 袁修孝，高宇，鄒小容.GPS輔助空中三角測量在低空航測大比例尺地形測圖中的應(yīng)用[J].武漢大學(xué)學(xué)報（信息科學(xué)版），2013（8）.

[3] 覃新賢，姚相振，黃旭方.提高GPS接收機多普勒頻移估計精度的精捕獲算法[J].計算機應(yīng)用與軟件，2013（3）.

[4] 王敏，張祖勝，許明元，等.2000國家GPS大地控制網(wǎng)的數(shù)據(jù)處理和精度評估[J].地球物理學(xué)報，2012（19）.