定位系統(tǒng)技術(shù)在測量中的應(yīng)用

盛鍇

摘要：隨著社會的快速發(fā)展，傳統(tǒng)的測量方式已逐步退出了社會舞臺，各種新的測量技術(shù)逐步被應(yīng)用推廣，全球定位系統(tǒng)（簡稱：GPS）測量技術(shù)就是其中一種。本文研究了GPS 技術(shù)的特點(diǎn)和該技術(shù)在工程測量中的應(yīng)用，為大家提供借鑒。

關(guān)鍵詞：GPS；測量技術(shù)；工程測量；應(yīng)用

引言

20 世紀(jì)70 年代，GPS 技術(shù)開始進(jìn)入社會，并且不斷完善和發(fā)展。這一定位技術(shù)的出現(xiàn)和發(fā)展，使得測繪定位技術(shù)進(jìn)入了一個全新時(shí)代，為工程測量提供了全新的測量方法。GPS 技術(shù)自動化程度高，能夠通過衛(wèi)星定位準(zhǔn)確的快速的采集測量點(diǎn)。

在大幅度提高測量精度的同時(shí)，也保證了測量效率。經(jīng)過長期的發(fā)展和完善，GPS 技術(shù)已在市場站穩(wěn)了腳跟，通過建立GPS控制網(wǎng)來為工程測量提供多方面的支持。

1.GPS的技術(shù)發(fā)展

GPS 起始于1958年美國軍方的一個項(xiàng)目，1964年投入使用。20世紀(jì)70年代，美國陸海空三軍聯(lián)合研制了新一代衛(wèi)星定位系統(tǒng)GPS。

1.1GPS 系統(tǒng)構(gòu)成

GPS 主要由空間部分、地面部分、用戶設(shè)備這三部分組成?？臻g部分是由分布在6個相對于赤道。GPS 的空間部分是由24顆工作衛(wèi)星組成，它位于距地表20200km 的上空，均勻分布在6個軌道面上（每個軌道面4顆），軌道傾角為55度。此外，還有4顆有源備份衛(wèi)星在軌運(yùn)行。每顆工作衛(wèi)星的發(fā)送導(dǎo)航信號頻率為L1=1575.42兆赫和L2=1227.6兆赫，L1用C/A 碼調(diào)制，L2用P 碼調(diào)制，導(dǎo)航信號則使用偽隨機(jī)噪音編碼調(diào)制。人們還設(shè)置GPS 空間群來保障大家可以隨時(shí)隨地接收衛(wèi)星信號；地面部分包括地面天線、主控站和監(jiān)測站及通訊輔助系統(tǒng)這幾部分。

1.2GPS 測量工作原理

GPS 系統(tǒng)通過高軌測距體制，將空間衛(wèi)星之間和測量地點(diǎn)的距離作為基本的觀測量，從而對所需的數(shù)據(jù)進(jìn)行測量。通常情況下，人們要獲取觀測量常常使用載波相位測量和偽距測量這兩種方法。載波相位測量是人們較常用的一種方法。因?yàn)閭尉鄿y量在實(shí)際應(yīng)用中容易存在較大的測量誤差，極易導(dǎo)致GPS空間衛(wèi)星和接收設(shè)備的無差別性。而載波相位測量是測量GPS衛(wèi)星載波信號傳播路徑而確定的，相比偽距測量，它的精確度要高出很多。

2.GPS 的特點(diǎn)

2.1動態(tài)觀測

GPS 系統(tǒng)的工作衛(wèi)星分布廣，數(shù)目多，能夠全天候、全方位進(jìn)行連續(xù)地觀測，并且不會受到天氣變化的影響。而利用GPS系統(tǒng)導(dǎo)航，我們可以捕捉到目標(biāo)的動態(tài)三維位置以及變化的速度，對其達(dá)到實(shí)施監(jiān)控的目的，以此選擇適合自己的航線。

2.2觀測時(shí)間短

GPS測量技術(shù)觀測時(shí)間短，如果觀測10km以內(nèi)的基線，雙頻接收機(jī)只要10分鐘不到的時(shí)間，而單頻接收大約要半小時(shí)。

而如果使用定時(shí)動態(tài)定位模式，流動站在經(jīng)過5分鐘以內(nèi)的初始化觀測后能夠隨時(shí)進(jìn)行定位，每戰(zhàn)觀測只要短短幾分鐘。

2.3定位準(zhǔn)確度高

GPS測量技術(shù)基本能夠滿足通常的測量工作需求，不包括高級控制測量，其測量精準(zhǔn)度可以達(dá)到厘米級別，遠(yuǎn)高于導(dǎo)航型手持機(jī)。而RTK定位精度可以達(dá)到：平面：±；（10+1*10-6D）mm，高程：±；（20+1*10-6D）mm；靜態(tài)、快速靜態(tài)精度：平面：±；（2.5+1*10-6D）mm，高程：±；（5+1*10-6D）mm；并且，GPS觀測距離越長，GPS測量越占優(yōu)勢。當(dāng)基線小于50km時(shí)，定位精度可達(dá)到1×；10-6；而當(dāng)基線大于1000km時(shí)，其精準(zhǔn)度可以達(dá)到1×；10-8。

2.4信息多樣齊全

GPS測量技術(shù)可以針對各種用戶的不同需求，為他們提供需要的動態(tài)三維位置、速度和時(shí)間方面的信息。GPS測量技術(shù)功能很多。在可以為人們提供導(dǎo)航和測繪的基礎(chǔ)上，還能夠進(jìn)行時(shí)間和速度的測試。在科技發(fā)達(dá)的時(shí)代，GPS測量技術(shù)逐步得到完善，開始往其他方面發(fā)展。如今，GPS測量技術(shù)廣泛應(yīng)用于海洋測繪、陸地測量和航空攝影測量等方面。

3.GPS測量技術(shù)在工程測量中的應(yīng)用

GPS 測量技術(shù)在工程測量中主要有靜態(tài)功能和動態(tài)功能這兩方面功能。靜態(tài)功能是利用收到的衛(wèi)星信息來獲取所需點(diǎn)的三維坐標(biāo)，而動態(tài)功能則是將已獲得的三維坐標(biāo)通過衛(wèi)星系統(tǒng)放到實(shí)地上。如果將兩者相結(jié)合起來，則能夠高效精確的完成測量任務(wù)。

3.1動態(tài)定位

動態(tài)定位方式目前在公路勘測階段有著廣泛的應(yīng)用，在此階段可用來完成縱斷面測量、橫斷面測量、地形圖測繪等任務(wù)。并且在整個測量過程中不需要通視，大大優(yōu)越于普通的測量儀器。

3.2實(shí)時(shí)動態(tài)載波相位差分定位技術(shù)

（RTK）RTK測量系統(tǒng)是GPS測量技術(shù)與數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)構(gòu)成的組合系統(tǒng)，RTK定位技術(shù)就是基于載波相位觀測的實(shí)時(shí)動態(tài)差分定位技術(shù)，它能夠?qū)崟r(shí)實(shí)實(shí)地提供測站點(diǎn)在指定坐標(biāo)系中的三維定位結(jié)果，并達(dá)到厘米級精度。RTK是高精度GPS測量定位最常用的技術(shù)。實(shí)時(shí)動態(tài)載波相位差分定位技術(shù)包括流動站和基準(zhǔn)站兩部分組成，實(shí)時(shí)動態(tài)載波相位差分定位技術(shù)有兩種測量模式：動態(tài)定位模式和快速靜態(tài)定位模式。

3.3工程控制網(wǎng)的建立利用

GPS建立的工程控制網(wǎng)具有很多優(yōu)點(diǎn)，比如，工程花費(fèi)少，工程作業(yè)時(shí)間不長，成果準(zhǔn)確度高，選擇有很多，限制少。能夠用來建立工礦施工控制網(wǎng)，變形監(jiān)測控制網(wǎng)，工程首級控制網(wǎng)等等。

4總結(jié)

當(dāng)代，GPS技術(shù)已廣泛應(yīng)用在工程建設(shè)中，尤其在橋梁和道路中發(fā)揮極大地作用。GPS測量技術(shù)的逐步完善，使得工程測繪水平有了極大的提高。同時(shí)，GPS測量技術(shù)也使定位技術(shù)進(jìn)入了全新的發(fā)展時(shí)代。GPS測量技術(shù)在工程測量中能夠進(jìn)行動態(tài)監(jiān)測，實(shí)時(shí)動態(tài)監(jiān)測，變形監(jiān)測，建立過程控制網(wǎng)。目前，GPS測量技術(shù)在提高工程測繪的效率的同時(shí)，還拓寬了工程測繪的范圍。相信在不遠(yuǎn)的未來，GPS測量技術(shù)會有更好的發(fā)展。

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（作者單位：中國飛機(jī)強(qiáng)度研究所 第十二研究室）