摘 要：本文介紹了GPS的概念，分析了GPS的特點，講解了GPS在工程測繪中的使用過程，最后分析了GPS未來的發(fā)展趨勢。

　　關(guān)鍵詞：全球定位系統(tǒng);工程測繪;應(yīng)用

　　Abstract: This paper introduces the concept of GPS, analyzes its characteristics, explains its use process in engineering surveying and mapping, and finally analyzes the future development trend of GPS.

　　Key words: the global positioning system; engineering surveying and mapping; application

　　中圖分類號：TU2 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A文章編號：2095-2104(2012)

　　與以往傳統(tǒng)的工程測繪方法對比，GPS測繪更具時代性意義，同時其定位精準(zhǔn)、成本較低、點間無需通視，更重要的是不受自然天氣因素影響，另外設(shè)備本身輕巧方便，操作科學(xué)簡單，經(jīng)過二十多年的努力實踐證明，GPS定位系統(tǒng)是一個準(zhǔn)確精度高、全球全天候的智能無線電導(dǎo)航，在工程測量中得到了廣泛的應(yīng)用。

　　1 全球定位系統(tǒng) GPS 的介紹

　　1.1 GPS中文譯為“全球定位系統(tǒng)”或者“星實時測距導(dǎo)航”。該系統(tǒng)于20世紀(jì)70年代由美國陸海空三軍聯(lián)合組織研制。GPS通過衛(wèi)星發(fā)射在全球范圍內(nèi)無線電信號進(jìn)行定位導(dǎo)航，全球覆蓋率高達(dá)98%，它的建成對美國重大航天技術(shù)的建成具有重要意義，標(biāo)志著美國導(dǎo)航技術(shù)的時代性進(jìn)步。GPS不但可以運用到國家軍事國防建設(shè)服務(wù)領(lǐng)域中，同時在民用上也被廣泛應(yīng)用，而GPS定位技術(shù)的逐步成熟，也促使測繪技術(shù)掀起新的科學(xué)技術(shù)革命，推動了測繪領(lǐng)域的應(yīng)用發(fā)展。

　　2 GPS 定位系統(tǒng)的特點

　　2.1 觀測時間短

　　隨著 GPS系統(tǒng)的不斷完善，軟件水平的不斷提高，觀測時間已由以前的幾小時縮短至現(xiàn)在的幾十分鐘，甚至幾分鐘，目前采用靜態(tài)相對定位模式，觀測 20km 以內(nèi)的基線所需觀測時間，對于雙頻接收機(jī)僅需 15～20min; 采用快速靜態(tài)相對定位模式，當(dāng)每個流動站與基準(zhǔn)站相距在 15km 以內(nèi)時，流動站觀測時間只需1—2min; 采取實時動態(tài)定位模式，流動站出發(fā)時觀測1～2min 進(jìn)行動態(tài)初始化，然后可隨時定位，每站觀測僅需幾秒鐘。因而用GPS技術(shù)建立控制網(wǎng)，可以大大提高作業(yè)效率。

　　2.2 定位精度高

　　目前，GPS測量基線的精度已經(jīng)由過去的10-7提高到1O-6，而GPS靜態(tài)相對定位的精度也提高到了毫米級甚至亞毫米級，尤其是高程精度也達(dá)到了毫米級。GPS實時動態(tài)定位精度也有顯著性的突破，可以達(dá)到厘米級的定位精度，可以滿足各種工程測量的要求。大型建筑物、構(gòu)筑物變形監(jiān)測，在采用特殊的觀測措施、精密星歷和適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)處理模型和軟件后，平面精度可達(dá)亞毫米級，高程精度可穩(wěn)定在 lmm左右。

　　2.3測站間無需通視

　　經(jīng)典測量技術(shù)均有嚴(yán)格的通視要求，必須建造大量的規(guī)標(biāo)，這給經(jīng)典測量的實施帶來了相當(dāng)?shù)睦щy。GPS測量只要求測站上空開闊，與衛(wèi)星間保持通視即可，不要求測站之間互相通視，因而不再需要建造規(guī)標(biāo)。這一優(yōu)點既可大大減少測量工作的經(jīng)費和時間(一般造標(biāo)費用約占總經(jīng)費的 30～50%)，同時也使選點工作變得非常靈活，完全可以根據(jù)工作的需要來確定點位位置，也可省去經(jīng)典測量中的傳算點、過渡點的測量工作。

　　2.4 可提供全球統(tǒng)一的三維地心坐標(biāo)

　　工程使用中需要將三維的GPS基線向量觀測值及其方差陣投影轉(zhuǎn)換到工程坐標(biāo)系的二維平面上，即將GPS基線網(wǎng)投影變換成工程使用測量控制網(wǎng)。其轉(zhuǎn)換的核心是使GPS基線向量網(wǎng)與常規(guī)地面網(wǎng)測量控制點原點重合，起始方向一致。為便于工程使用，要求由轉(zhuǎn)換的控制點坐標(biāo)直接反算的邊長與實地量得的邊長，在長度GPS在工程測繪上的應(yīng)用與發(fā)展上應(yīng)該相等，即由歸算投影改正而帶來的變形或改正數(shù)，不得大于工程各階段的精度要求。

　　3 GPS 測量過程實施

　　3.1 選點以及建立標(biāo)志

　　基于GPS測量站內(nèi)部之間不要求通視，并且網(wǎng)行結(jié)構(gòu)體系較為靈活，因此選點工作的順利進(jìn)行就得以保證，實現(xiàn)了簡便的測量，要比常規(guī)測量方式更加省時高效; 也省去了建立視標(biāo)的費用，降低經(jīng)濟(jì)成本。但作為GPS技術(shù)在工程測繪測量過程實施環(huán)節(jié)中有它的自身特性要求，要求滿足:選點位置要選擇交通方便、接收設(shè)備容易安裝、視野開闊的點位，以保證地面控制網(wǎng)能夠進(jìn)行常規(guī)聯(lián)測;同時選點位置要盡量避免電磁波反射、吸收、干擾的金屬以及障礙物。諸如，高壓線、有線電臺、高層建筑施工現(xiàn)場、水區(qū)等; 選點位置確立后，應(yīng)做標(biāo)志，埋放標(biāo)石，用來方便保存。最后，應(yīng)繪制點之記、GPS網(wǎng)選點圖，作為提交的選點技術(shù)資料。

　　3.2 外業(yè)觀測

　　外業(yè)觀測是指GPS通過衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，將接收采集而來的信號對測量工作進(jìn)行接收操作和觀測記錄，以及準(zhǔn)確定位安裝天線的作業(yè)流程。外業(yè)觀測應(yīng)予嚴(yán)格執(zhí)行技術(shù)設(shè)計操作規(guī)范進(jìn)行科學(xué)操作、實施，以求協(xié)調(diào)好外業(yè)觀測的具體進(jìn)程安排，高效科學(xué)合理地提高進(jìn)程質(zhì)量。在完成外業(yè)觀測的作業(yè)流程進(jìn)度之前，要對選定的接收設(shè)施實行嚴(yán)格的檢驗。目前GPS接收機(jī)的自動化程度相當(dāng)高，一般僅需按動若干功能鍵，就能順利地自動完成測量工作;并且每做一步工作，顯示屏上均有提示，做到實時記錄，減少外作用操作量。觀測記錄的形式一般有兩種: 一種由接收機(jī)自動形成，并保存在機(jī)載存儲器中，供隨時調(diào)用和處理。另一種是測量手薄，工作量大，需要有人隨時記錄。觀測記錄是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)，必須妥善保管。

　　3.3 成果檢測和數(shù)據(jù)有效處理

　　外業(yè)檢測是檢測觀測成果的必要作業(yè)工序，它是實現(xiàn)觀測質(zhì)量以及預(yù)期定位精準(zhǔn)度的重要程序，因此，當(dāng)觀測工作任務(wù)完成時，務(wù)必在測區(qū)要盡快對外業(yè)技術(shù)數(shù)據(jù)進(jìn)行細(xì)致檢驗;同時根據(jù)實際的過程可以做出必要的重測或者施行補(bǔ)測舉措;對照相關(guān)的技術(shù)規(guī)范，對各項檢核任務(wù)加以謹(jǐn)慎檢查，以保證測量過程準(zhǔn)確無誤，之后才能運用平差計算方式對其數(shù)據(jù)進(jìn)行有效處理。GPS測量技術(shù)的運用，是采用連續(xù)同步的觀測方法，其觀測時間大概15s就自動實時做出數(shù)據(jù)記錄，實時測量的數(shù)據(jù)與信息量可謂龐大，只是一般常規(guī)通用的測量方法無可比擬的;另外，以數(shù)學(xué)模型、常規(guī)算法等方式測量處理過程相當(dāng)復(fù)雜。實際工作中，借助電子網(wǎng)絡(luò)計算機(jī)，對數(shù)據(jù)進(jìn)行加工分析，自動化處理，這也是GPS被廣泛使用到工程測繪的具體原因之一。

　　4 GPS 技術(shù)在工程測繪方面上的應(yīng)用與發(fā)展

　　GPS 對于經(jīng)典的測繪領(lǐng)域是一次重大的技術(shù)突破。一方面，它使經(jīng)典的測量理論與方法產(chǎn)生了深刻的變革，另一方面，也進(jìn)一步加強(qiáng)了測量學(xué)科與其它學(xué)科之間的相互滲透，從而促進(jìn)了測繪科學(xué)技術(shù)的現(xiàn)代化發(fā)展。因此它的出現(xiàn)吸引了世界各國眾多科學(xué)家的廣泛興趣和普遍關(guān)注，也導(dǎo)致了測繪行業(yè)發(fā)生了根本性的變革。

　　在工程測量方面，建立區(qū)域性的GPS網(wǎng)，包括城市或礦區(qū)GPS網(wǎng)，各種GPS工程網(wǎng)以及GPS綜合服務(wù)網(wǎng)等，這類網(wǎng)是指國家C、D、E級 GPS網(wǎng)或?qū)楣こ添椖坎紲y的工程GPS網(wǎng)，即應(yīng)用GPS靜態(tài)相對定位技術(shù)，布設(shè)精密工程控制網(wǎng)，用于城市和礦區(qū)油田地面沉降監(jiān)測、大壩變形監(jiān)測、高層建筑變形監(jiān)測、隧道貫通測量等精密工程。這類網(wǎng)的特點是控制區(qū)域有限(或一個市或一個地區(qū))，邊長短(一般從幾百米到20km) ，觀測時間短(從快速靜態(tài)定位的幾分鐘至一兩個小時)，精度要求高，使用頻繁，其主要任務(wù)是直接為國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)服務(wù)。GPS 用于工程測量的主要目的是測取觀測點的坐標(biāo)，根據(jù)精度要求不同、作業(yè)模式不同和儀器不同，有靜態(tài)作業(yè)模式和動態(tài)作業(yè)模式。但是，不同工程項目起算點的基本情況不同，計算過程中應(yīng)剔去粗差部分并力求靈活應(yīng)用。另外，我們可以看出通過這種方法求得的坐標(biāo)可能與當(dāng)?shù)刈鴺?biāo)存在一定的間隙，工程項目的輔助設(shè)施與外部銜接時應(yīng)引起注意。

　　5 結(jié)束語

　　作者對全球定位系統(tǒng)GPS作了簡單介紹，概括了與以往測繪技術(shù)相比GPS具有的技術(shù)優(yōu)勢，重點對GPS測量實施過程的選點、建立標(biāo)志、成果檢測與數(shù)據(jù)處理等以及GPS在測繪中的應(yīng)用進(jìn)行了簡單分析，以推動測繪領(lǐng)域的發(fā)展。

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