何晶晶　曾政祥

[摘要]本文主要概述了GPS的組成及其測量原理，并對GPS測量技術(shù)在工程測量中的應(yīng)用進(jìn)行詳細(xì)分析。

[關(guān)鍵詞]GPS 工程測量 應(yīng)用發(fā)展

[中圖分類號] P258 [文獻(xiàn)碼] B [文章編號] 1000-405X（2015）-8-210-1

1前言

GPS又稱為全球定位系統(tǒng)，于20世紀(jì)中期便得到了廣泛的研究和應(yīng)用，并經(jīng)歷了從簡單技術(shù)到高精度測量的發(fā)展過程。全球定位系統(tǒng)的工作原理是通過衛(wèi)星進(jìn)行實(shí)時的測距及測時，并構(gòu)成全球定位網(wǎng)絡(luò)。GPS具有時效性高、精度高、操作簡單、信號穩(wěn)定等顯著特點(diǎn)，在通信、工業(yè)測量、航天產(chǎn)業(yè)等均有不同程度的應(yīng)用。我國在工程測量中GPS的應(yīng)用時間并不長，但已取得了較好的應(yīng)用效果?，F(xiàn)階段，我國主要通過GPS與現(xiàn)代通信技術(shù)的結(jié)合完成對工程項(xiàng)目相關(guān)數(shù)據(jù)的測量，在測量精度以及效率方面均有了大幅提升。

GPS最早應(yīng)用是車輛導(dǎo)航，隨著科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，GPS已逐漸在多個領(lǐng)域中得以普及，其中最重要的就是工程測量，GPS在工程測量中的應(yīng)用為工程建設(shè)的質(zhì)量帶來了創(chuàng)造性的變革。我國GPS技術(shù)的首次應(yīng)用在20世紀(jì)80年代，當(dāng)時的GPS系統(tǒng)主要用于航天航空事業(yè)?，F(xiàn)在，GPS技術(shù)已經(jīng)逐漸深入到各個行業(yè)和領(lǐng)域，在很大程度上推進(jìn)了我國科學(xué)研究、工程建設(shè)等諸多方面的迅速發(fā)展。

2 GPS的組成及其測量原理

2.1空間定位系統(tǒng)

GPS的定位功能主要由衛(wèi)星來完成。要完成精確的定位需要24顆衛(wèi)星在不同的軌道平面內(nèi)進(jìn)行全面的觀測。通常在一個軌道平面內(nèi)會分布3～4顆衛(wèi)星，不同軌道直接的夾角通常在60°左右，并與赤道平面保持55°夾角。每條軌道都在距離地球表面2萬km的高空上。衛(wèi)星采用這一分布方式能夠保證始終有至少4顆衛(wèi)星在同一時刻檢測地球上的任意區(qū)域，繼而加強(qiáng)測量數(shù)據(jù)的精確性。

2.2地面信息接收部分

GPS系統(tǒng)核心部分是地面信息接收系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)主要包括主控站、注入站和監(jiān)測站三部分。地面信息接收系統(tǒng)的主要作用是及時接受衛(wèi)星發(fā)出的信息，并確認(rèn)衛(wèi)星的工作狀態(tài)，對GPS系統(tǒng)進(jìn)行整體調(diào)控。地面信息接收系統(tǒng)需要接收并處理大量的信息數(shù)據(jù)，并對相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算及核對，排除數(shù)據(jù)誤差。核對后的數(shù)據(jù)還要進(jìn)一步轉(zhuǎn)變?yōu)榫唧w信息，并將其輸入相應(yīng)的處理設(shè)備加以處理并保存。

2.3信息終端

信息終端主要由電源、信息處理器、天線等幾個部分組成。從大體上可以分為衛(wèi)星的選擇，定位數(shù)據(jù)的接收、分析、傳輸?shù)?。信息終端還承擔(dān)著整個系統(tǒng)的安全性維護(hù)的作用，并對各個部分進(jìn)行統(tǒng)一的協(xié)調(diào)管理。當(dāng)設(shè)備中出現(xiàn)運(yùn)行故障時，首先由信息終端進(jìn)行處理，并對故障予以排查。通過信息終端的運(yùn)行，整個GPS測量系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)全自動運(yùn)行，衛(wèi)星發(fā)出的信息通過天線傳輸?shù)降孛娴慕邮障到y(tǒng)，并通過相關(guān)程序?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)行計(jì)算，由此得出目標(biāo)物的精確位置及位置變動的實(shí)時情況。其次，系統(tǒng)內(nèi)部的程序會根據(jù)衛(wèi)星的運(yùn)行軌道推算出目標(biāo)物的精確數(shù)據(jù)。

2.4 GPS測量原理

其實(shí)GPS系統(tǒng)的測量原理比較的簡單，它主要是利用高軌測距體制，將測量地點(diǎn)和空間衛(wèi)星之間的距離作為基礎(chǔ)的觀測量，從而對相關(guān)的觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行測量。在一般情況下，人們會采用偽距測量和載波相位測量這兩種方法來獲取相關(guān)的觀測量。其中偽距測量是在按照接收設(shè)備所接收的衛(wèi)星信號來對觀測站和空間衛(wèi)星之間的距離進(jìn)行計(jì)算測量，從而使得人們得到基本的觀測量。不過這種方法在實(shí)際應(yīng)用的過程中，存在著較大的測量誤差，這就容易造成GPS空間衛(wèi)星和接收設(shè)備的一致性，因此目前我們在對GPS測量的過程中很少材料這種方法來進(jìn)行測量。

3 GPS在工程測量中的應(yīng)用

GPS對數(shù)據(jù)測量的精確性可以有效提高工程建筑的質(zhì)量，因此在工程測量得以普及，尤其在需要戶外作業(yè)的項(xiàng)目中，GPS的效果尤其顯著。

3.1靜態(tài)GPS相對定位的應(yīng)用

靜態(tài)相對定位是指通過兩臺或兩臺以上的信息接收器來接受衛(wèi)星發(fā)出的數(shù)據(jù)，并進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理分析。靜態(tài)GPS的測量可以將衛(wèi)星數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為測量目標(biāo)的三維坐標(biāo)點(diǎn)，并可以根據(jù)一個目標(biāo)物的空間位置得出另一目標(biāo)物的相對位置。靜態(tài)GPS相對定位的優(yōu)點(diǎn)是通過此類定位方式所得出的目標(biāo)位置具有較高的精確度，在戶外的工程數(shù)據(jù)測量中有著很強(qiáng)的優(yōu)勢。

靜態(tài)GPS應(yīng)用最為廣泛的領(lǐng)域是高速公路的建設(shè)項(xiàng)目。由于高速公路對線路的精確度有較高的要求，而靜態(tài)GPS測量的方法才能滿足工程質(zhì)量的要求。高速公路的施工范圍大、定位點(diǎn)少，并且施工工作基本上都在戶外進(jìn)行，測量過程十分繁瑣。靜態(tài)GPS相對定位系統(tǒng)的應(yīng)用能有效解決這些問題。靜態(tài)GPS相對定位系統(tǒng)得出的位置誤差能夠控制在2 cm左右。傳統(tǒng)定位方式通常采用形成控制網(wǎng)的方式進(jìn)行經(jīng)緯度的測量和確定，這種方式無論是在數(shù)據(jù)的精確度還是運(yùn)算時間上都無法與靜態(tài)相對定位法相比較。靜態(tài)定位分析的另一顯著優(yōu)勢是其運(yùn)行過程幾乎不受任何天氣環(huán)境因素的影響，大大提高數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性及數(shù)據(jù)運(yùn)算效率。這一測量方式除了在高速公路的建設(shè)中得以應(yīng)用外，在橋梁及隧道的建設(shè)中也有廣泛應(yīng)用。

3.2動態(tài)GPS相對定位的應(yīng)用

GPS動態(tài)測量通過采集目標(biāo)物的相對位置、運(yùn)動狀態(tài)、運(yùn)動時間等信息來完成測量及計(jì)算過程。為獲取這些信息，首先需要在運(yùn)動物體內(nèi)容安裝相應(yīng)的衛(wèi)星信號接牧器。通過衛(wèi)星的觀測能夠得出物體運(yùn)動的實(shí)時信息。動態(tài)GPS定位法的的特點(diǎn)在于使用這種測量方式時只需要應(yīng)用一臺接收機(jī)，并以此作為目標(biāo)參照物以接收其他接收機(jī)中傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。動態(tài)GPS測量法測定的是不同信號站數(shù)據(jù)的差異，并通過數(shù)據(jù)的對比得出不同運(yùn)動物體的相對位移。GPS動態(tài)測量法的數(shù)據(jù)分析方式主要有兩種：首先即時處理法，即在接收機(jī)接收到數(shù)據(jù)信號后立即將數(shù)據(jù)返送到控制中心進(jìn)行分析比對。其次是滯后處理，即在接收機(jī)接收到信號后先在接收機(jī)內(nèi)部進(jìn)行一段時間的存儲，在數(shù)據(jù)的后期處理過程中再將數(shù)據(jù)傳入流通站進(jìn)行數(shù)據(jù)的整體處理。

4結(jié)語

綜上所述，隨著工程測量精度要求的不斷提高，GPS技術(shù)的應(yīng)用也日益廣泛，在傳統(tǒng)測量儀器的弊端逐漸顯現(xiàn)的今天，GPS所具有的優(yōu)勢愈加明顯，不僅可以提高測繪的工作效率，還能提升測繪數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。目前，GPS技術(shù)一系列的配套設(shè)施得到了改進(jìn)與創(chuàng)新，為測繪工程的進(jìn)一步發(fā)展提供了必要條件，為人類提供了更精確的數(shù)據(jù)，筆者相信在未來的工程測量領(lǐng)域， GPS技術(shù)必然會成為主導(dǎo)的測量手段。

參考文獻(xiàn)

[1]中華人民共和國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn).公路勘測規(guī)范[S].北京：人民交通出版社，1999.

[2]賈濤，付東偉.全站儀在道路中線測量中的應(yīng)用，科技信息.2008.