简述GPS技术测量

葛宏 何科敏 胡莉莉

【摘要】现今的GPS测量也成为了21世纪的高新型技术，这项高新技术的特点尤为突出，特别是在控制测量这方面的应用，它不仅仅改变了我们传统测量的作业方式，而且它也提高了我们工作上的效率，从而给国家在经济上带来了非常可观的效益。在目前，GPS测量已取代了常见的工程控制测量和大地的测量，GPS在科研领域的快速发展中满足了科研人员的需要，也推动了国家的经济发展。为了适应各个领域的需要，则要充分地发挥出GPS测量在技术上的优越性，为国家创造出更有利的价值。

【关键词】GPS技术 城市规划 控制测量

引言：GPS作为20世纪的一项高新技术，已在许多领域得到广泛应用，尤其是在城市控制测量中，改变了传统的测量作业方式，提高了工作效率，也带来了可观的经济效益。

GPS全球定位系统（Global Positioning System）在市政、建筑、公路工程测量中的应用，在最近的两年得到了迅速推广，这主要依赖于GPS系统可以向全球任何用户全天候地连续提供高精度的三维坐标、三维速度和时间信息等技术参数。我们先了解一下GPS系统的组成，工作原理以及在测量领域的应用特点。

一、GPS系统的组成

GPS全球定位系統由空间卫星群和地面监控系统两大部分组成，除此之外，测量用户当然还应有卫星接收设备。

1、空间卫星群

GPS的空间卫星群由24颗高约20万公里的GPS卫星群组成，并均匀分布在6个轨道面上，各平面之间交角为60°，轨道和地球赤道的倾角为55°，卫星的轨道运行周期为11小时58分，这样可以保证在任何时间和任何地点地平线以上可以接收4到11颗GPS卫星发送出的信号。

2、GPS的地面控制系统

GPS的地面控制系统包括一个主控站、三个注入站和五个监测站，主控站的作用是根据各监控站对 GPS的观测数据计算卫星的星历和卫星钟的改正参数等并将这些数据通过注入站注入到卫星中去；同时还对卫星进行控制，向卫星发布指令，调度备用卫星等。监控站的作用是接收卫星信号，监测卫星工作状态。注入站的作用是将主控站计算的数据注入到卫星中去。

3、GPS的用户部分由GPS接收机、数据处理软件及相应的用户设备如计算机、气象仪器等组成，其作用是接收GPS卫星发出的信号，利用信号进行导航定位等。在测量领域，随着现代的科学技术的发展，体积小、重量轻便于携带的GPS定位装置和高精度的技术指标为工程测量带来了极大的方便。例如：南方S82接收机技术指标为：①测量精度：静态测量3mm+1ppm；②RTK测量10mm+1ppm（平面）；③20mm+1ppm（高程）。这些技术指标充分的满足了控制测量的精度要求。

二、GPS系统的工作原理

GPS系统是一种采用距离交会法的卫星导航定位系统。在需要的位置P点架设GPS接收机，在某一时刻ti同时接收了3颗（A、B、C）以上的GPS卫星所发出的导航电文，通过一系列数据处理和计算可求得该时刻GPS接收机至GPS卫星的距离SAP、SBP、SCP，同样通过接收卫星星历可获得该时刻这些卫星在空间的位置（三维坐标）。从而用距离交会的方法求得 P点的维坐标（Xp，Yp，Zp），其数学式为：

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）分别为卫星A，B，C 在时刻ti的空间直角坐标。在GPS测量中通常采用两类坐标系统，一类是在空间固定的坐标系统，另一类是与地球体相固联的坐标系统，称地固坐标系统，我们在公路工程控制测量中常用地固坐标系统。在实际使用中需要根据坐标系统间的转换参数进行坐标系统的变换，来求出所使用的坐标系统的坐标。这样更有利于表达地面控制点的位置和处理GPS观测成果，因此在测量中被得到了广泛的应用。

三、GPS测量的技术特点

相对于常规的测量方法来讲，GPS测量有以下特点：

1、测站之间无需通视。测站间相互通视一直是测量学的难题。GPS这一特点，使得选点更加灵活方便。但测站上空必须开阔，以使接收GPS卫星信号不受干扰。

2、定位精度高。一般双频GPS接收机基线解精度为5mm+1ppm，而红外仪标称精度为5mm+5ppm，GPS测量精度与红外仪相当，但随着距离的增长，GPS测量优越性愈加突出。

3、观测时间短。观测时间短采用GPS布设控制网时每个测站上的观测时间一般在30～40min左右，采用快速静态定位方法，观测时间更短。

4、提供三维坐标。GPS测量在精确测定观测站平面位置的同时，可以精确测定观测站的大地高程。

5、操作简便。GPS测量的自动化程度很高。目前GPS接收机已趋小型化和操作傻瓜化，观测人员只需将天线对中、整平，量取天线高打开电源即可进行自动观测，利用数据处理软件对数据进行处理即求得测点三维坐标。而其它观测工作如卫星的捕获，跟踪观测等均由仪器自动完成。

6、全天候作业。GPS观测可在任何地点，任何时间连续地进行，一般不受天气状况的影响。

四、GPS技术在工程测绘中虚拟现实技术方面的具体作用

常规的测绘工作都是由人为操作进行的，人为的操作误差或是综合素质较差等都影响着测绘工作的精准性，同时在地质环境条件复杂地段的测绘工作，易出安全事故，还为具体的测绘工作埋下安全隐患。而在工程测绘工作中，采用GPS定位测量技术，可以快速而高效地实现工程测绘的交互定位及形象逼真的测绘数据结果，并可以实时掌握与监控工程测绘工作的全部流程。但为保证测量技术在工程测绘工作中的应用效果，可在进行测量之前，利用计算机等相关技术对工程测绘做模拟流程分析，及时发现测量规程中可能存在的问题并采取有效措施进行防治，大大增强测量方案的安全性与可操作性，保证测量工作的技术性。我国目前已将GPS定位测量技术用于矿井工程项目测绘中，并通过GPS技术实行测量演练，便于对测量方案中的问题进行修正与优化，不断完善工程测绘的可靠性。

国内目前在矿井工程项目测绘中普遍使用GPS进行测量演练，可以借助此查出测量方案中存在的问题，及时有效的进行解决和完善。

结语：正因为GPS测量具有较高的定位精确度，比常规的控制测量具有更高的工作效率，国家利用GPS的各大优点来进行数据的更新，这使得GPS更具有高效、高速、高精度和不受恶劣环境以及气候影响等诸多优势，坚信在未来的几年里，GPS测量的连续观基准站定会遍布全国各地，在任何的一个地区都会实现实时的测量，这种科学、便捷的GPS测量工具定会在时空的领域中取得卓越的成绩。

参考文献：

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