簡述GPS技術測量

葛宏 何科敏 胡莉莉

【摘要】現(xiàn)今的GPS測量也成為了21世紀的高新型技術，這項高新技術的特點尤為突出，特別是在控制測量這方面的應用，它不僅僅改變了我們傳統(tǒng)測量的作業(yè)方式，而且它也提高了我們工作上的效率，從而給國家在經(jīng)濟上帶來了非?？捎^的效益。在目前，GPS測量已取代了常見的工程控制測量和大地的測量，GPS在科研領域的快速發(fā)展中滿足了科研人員的需要，也推動了國家的經(jīng)濟發(fā)展。為了適應各個領域的需要，則要充分地發(fā)揮出GPS測量在技術上的優(yōu)越性，為國家創(chuàng)造出更有利的價值。

【關鍵詞】GPS技術 城市規(guī)劃 控制測量

引言：GPS作為20世紀的一項高新技術，已在許多領域得到廣泛應用，尤其是在城市控制測量中，改變了傳統(tǒng)的測量作業(yè)方式，提高了工作效率，也帶來了可觀的經(jīng)濟效益。

GPS全球定位系統(tǒng)（Global Positioning System）在市政、建筑、公路工程測量中的應用，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、三維速度和時間信息等技術參數(shù)。我們先了解一下GPS系統(tǒng)的組成，工作原理以及在測量領域的應用特點。

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，測量用戶當然還應有衛(wèi)星接收設備。

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。

2、GPS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)。注入站的作用是將主控站計算的數(shù)據(jù)注入到衛(wèi)星中去。

3、GPS的用戶部分由GPS接收機、數(shù)據(jù)處理軟件及相應的用戶設備如計算機、氣象儀器等組成，其作用是接收GPS衛(wèi)星發(fā)出的信號，利用信號進行導航定位等。在測量領域，隨著現(xiàn)代的科學技術的發(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指標為工程測量帶來了極大的方便。例如：南方S82接收機技術指標為：①測量精度：靜態(tài)測量3mm+1ppm；②RTK測量10mm+1ppm（平面）；③20mm+1ppm（高程）。這些技術指標充分的滿足了控制測量的精度要求。

二、GPS系統(tǒng)的工作原理

GPS系統(tǒng)是一種采用距離交會法的衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)。在需要的位置P點架設GPS接收機，在某一時刻ti同時接收了3顆（A、B、C）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SAP、SBP、SCP，同樣通過接收衛(wèi)星星歷可獲得該時刻這些衛(wèi)星在空間的位置（三維坐標）。從而用距離交會的方法求得 P點的維坐標（Xp，Yp，Zp），其數(shù)學式為：

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 在時刻ti的空間直角坐標。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)，我們在公路工程控制測量中常用地固坐標系統(tǒng)。在實際使用中需要根據(jù)坐標系統(tǒng)間的轉(zhuǎn)換參數(shù)進行坐標系統(tǒng)的變換，來求出所使用的坐標系統(tǒng)的坐標。這樣更有利于表達地面控制點的位置和處理GPS觀測成果，因此在測量中被得到了廣泛的應用。

三、GPS測量的技術特點

相對于常規(guī)的測量方法來講，GPS測量有以下特點：

1、測站之間無需通視。測站間相互通視一直是測量學的難題。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、定位精度高。一般雙頻GPS接收機基線解精度為5mm+1ppm，而紅外儀標稱精度為5mm+5ppm，GPS測量精度與紅外儀相當，但隨著距離的增長，GPS測量優(yōu)越性愈加突出。

3、觀測時間短。觀測時間短采用GPS布設控制網(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。

4、提供三維坐標。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。

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行自動觀測，利用數(shù)據(jù)處理軟件對數(shù)據(jù)進行處理即求得測點三維坐標。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。

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

四、GPS技術在工程測繪中虛擬現(xiàn)實技術方面的具體作用

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

國內(nèi)目前在礦井工程項目測繪中普遍使用GPS進行測量演練，可以借助此查出測量方案中存在的問題，及時有效的進行解決和完善。

結(jié)語：正因為GPS測量具有較高的定位精確度，比常規(guī)的控制測量具有更高的工作效率，國家利用GPS的各大優(yōu)點來進行數(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，堅信在未來的幾年里，GPS測量的連續(xù)觀基準站定會遍布全國各地，在任何的一個地區(qū)都會實現(xiàn)實時的測量，這種科學、便捷的GPS測量工具定會在時空的領域中取得卓越的成績。

參考文獻：

[1] 王連好，周歡歡.靜態(tài)GPS在川魯天然氣管線控制測量中的應用[A]. 山東省測繪學術年會論文集[C]. 2006

[2] 王名儒.全站儀在公路彎道中線坐標放樣中的應用[A]. 海南省公路學會2004年學術交流會論文集[C]. 2004

[3] 劉沛.四等GPS用于城市首級控制網(wǎng)[A]. 經(jīng)天緯地——全國測繪科技信息網(wǎng)中南分網(wǎng)第十九次學術交流會優(yōu)秀論文選編[C]. 2005