| 黑龙江省齐齐哈尔市勘察测绘研究院黑龙江齐齐哈尔161006 摘要：简述了全球定位系统（GPS）的基本结构和测量原理，总结了GPS 用于工程测量所具有的特点，介绍了GPS 在工程测量中的应 用。 关键词：GPS；工程测量 中图分类号：TB22 文献标识码：A 全球定位系统（GlobalPositioningSystem，简称GPS）是美国从20世 纪70年代开始研制的用于军事部门的新一代卫星导航与定位系统， 历时20 年，耗资200 多亿美元，分三阶段研制，陆续投入使用，并于 1994年全面建成。GPS是以卫星为基础的无线电卫星导航定位系统， 它具有全能性、全球性、全天候、连续性和实时性的精密三维导航与定 位功能，而且具有良好的抗干扰性和保密性。因此，GPS技术率先在大 地测量、工程测量、航空摄影测量、海洋测量、城市测量等测绘领域得 到了应用，并在军事、交通、通信、资源、管理等领域展开了研究并得到 广泛应用。本文介绍GPS在工程测量中的应用，并提出几点体会。 1.GPS 简介 1.1GPS构成 GPS主要由空间卫星星座、地面监控站及用户设备三部分构成。 1.2GPS定位原理 GPS 定位是根据测量中的距离交会定点原理实现的［2］。如图1 所示，在待测点Q 设置GPS 接收机，在某一时刻tk 同时接收到3 颗 （或3颗以上）卫星S1、S2、S3所发出的信号。通过数据处理和计算， 可求得该时刻接收机天线中心（测站点）至卫星的距离ρ1、ρ2、 ρ3。根据卫星星历可查到该时刻3 颗卫星的三维坐标（Xj，Yj，Zj）， j＝1，2，3，从而由下式解算出Q 点的三维坐标（X，Y，Z）： 1.3GPS测量的特点 相对于常规测量来说，GPS 测量主要有以下特点：①测量精度 高。GPS 观测的精度明显高于一般常规测量，在小于50km 的基线 上，其相对定位精度可达1×10－6，在大于1000km 的基线上可达 1×10－8。②测站间无需通视。GPS 测量不需要测站间相互通视，可 根据实际需要确定点位，使得选点工作更加灵活方便。③观测时间 短。随着GPS测量技术的不断完善，软件的不断更新，在进行GPS 测 量时，静态相对定位每站仅需20min 左右，动态相对定位仅需几秒 钟。④仪器操作简便。目前GPS接收机自动化程度越来越高，操作智 能化，观测人员只需对中、整平、量取天线高及开机后设定参数，接收 机即可进行自动观测和记录。⑤全天候作业。GPS卫星数目多，且分 布均匀，可保证在任何时间、任何地点连续进行观测，一般不受天气 状况的影响。⑥提供三维坐标。GPS测量可同时精确测定测站点的三 维坐标，其高程精度已可满足四等水准测量的要求。 2.应用实例 2.1 工程概况 为了对某乡土地进行综合治理、提高耕地质量、增加有效耕地面积、改善农业 生产条件和环境，某人民政府委托，我单位承担了该项目大比例尺数字地形图测绘 任务，施测范围呈不规则形状，地形复杂，通视困难，行走不便。范围面积约40k㎡。 2.2GPS测量的技术设计 （1）设计依据《全球定位系统(GPS) 测量规范》(GB/T18314— 2001)；《国家三、四等水准测量规范》(GB12898—91)；《城市测量规范》 (CJJ8-99)；GB/T20257-2006《1:5000、1：10000 地形图图式》; 及工程 测量合同有关要求制定的。 （2）设计精度根据工程需要和测区情况，选择城市或工程二级 GPS网作为测区首级控制网。要求平均边长小于1km，最弱边相对中 误差小于1／10000，GPS 接收机标称精度的固定误差a≤15mm，比 例误差系数b≤20×10－6。 2.3GPS测量的外业实施 （1）选点GPS 测量测站点之间不要求一定通视，图形结构也比 较灵活，因此，点位选择比较方便。但考虑GPS 测量的特殊性，并顾 及后续测量，选点时应着重考虑：①每点最好与某一点通视，以便后 续测量工作的使用；②点周围高度角15°以上不要有障碍物，以免 信号被遮挡或吸收；③点位要远离大功率无线电发射源、高压电线 等，以免电磁场对信号的干扰；④点位应选在视野开阔、交通方便、有 利扩展、易于保存的地方，以便观测和日后使用；⑤选点结束后，按要 求埋设标石，并填写点之记。 （2）观测根据GPS 作业调度表的安排进行观测，采取静态相对 定位，卫星高度角15°，时段长度45min，采样间隔10s。在3 个点上 同时安置3台接收机天线（对中、整平、定向），量取天线高，测量气象 数据，开机观察，当各项指标达到要求时，按接收机的提示输入相关 数据，则接收机自动记录，观测者填写测量手簿。 2.4GPS测量的数据处理 GPS网数据处理分为基线解算和网平差两个阶段，采用随机软 件完成。经基线解算、质量检核、外业重测和网平差后，得到GPS 控 制点的三维坐标，其各项精度指标符合技术设计要求。 3结束语 通过GPS在测量中的应用，得到如下体会。 GPS定位技术在测量中的应用，给这一领域传统的野外测量作业 带来了巨大的冲击，根据实际应用情况来看，使用这一先进技术带来了 较好的经济和社会效益，也使得野外测量技术水平得到了显著提高。 （1）GPS 控制网选点灵活，布网方便，基本不受通视、网形的限 制，特别是在地形复杂、通视困难的测区，更显其优越性。 （2）GPS 接收机观测基本实现了自动化、智能化，且观测时间在 不断减少，大大降低了作业强度，观测质量主要受观测时卫星的空间 分布和卫星信号的质量影响。 （3）GPS测量的数据传输和处理采用随机软件完成，只要保证接收卫星信号的 质量和已知数据的数量、精度，即可方便地求出符合精度要求的控制点三维坐标。 参考文献 ［1］管国斌.对中小城镇GPS 控制网中几个问题的探讨［J］.浙江 测绘，2003，（2）：45－46. ［2］刘大杰.全球定位系统（GPS）的原理与数据处理［M］.上海：同 济大学出版社，1996. ［3］北京市测绘设计研究院.CJJ73－97，全球定位系统城市测量 技术规程［S］.北京：中国建筑工业出版社，1997. |
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