摘要：簡述了全球定位系統（GPS）的基本結構和測量原理，總結了GPS用于工程測量所具有的特點，介紹了GPS在工程測量中的應用實例。
　　關鍵詞：GPS；工程測量論文；應用實例論文
　　前言
　　全球定位系統（GlobalPositioningSystem，簡稱GPS）是美國從20世紀70年代開始研制的用于軍事部門的新一代衛星導航與定位系統，歷時20年，耗資200多億美元，分三階段研制，陸續投入使用，并于1994年全面建成。GPS是以衛星為基礎的無線電衛星導航定位系統，它具有全能性、全球性、全天候、連續性和實時性的精密三維導航與定位功能，而且具有良好的抗干擾性和保密性。因此，GPS技術率先在大地測量、工程測量、航空攝影測量、海洋測量、城市測量等測繪領域得到了應用［1］，并在軍事、交通、通信、資源、管理等領域展開了研究并得到廣泛應用。本文介紹GPS在山區工程測量中的應用，并提出幾點體會。
　　1GPS簡介
　　1．1GPS構成
　　GPS主要由空間衛星星座、地面監控站及用戶設備三部分構成。
　　（1）GPS空間衛星星座由21顆工作衛星和3顆在軌備用衛星組成。24顆衛星均勻分布在6個軌道平面內，軌道平面的傾角為55°，衛星的平均高度為20200km，運行周期為11h58min。衛星用L波段的兩個無線電載波向廣大用戶連續不斷地發送導航定位信號，導航定位信號中含有衛星的位置信息，使衛星成為一個動態的已知點。在地球的任何地點、任何時刻，在高度角15°以上，平均可同時觀測到6顆衛星，最多可達到9顆。
　　（2）GPS地面監控站主要由分布在全球的一個主控站、三個注入站和五個監測站組成。主控站根據各監測站對GPS衛星的觀測數據，計算各衛星的軌道參數、鐘差參數等，并將這些數據編制成導航電文，傳送到注入站，再由注入站將主控站發來的導航電文注入到相應衛星的存儲器中。
　　
　　（3）GPS用戶設備由GPS接收機、數據處理軟件及其終端設備（如計算機）等組成。GPS接收機可捕獲到按一定衛星高度截止角所選擇的待測衛星的信號，跟蹤衛星的運行，并對信號進行交換、放大和處理，再通過計算機和相應軟件，經基線解算、網平差，求出GPS接收機中心（測站點）的三維坐標。
　　1．2GPS定位原理論文
　　GPS定位是根據測量中的距離交會定點原理實現的［2］。如圖1所示，在待測點Q設置GPS接收機，在某一時刻tk同時接收到3顆（或3顆以上）衛星S1、S2、S3所發出的信號。通過數據處理和計算，可求得該時刻接收機天線中心（測站點）至衛星的距離ρ1、ρ2、ρ3。根據衛星星歷可查到該時刻3顆衛星的三維坐標（Xj，Yj，Zj），j＝1，2，3，從而由下式解算出Q點的三維坐標（X，Y，Z）：
　　
　　1．3GPS測量的特點
　　相對于常規測量來說，GPS測量主要有以下特點：①測量精度高。GPS觀測的精度明顯高于一般常規測量，在小于50km的基線上，其相對定位精度可達1×10－6，在大于1000km的基線上可達1×10－8。②測站間無需通視。GPS測量不需要測站間相互通視，可根據實際需要確定點位，使得選點工作更加靈活方便。③觀測時間短。隨著GPS測量技術的不斷完善，軟件的不斷更新，在進行GPS測量時，靜態相對定位每站僅需20min左右，動態相對定位僅需幾秒鐘。④儀器操作簡便。目前GPS接收機自動化程度越來越高，操作智能化，觀測人員只需對中、整平、量取天線高及開機后設定參數，接收機即可進行自動觀測和記錄。⑤全天候作業。GPS衛星數目多，且分布均勻，可保證在任何時間、任何地點連續進行觀測，一般不受天氣狀況的影響。⑥提供三維坐標。GPS測量可同時精確測定測站點的三維坐標，其高程精度已可滿足四等水準測量的要求。
　　2應用實例
　　2．1工程概況
　　本文涉及的工程由某集團公司投資建造，是一個集休閑、娛樂、旅游、渡假等功能于一體的綜合項目。工程位于城郊，占地66．7hm2多，屬兩山夾一溝地形，山地面積約占三分之二。最高處約90m。山上樹木茂盛，地形復雜，通視困難，行走不便。為了該工程的設計和施工，需建立首級控制網。考慮到工程復雜，工期較緊，測區通視困難，地形起伏大等因素，決定采用GPS測量。
　　2．2GPS測量的技術設計
　　（1）設計依據GPS測量的技術設計主要依據1999年建設部發布的行業標準《城市測量規范》、1997年建設部發布的行業標準《全球定位系統城市測量技術規程》［3］及工程測量合同有關要求制定的。
　　（2）設計精度根據工程需要和測區情況，選擇城市或工程二級GPS網作為測區首級控制網。要求平均邊長小于1km，最弱邊相對中誤差小于1／10000，GPS接收機標稱精度的固定誤差a≤15mm，比例誤差系數b≤20×10－6。
　　
　　（3）設計基準和網形如圖2所示，控制網共12個點，其中聯測已知平面控制點2個（I12，I13），高程控制點5個（I12，I13，105，109，110，其高程由四等水準測得）。采用3臺GPS接收機觀測，網形布設成邊連式。
　　（4）觀測計劃根據GPS衛星的可見預報圖和幾何圖形強度（空間位置因子PDOP），選擇最佳觀測時段（衛星多于4顆，且分布均勻，PDOP值小于6），并編排作業調度表。
　　2．3GPS測量的外業實施論文
　　（1）選點GPS測量測站點之間不要求一定通視，圖形結構也比較靈活，因此，點位選擇比較方便。但考慮GPS測量的特殊性，并顧及后續測量，選點時應著重考慮：①每點最好與某一點通視，以便后續測量工作的使用；②點周圍高度角15°以上不要有障礙物，以免信號被遮擋或吸收；③點位要遠離大功率無線電發射源、高壓電線等，以免電磁場對信號的干擾；④點位應選在視野開闊、交通方便、有利擴展、易于保存的地方，以便觀測和日后使用；⑤選點結束后，按要求埋設標石，并填寫點之記。
　　（2）觀測根據GPS作業調度表的安排進行觀測，采取靜態相對定位，衛星高度角15°，時段長度45min，采樣間隔10s。在3個點上同時安置3臺接收機天線（對中、整平、定向），量取天線高，測量氣象數據，開機觀察，當各項指標達到要求時，按接收機的提示輸入相關數據，則接收機自動記錄，觀測者填寫測量手簿。
　　3結束語
　　綜上所述，在工程測量領域中，由于GPS定位技術自身獨特而強大的功能，充分顯示了它在該領域實際測量工作中比常規控制測量具有更大的優越性和適應性，同時也存在一些不足，還有待于進一步研究改善來適應實際測量工作。隨著該技術的飛速發展和普及，以及相關技術的應用，GPS定位技術將在城市建設及工程測量中得到更加廣泛的應用。
　　
　　參考文獻
　　
　　［1］管國斌．對中小城鎮GPS控制網中幾個問題的探討［J］．浙江測繪，2003，（2）：45－46．
　　［2］劉大杰．全球定位系統（GPS）的原理與數據處理［M］．上海：同濟大學出版社，1996．