劉姝

【摘 要】介紹了GPS的系統(tǒng)組成、工作原理、技術(shù)特點(diǎn)、操作方法以及GPS測(cè)量技術(shù)在工程測(cè)量中的應(yīng)用。

【關(guān)鍵詞】全球定位系統(tǒng)；GPS測(cè)量技術(shù)；工程測(cè)量；應(yīng)用

全球定位系統(tǒng)（Global Positioning System，簡(jiǎn)稱GPS）是美國(guó)從20世紀(jì)70年代開(kāi)始研制的用于軍事部門(mén)的新一代衛(wèi)星導(dǎo)航與定位系統(tǒng)。是一種可以通過(guò)定時(shí)和測(cè)距進(jìn)行空間交會(huì)定點(diǎn)的導(dǎo)航系統(tǒng)， 可向全球用戶提供連續(xù)、實(shí)時(shí)、高精度的三維坐標(biāo)、三維速度和時(shí)間信息。

1.GPS系統(tǒng)的組成

GPS定位系統(tǒng)由GPS工作衛(wèi)星組成的空間部分、若干地面站組成的地面監(jiān)控部分及以接收機(jī)為主的用戶部分組成。三者具有獨(dú)立的功能和作用， 又有機(jī)結(jié)合形成完整系統(tǒng)。

1.1空間星座部分

空間部分由7顆試驗(yàn)衛(wèi)星和24顆GPS工作衛(wèi)星組成。

1.2地面監(jiān)控部分

地面監(jiān)控系統(tǒng)由1個(gè)主控站、3個(gè)注入站和5個(gè)監(jiān)測(cè)站組成。

1.3用戶設(shè)備部分

用戶設(shè)備部分包括GPS接收機(jī)和數(shù)據(jù)處理軟件等。

2.GPS系統(tǒng)的衛(wèi)星定位原理

GPS定位的基本原理是根據(jù)高速運(yùn)動(dòng)的衛(wèi)星瞬間位置作為已知的起算數(shù)據(jù)，采用空間距離后方交會(huì)的方法，確定待測(cè)點(diǎn)的位置。

3.GPS測(cè)量的特點(diǎn)

3.1測(cè)量精度高

GPS觀測(cè)的精度明顯高于一般常規(guī)測(cè)量，在小于50km 的基線上，其相對(duì)定位精度可達(dá)1×10-6，在大于1000km 的基線上可達(dá)1×10-8。

3.2測(cè)站間無(wú)需通視

GPS測(cè)量不需要測(cè)站間相互通視，可根據(jù)實(shí)際需要確定點(diǎn)位，使得選點(diǎn)工作更加靈活方便。

3.3觀測(cè)時(shí)間短

進(jìn)行GPS測(cè)量時(shí)，靜態(tài)相對(duì)定位每站僅需20min左右，動(dòng)態(tài)相對(duì)定位僅需幾秒鐘。

3.4儀器操作簡(jiǎn)便

觀測(cè)人員只需對(duì)中、整平、量取天線高及開(kāi)機(jī)后設(shè)定參數(shù)，接收機(jī)即可進(jìn)行自動(dòng)觀測(cè)和記錄。

3.5全天候作業(yè)

GPS衛(wèi)星數(shù)目多，且分布均勻，可保證在任何時(shí)間、任何地點(diǎn)連續(xù)進(jìn)行觀測(cè)，一般不受天氣狀況的影響。

3.6提供三維坐標(biāo)

GPS測(cè)量可同時(shí)精確測(cè)定測(cè)站點(diǎn)的三維坐標(biāo)，其高程精度已可滿足四等水準(zhǔn)測(cè)量的要求。

4.GPS在工程測(cè)量中的實(shí)施

4.1選點(diǎn)與建立標(biāo)志

選點(diǎn)應(yīng)滿足以下條件：點(diǎn)位應(yīng)選在交通方便、易于安置接收設(shè)備的地方， 且視場(chǎng)要開(kāi)闊；GPS點(diǎn)應(yīng)避開(kāi)對(duì)電磁波接收有干擾的物體。

4.2外業(yè)觀測(cè)

GPS外業(yè)觀測(cè)主要包括天線安置、觀測(cè)作業(yè)和觀測(cè)記錄等。天線安置的內(nèi)容包括對(duì)中、整平、定向和量測(cè)天線高。觀測(cè)作業(yè)的主要任務(wù)是捕獲GPS衛(wèi)星信號(hào)對(duì)其進(jìn)行跟蹤、接收和處理， 以獲取所需的定位信息和觀測(cè)數(shù)據(jù)。觀測(cè)記錄是GPS定位的原始數(shù)據(jù)，也是進(jìn)行后續(xù)數(shù)據(jù)處理的唯一依據(jù)， 必須要真實(shí)、準(zhǔn)確。

4.3成果校核與數(shù)據(jù)處理

5.在工程測(cè)量中的應(yīng)用

工程測(cè)量主要應(yīng)用了GPS的兩大功能： 靜態(tài)功能和動(dòng)態(tài)功能。靜態(tài)功能是通過(guò)接收到的衛(wèi)星信息， 確定地面某點(diǎn)的三維坐標(biāo)； 動(dòng)態(tài)功能是通過(guò)衛(wèi)星系統(tǒng)， 把已知的三維坐標(biāo)點(diǎn)位， 實(shí)地放樣地面上。利用GPS靜態(tài)定位技術(shù)和動(dòng)態(tài)定位技術(shù)相結(jié)合的方法可以高效、高精度地完成公路平面控制測(cè)量。當(dāng)前， 用GPS靜態(tài)或快速靜態(tài)方法建立沿線總體控制測(cè)量， 為勘測(cè)階段測(cè)繪帶狀地形圖、路線平面、縱橫斷面測(cè)量提供依據(jù)； 在施工階段為橋梁， 隧道建立施工控制網(wǎng)。

5.1建立工程控制網(wǎng)

采用GPS定位的方法建立工程控制網(wǎng)，具有點(diǎn)位選擇限制少，作業(yè)時(shí)間短，成果精度高，工程費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)?？蓱?yīng)用于建立工程首級(jí)控制網(wǎng)，變形監(jiān)測(cè)控制網(wǎng)，工礦施工控制網(wǎng)，工程勘探、施工控制網(wǎng)，隧道等地下工程控制網(wǎng)，等等。

5.2變形監(jiān)測(cè)

變形監(jiān)測(cè)主要是監(jiān)測(cè)像大橋、水庫(kù)大壩、高層大樓等建筑物、構(gòu)筑物的地基沉降、位移以及整體的傾斜等狀況。監(jiān)測(cè)工作的特點(diǎn)是被監(jiān)測(cè)體的幾何尺寸巨大，監(jiān)測(cè)環(huán)境復(fù)雜，監(jiān)測(cè)技術(shù)要求高。GPS技術(shù)在該領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用。

5.3實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)（RTK）定位技術(shù)

實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)（RTK）定位技術(shù)是GPS測(cè)量技術(shù)發(fā)展的一個(gè)新突破， 在公路工程中有廣闊的應(yīng)用前景。實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位（RTK）系統(tǒng)由基準(zhǔn)站和流動(dòng)站組成，實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)（RTK）定位有快速靜態(tài)定位和動(dòng)態(tài)定位兩種測(cè)量模式， 兩種定位模式相結(jié)合， 在公路工程中的應(yīng)用可以覆蓋公路勘測(cè)、施工放樣、監(jiān)理和GIS（地理信息系統(tǒng)）前端數(shù)據(jù)采集。速靜態(tài)定位模式一般應(yīng)用在控制測(cè)量中， 如控制網(wǎng)加密；工作。

5.4動(dòng)態(tài)定位

動(dòng)態(tài)定位模式在公路勘測(cè)階段有著廣闊的應(yīng)用前景， 可以完成地形圖測(cè)繪、中樁測(cè)量、橫斷面測(cè)量、縱斷面測(cè)量等工作。且整個(gè)測(cè)量過(guò)程不需通視， 有著常規(guī)測(cè)量?jī)x器（如全站儀）不可比擬的優(yōu)點(diǎn)。

GPS在公路工程測(cè)量中的應(yīng)用， 對(duì)高等級(jí)公路的勘測(cè)手段和作業(yè)方法產(chǎn)生了革命性的變革， 極大地提高了勘測(cè)精度和勘測(cè)效率， 隨著科學(xué)的發(fā)展，GPS將在公路勘測(cè)、施工和后期養(yǎng)護(hù)、管理方面有著廣闊的應(yīng)用前景。