GPS在工程測量中的應(yīng)用

全球定位系統(tǒng)（GlobalPositioningSystem，簡稱GPS）是美國從20世紀(jì)70年代開始研制的用于軍事部門的新一代衛(wèi)星導(dǎo)航與定位系統(tǒng)，歷時20年，耗資200多億美元，分三階段研制，陸續(xù)投入使用，并于1994年全面建成。GPS是以衛(wèi)星為基礎(chǔ)的無線電衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)，它具有全能性、全球性、全天候、連續(xù)性和實時性的精密三維導(dǎo)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(shù)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(lǐng)域得到了應(yīng)用［1］，并在軍事、交通、通信、資源、管理等領(lǐng)域展開了研究并得到廣泛應(yīng)用。本文介紹GPS在山區(qū)工程測量中的應(yīng)用，并提出幾點體會。
　　
　　1、GPS簡介

1．1GPS構(gòu)成

GPS主要由空間衛(wèi)星星座、地面監(jiān)控站及用戶設(shè)備三部分構(gòu)成。

（1）GPS空間衛(wèi)星星座由21顆工作衛(wèi)星和3顆在軌備用衛(wèi)星組成。24顆衛(wèi)星均勻分布在6個軌道平面內(nèi)，軌道平面的傾角為55°，衛(wèi)星的平均高度為20200km，運行周期為11h58min。衛(wèi)星用L波段的兩個無線電載波向廣大用戶連續(xù)不斷地發(fā)送導(dǎo)航定位信號，導(dǎo)航定位信號中含有衛(wèi)星的位置信息，使衛(wèi)星成為一個動態(tài)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(wèi)星，最多可達到9顆。
　　
　�。�2）GPS地面監(jiān)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(jiān)測站組成。主控站根據(jù)各監(jiān)測站對GPS衛(wèi)星的觀測數(shù)據(jù)，計算各衛(wèi)星的軌道參數(shù)、鐘差參數(shù)等，并將這些數(shù)據(jù)編制成導(dǎo)航電文，傳送到注入站，再由注入站將主控站發(fā)來的導(dǎo)航電文注入到相應(yīng)衛(wèi)星的存儲器中。

（3）GPS用戶設(shè)備由GPS接收機、數(shù)據(jù)處理軟件及其終端設(shè)備（如計算機）等組成。GPS接收機可捕獲到按一定衛(wèi)星高度截止角所選擇的待測衛(wèi)星的信號，跟蹤衛(wèi)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(yīng)軟件，經(jīng)基線解算、網(wǎng)平差，求出GPS接收機中心（測站點）的三維坐標(biāo)。
　　
　　1．2GPS定位原理

GPS定位是根據(jù)測量中的距離交會定點原理實現(xiàn)的［2］。如圖1所示，在待測點Q設(shè)置GPS接收機，在某一時刻tk同時接收到3顆（或3顆以上）衛(wèi)星S1、S2、S3所發(fā)出的信號。通過數(shù)據(jù)處理和計算，可求得該時刻接收機天線中心（測站點）至衛(wèi)星的距離ρ1、ρ2、ρ3。根據(jù)衛(wèi)星星歷可查到該時刻3顆衛(wèi)星的三維坐標(biāo)（Xj，Yj，Zj），j＝1，2，3，從而由下式解算出Q點的三維坐標(biāo)（X，Y，Z）：

1．3GPS測量的特點

相對于常規(guī)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(guī)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(jù)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(shù)的不斷完善，軟件的不斷更新，在進行GPS測量時，靜態(tài)相對定位每站僅需20min左右，動態(tài)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(shè)定參數(shù)，接收機即可進行自動觀測和記錄。⑤全天候作業(yè)。GPS衛(wèi)星數(shù)目多，且分布均勻，可保證在任何時間、任何地點連續(xù)進行觀測，一般不受天氣狀況的影響。⑥提供三維坐標(biāo)。GPS測量可同時精確測定測站點的三維坐標(biāo)，其高程精度已可滿足四等水準(zhǔn)測量的要求。
　　
　　2、應(yīng)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(fù)雜，通視困難，行走不便。為了該工程的設(shè)計和施工，需建立首級控制網(wǎng)�？紤]到工程復(fù)雜，工期較緊，測區(qū)通視困難，地形起伏大等因素，決定采用GPS測量。