1、浅析 GPS 在工程测绘上的应用与发展摘要：本文通过对 GPS 测量的特点和基本原理的阐述，并且对 GPS 在工程测绘中的实施及应用进行了分析。 关键词：GPS；工程测绘；GPS 测量 中图分类号：P228.4 文献标识码： A 全球定位系统(Global Positioning System，简称 GPS)，是从 20 世纪 70 年代开始美国研制的使用在军事上的新一代定位系统和卫星导航。随着 GPS 系统的不断完善和成熟，其广泛运用在工程测绘领域得到。测绘中已对 GPS 技术普遍的采用，使得控制网布网的灵活性和测绘工作效率大幅提高。全球定位系统 GPS 由三部分(如图 1 所示)组成:地而
2、监控系统、用户设备和空间卫星星座。它在许多学科都广泛应用，如大地测量学、地球动力学、大气科学、天文学、地球物理勘探、海洋科学、航工程变形监测、精密时间传递以及空与卫星遥感等方面，充分地显示了这一卫星定位技术的高效益和高精度。 图 1 GPS 组成示意图 一、GPS 在工程测绘中的结构以及应用原理 （一） 、GPS 采用交互定位的原理。能够求出未知所处的位置，根据已知几个点的距离。对 GPS 而言，未知点是地面某一移动目标，已知点是空间的卫星。卫星的距离由卫星信号传播时间来测定，利用公式:R = vt 可求出距离。其中，卫星信号传到地面时间为 t(卫星信号传送到地面大约需要 0.06 s)，无线
3、信号传输速度为 v=3 X 108 m/s。最基本的要求是用户接收机和卫星都配备精确的时钟。由于光速很快，相互间同步精度达到纳秒级(10-6s)来要求接收机和卫星，测量时会产生较大的误差，由于接收机使用石英钟，不过在通过计算机后也意味着可被忽略。这项技术通过惯性导航系统(TNS)增强已经被开发出来。工程中要测绘各个种类的地貌图和测量的地图，在要制作地图的区域内只需让接收机移动并记录一系列的位置就可以得到。 （二） 、假设在地面上有 3 个无线电信号发射台，如图 2 所示，用（Xi，Yi，Zi，其中 i=1，2，3)来表示己知其位置的坐标。在某一时刻用户接收机测得接收到 3 个无线电发射台的距离
4、只 Pi（i=1，2，3) 使用无线电测距的原理，则只需以所测距离为半径，以 3 个发射台为球心，就可以计算出用户接收机的空间位置用距离交会原理（XP，YP，ZP）型如下: 图 2 二、GPS 在工程测绘上的应用 GPS 的应用给测绘领域带来了翻天覆地的变革，具体表现为:在工程测量方面，GPS 定位技术被广泛应用于工程控制测量中以其速度快、精度高、操作简便、费用省等优良的特性。目前，可以说用常规测距、测角手段建立的工程控制网已被完全取代为 GPS 定位技术。在工程测量领域，GPS 定位技术正在日益发挥其巨大作用。如， GPS 用于精密工程测量和工程变形监测、利用 GPS 进行机载航空摄影测量、
5、利用 GPS 可进行各级工程控制网的测量等。在灾害监测领域，GPS 可用于地震活跃区的大坝监测、地震监测、地表移动、油田下沉和沉降监测等，此外还可用来测定地球板块的运动和极移。 三、GPS 测量的特点 GPS 可为各类用户连续提供动态目标的三维位置、三维速度及时间信息。 （一） 、用途广、功能多、定位精度高 GPS 系统不仅可以用于测速、测时，还可以用于测量、导航。 在实时差分定位(RTD)和实时动态定位(RTK)方面，定位精度能够达到分米级和厘米级，在各种工程测量中都能满足要求。 （二） 、实时定位 能够实时确定运动目标的三维位置和速度，利用全球定位系统进行导航，可选择最佳路线，亦可实时保障
6、运动载体沿预定航线运行。 （三） 、观测站之间观测时间短和无需通视 可缩短观测时间，提高作业效益，利用 GPS 技术建立控制网的基础上。 而 GPS 测量的空间视野开阔只要求测站 150 以上，与卫星保持通视就可以，并不再需要建造规标，因而不需要观测站之间相互通视。 （四） 、可提供全球统一的三维地心坐标 在观测站平面位置的精确测定同时，能够对观测站的大地高程精确测量。 （五） 、操作简便，GPS 测量的自动化程度很高 GPS 用户接收机一般体积较小、重量较轻、自化程度较高，野外测量时操作简单，搬运和携带都很方便。 （六） 、全球全天候作业 GPS 卫星分布均匀，且数量比较多，确保了全球地面被
7、连续覆盖，使得在地球上任何时候、任何地点进行项观测工作。 四、GPS 应用于工程测绘的实施 GPS 测量的内业工作主要包括测后数据处理、技术总结和 GPS 测量的技术设计等；外业工作主要包括建立观测标志、选点、成果质量检核和野外观测以等。如果按照 GPS 测量实施的工作程序，则可分为选点与建立标志、技术设计、成果检核、外业观测与处理等阶段。 （一） 、GPS 网的技术设计 GPS 网的技术设计是一项基础性工作。这项工作应根据用户的要求和网的用途来进行，其主要内容包括网的图形设计和精度指标的确定和等。1、网形设计 控制网的图形设计十分重要，在常规控制测量中。GPS 网设计关键思考以下几方面:网的
8、可靠性设计。应重点考虑可靠的检验方法和成果的准确性在图形设计时。GPS 网通常构成闭合图形应该通过独立观测边，提高网的可靠性，以增加检核条件。针对 GPS 点，布设一个通视良好的方位点在控制点附近 300 m 外，以便建立连测方向，或者至少一个控制点和控制点的相互通视。为了求定原有地面控制网坐标和 GPS 网坐标之间的坐标转换参数，要求地面控制网点与至少有三个 GPS 控制网点重合。在测区内 GPS 点应尽可能进行等级水准连测，或者与水准点重合，为了利用 GPS 进行高程测量。GPS 点尽可能选在交通地点方便、天空视野开阔，并要远离变电所、微波辐射干扰源和高压线。 2、GPS 测量的精度指标
9、网的用途决定了精度指标的确定，设计时应根据可以实现的设备条件和用户的实际需要，确定 GPS 网的精度等级要恰到好处。 （二） 、选点与建立标志 由于 GPS 测量观测站之间不要求通视，且降低了成本，省去了建立视标的费用；而且网形结构灵活，故选点工作远较常规大地测量简便。但 GPS 测量又有其自身的特点，因此选点时，应满足以不要求：GPS 点应避开对电磁波接收有反射、强烈吸收等干扰其他障碍物体或者影响的金属，如电台、高压线、高层建筑、电视台、大范围水面等；点位应选在易于安置、交通方便接收设备的地方，以便于与常规地面控制网的联测，视野也要开阔；点位选定后，必须要根据要求埋置标石，为了方便保存。最后
10、，应绘制 GPS 网选点图、点标记，作为提交的选点技术资料。 （三） 、成果检核与数据处理 观测成果的外业检核是确保实现预期定位精度、外业观测质量的重要环节，所以，必须及时对外业观测数据在测区进行严格的检核，当观测任务结束后；并根据情况必要的重测或者采取淘汰、补测等。对各项检核内容严格检查，只有按照要求，才能进行后续的数据处理和平差计算，确保准确无误。采用的数学算法、模型等多种形式，有着相当复杂的数据处理过程；同时，采用连续同步观测的方法进行 GPS 测量，通常15s 自动记录一组数据，常规测量方法无法比拟的其信息量之大。借助于计算机，在实际工作中，达到了相当高的程度使得数据处理工作的自动化，
11、这也是能够被广泛使用 GPS 的重要原因之一。 （四） 、外业观测 外业观测是指采集来自 GPS 卫星的导航信号利用 GPS 接收机，其作业过程大致可分为接收机操作、观测记录和天线安置。外业观测根据技术设计时必须严格进行实施按照所拟定的观测计划。在外业观测之前，为了顺利地完成观测任务，对所选定的接收设备还一定要进行严格的检验。实现精密定位的重要条件之一是天线的妥善安置，其具体内容包括:整平、对中、量取天线高和定向。目前自动化程度相当高于 GPS 接收机，要能顺利地自动完成测量工作，一般仅需按动若干功能键；并且显示屏上均有提示，在每做一步工作，应减少外作用操作量，做到实时记录。观测记录的形式一般
12、有两种：一种是工作量大，测量手簿，需要有人随时记录，其中其他有关信息包括观测时的气象元素等。GPS 定位的原始数据是观测记录，也是进行必须妥善保管，后续数据处理的惟一依据。另一种由接收机自动形成，并保存在机载存储器中，供随时处理和调用，这部分内容主要包括实时定位结果、接收机本身的有关信息和接收到的卫星信号。 总之，相信在不久的将来，GPS 为工程测绘提供最科学的数据分析，这项技术能够被更广泛、更好地地应用，发展更加壮大，更好的为社会服务。 参考文献 1 马深.工程测量技术的发展与展望研究J.科技创新导报，2009 ，(8) 2 李成丰.提高 C PS 测量精度的分析及措施J.改革与开放，2009. (5). 3 成桂静.GPS 在工程测量中的应用J.山西建筑，2009,（1）
