浅谈卫星定位系统在工程测量中的应用
文畅霆 土木1207 12231198
摘 要：随着航天技术的发展与不断进步，现代的全球定位技术(GPS)，数字化技术、遥感技术(Rs)，地理信息技术(GIS)等许多新的技术在工程测量中得到研究和应用。本文以全球定位技术为主要内容简单介绍一些卫星定位系统在工程中的应用。
关键词：GPS; 工程测量；应用
一、GPS 全球定位系统简介
美国从20 纪70年代开始研制全球定位系统(Gl0balPositi0ningSystem，GPS) ，历时2O 年，耗费资金200亿美元，终于在1994年全面建成了利用导航卫星测时、测距，能够在海陆空进行全方位实时三维导航和定位的全新的卫星导航和定位系统。这一技术足美国阿波罗登月计划和航天飞机之后的第三大航天工程。如今，GPS 技术已经成为了世界上最实用、应用最广泛的全球导航、指挥和调度的系统。随着我国交通和建筑事业的发展，高速度、高效率、高精度的GPS 技术在我国工程测量中的应用正在逐步扩大。
GPS 空间卫星包括了21颗工作卫星和在轨备用3颗卫星。在6个轨道平面内平均分布着24颗卫星，轨道平面产生了55度的倾角，平均卫星高度是20200Km 。卫星通过两个L 波段的无线电载波为广大用户接连不断的输送定位导航信号，其中包含的卫星位置信息，促使卫星成为一个动态化的已知点。在地球范围内的任意地点和时刻，当高度角超过15度，能够平均观测6颗卫星，最
多可达11颗。
GPS 尾行：主体乘圆柱形，直径为1.5m ，两侧安装有4篇拼接成的太阳能电池翼板，总面积为7.2m 2，设计寿命为7.5年。卫星上安设有4台高精度的原子钟（一台使用，三台备用），两台铷原子钟（频率稳定度为1*10-13），两台铯原子钟（频率稳定度为1*10-12），以减少由时间误差引起的站星（测站到卫星）距离误差。
卫星的基本功能是：接收和储存由地面监控站发来的导航信息，并翔用户发送导航与定位信息；接收并直行监控站的控制指令，进行必要的数据处理。
GPS 地面监控站主要由分布在全球的一个主控站、三个注入站和五个监测站组成。主控站根据各监测站对GPS 尾行的观测数据编制成导航电文，传送到注入站，再由注入站讲主控站发来的导航电文注入到相应卫星的存储器中。
地面设有5个卫星监测跟踪站，1个主控站，3个信息注入站。
GPS 用户设备由GPS 接收机、数据处理软件以及其终端设备（如计算机）等组成。GPS 接收机可捕获到按一定卫星高度截止角所选择的待测卫星的新号，跟踪卫星的运行，并对信号进行交换、放大和处理，再通过计算机和相应软件，经基线解算、网平差，求出GPS 接收机中心（即测站点）的三维坐标。接收机通过天线接收卫星播发的信号，并利用本机产生的伪随机码取得距离观测量和导航电文，然后依导航电文提供的卫星位置和钟差改正数，计算接收机所处的位置。
二、GPS 在测量学中的应用
传统的矿区控制测量一般都是在国家等级控制点的基础上，采用测角网、测边网、边角网、导线网、线型锁、边角交会等方法进行，这就要求点位之间必须
通视。为了达到这一条件，点位必须布设在地势高，视野开阔的地方。因此传统控制测量有耗时长、费用高、精度低等的弊端。
GPS 定位技术具有精度高、全天候、点位无需通视的优点，因此在控制测量方面目前已基本取代传统的测量方法。但需要注意的是，由于矿区多处山区，点与点之间高差大，所以在高程控制方面要特别注意，各种实验表明，高程拟合误差随着高差的增加而增大，这就要求我们要尽可能选用分布均匀、能够控制住整个工作区的高等级控制点，并选择合适的似大地水准面进行精化，以提高GPS 拟合高程的精度。
要实现精确定位有两个问题需要解决：要确定卫星的准确位置及准确的测定地球上我们所在地点至卫星的距离。在位置P 点架设GPS 接收机，通过计算与一些数据处理可得知该时刻GPS 卫星至GPS 接收机的距离s ap 、s bp 、s cp ，在某一时刻接收了3颗(a、b 、c) 以上的GPS 卫星所发出的导航电文，而这些卫星在该时刻空间的位置(三维坐标) 同样可以通过接收卫星星历可获得。接下来P 点的维坐标(xp，yp ，zp) 就能用距离交会的方法求得。地固坐标系统即在空间固定的坐标系统和与地球体相固联的坐标系统，在工程控制测量中常用地固坐标系统是GPS 测量中通常采用两类坐标系统。假定A 至卫星之间的距离我们能准确测定，又已知我们所在地点而卫星的位置，那么在所测量的以卫星为中心、的距离为半径的圆球上一定能找到A 点的具体位置。
测量学一直以来的难题是测站间相互通视的问题。使得选点更加灵活方便就是GPS 这一特点。为了让接收GPS 卫星信号不受干预，应用GPS 布设控制网时每个测站上相对应的观测时间一般在30～40 min左右，测站上空必须开阔。所以观测时间短，用快速静态定位方法可以大大缩短观测时间：如使用接收机的
RTK 可在5 s内获得测点坐标。
GPS 测量的自动化程度很高。工作人员利用数据处理软件对数据进行处理即求得测点三维坐标(将天线整平、对中，打开电源就能进行自动观测从而量取天的线高数据) 。而其它观测工作如卫星的捕获，跟踪观测等均由仪器自动完成。所以GPS 接收机已趋操作傻瓜化和小型化。精确测量观测站的大地高程也是GPS 测量在精确测量观测站平面位置的一个优点。GPS 观测可在任何时间，任何地点连续地进行，一般不受天气情况的影响。
三、结语
通过以上几个方面的介绍可以看出，GPS 测量技术在地质勘查测量中的优势是显而易见的。随着GPS 技术的进步，测量学中对GPS 的需求也会越来越大。但是，实际上当前的最高精度还是不能满足部分的测量，不过，GPS 接收机观测基本实现了智能化、自动化，大大降低了作业强度，观测时间越来越少。GPS 虽然有很多优势，但是它并不能完全可取代传统的测量仪器，这就要求从事地质测量的同行在充分了解两种测量方法的原理及优缺点得基础上，合理调配测绘仪器，相信一定取得事半功倍的效果。这样看来，GPS 在测量学中的应用前景还是相当广泛的。
参考文献
[1] 李华. 浅谈GPS 技术在公路外业测量中的应用[J].山西建
筑,2010,36(16):361-362.DOI:10.3969/j.issn.1009-6825.2010.16.226.
[2] 原宜坤, 汪洋. 浅谈GPS RTK技术在工程测量中的应用[J].山西建
筑,2007,33(32):359-361.DOI:10.3969/j.issn.1009-6825.2007.32.225.
[3] 赖继文.GPS 测量技术及其在工程测量中的应用[J].地矿测
绘,2006,22(3):11-13.DOI:10.3969/j.issn.1007-9394.2006.03.004.
浅谈卫星定位系统在工程测量中的应用
文畅霆 土木1207 12231198
摘 要：随着航天技术的发展与不断进步，现代的全球定位技术(GPS)，数字化技术、遥感技术(Rs)，地理信息技术(GIS)等许多新的技术在工程测量中得到研究和应用。本文以全球定位技术为主要内容简单介绍一些卫星定位系统在工程中的应用。
关键词：GPS; 工程测量；应用
一、GPS 全球定位系统简介
美国从20 纪70年代开始研制全球定位系统(Gl0balPositi0ningSystem，GPS) ，历时2O 年，耗费资金200亿美元，终于在1994年全面建成了利用导航卫星测时、测距，能够在海陆空进行全方位实时三维导航和定位的全新的卫星导航和定位系统。这一技术足美国阿波罗登月计划和航天飞机之后的第三大航天工程。如今，GPS 技术已经成为了世界上最实用、应用最广泛的全球导航、指挥和调度的系统。随着我国交通和建筑事业的发展，高速度、高效率、高精度的GPS 技术在我国工程测量中的应用正在逐步扩大。
GPS 空间卫星包括了21颗工作卫星和在轨备用3颗卫星。在6个轨道平面内平均分布着24颗卫星，轨道平面产生了55度的倾角，平均卫星高度是20200Km 。卫星通过两个L 波段的无线电载波为广大用户接连不断的输送定位导航信号，其中包含的卫星位置信息，促使卫星成为一个动态化的已知点。在地球范围内的任意地点和时刻，当高度角超过15度，能够平均观测6颗卫星，最
多可达11颗。
GPS 尾行：主体乘圆柱形，直径为1.5m ，两侧安装有4篇拼接成的太阳能电池翼板，总面积为7.2m 2，设计寿命为7.5年。卫星上安设有4台高精度的原子钟（一台使用，三台备用），两台铷原子钟（频率稳定度为1*10-13），两台铯原子钟（频率稳定度为1*10-12），以减少由时间误差引起的站星（测站到卫星）距离误差。
卫星的基本功能是：接收和储存由地面监控站发来的导航信息，并翔用户发送导航与定位信息；接收并直行监控站的控制指令，进行必要的数据处理。
GPS 地面监控站主要由分布在全球的一个主控站、三个注入站和五个监测站组成。主控站根据各监测站对GPS 尾行的观测数据编制成导航电文，传送到注入站，再由注入站讲主控站发来的导航电文注入到相应卫星的存储器中。
地面设有5个卫星监测跟踪站，1个主控站，3个信息注入站。
GPS 用户设备由GPS 接收机、数据处理软件以及其终端设备（如计算机）等组成。GPS 接收机可捕获到按一定卫星高度截止角所选择的待测卫星的新号，跟踪卫星的运行，并对信号进行交换、放大和处理，再通过计算机和相应软件，经基线解算、网平差，求出GPS 接收机中心（即测站点）的三维坐标。接收机通过天线接收卫星播发的信号，并利用本机产生的伪随机码取得距离观测量和导航电文，然后依导航电文提供的卫星位置和钟差改正数，计算接收机所处的位置。
二、GPS 在测量学中的应用
传统的矿区控制测量一般都是在国家等级控制点的基础上，采用测角网、测边网、边角网、导线网、线型锁、边角交会等方法进行，这就要求点位之间必须
通视。为了达到这一条件，点位必须布设在地势高，视野开阔的地方。因此传统控制测量有耗时长、费用高、精度低等的弊端。
GPS 定位技术具有精度高、全天候、点位无需通视的优点，因此在控制测量方面目前已基本取代传统的测量方法。但需要注意的是，由于矿区多处山区，点与点之间高差大，所以在高程控制方面要特别注意，各种实验表明，高程拟合误差随着高差的增加而增大，这就要求我们要尽可能选用分布均匀、能够控制住整个工作区的高等级控制点，并选择合适的似大地水准面进行精化，以提高GPS 拟合高程的精度。
要实现精确定位有两个问题需要解决：要确定卫星的准确位置及准确的测定地球上我们所在地点至卫星的距离。在位置P 点架设GPS 接收机，通过计算与一些数据处理可得知该时刻GPS 卫星至GPS 接收机的距离s ap 、s bp 、s cp ，在某一时刻接收了3颗(a、b 、c) 以上的GPS 卫星所发出的导航电文，而这些卫星在该时刻空间的位置(三维坐标) 同样可以通过接收卫星星历可获得。接下来P 点的维坐标(xp，yp ，zp) 就能用距离交会的方法求得。地固坐标系统即在空间固定的坐标系统和与地球体相固联的坐标系统，在工程控制测量中常用地固坐标系统是GPS 测量中通常采用两类坐标系统。假定A 至卫星之间的距离我们能准确测定，又已知我们所在地点而卫星的位置，那么在所测量的以卫星为中心、的距离为半径的圆球上一定能找到A 点的具体位置。
测量学一直以来的难题是测站间相互通视的问题。使得选点更加灵活方便就是GPS 这一特点。为了让接收GPS 卫星信号不受干预，应用GPS 布设控制网时每个测站上相对应的观测时间一般在30～40 min左右，测站上空必须开阔。所以观测时间短，用快速静态定位方法可以大大缩短观测时间：如使用接收机的
RTK 可在5 s内获得测点坐标。
GPS 测量的自动化程度很高。工作人员利用数据处理软件对数据进行处理即求得测点三维坐标(将天线整平、对中，打开电源就能进行自动观测从而量取天的线高数据) 。而其它观测工作如卫星的捕获，跟踪观测等均由仪器自动完成。所以GPS 接收机已趋操作傻瓜化和小型化。精确测量观测站的大地高程也是GPS 测量在精确测量观测站平面位置的一个优点。GPS 观测可在任何时间，任何地点连续地进行，一般不受天气情况的影响。
三、结语
通过以上几个方面的介绍可以看出，GPS 测量技术在地质勘查测量中的优势是显而易见的。随着GPS 技术的进步，测量学中对GPS 的需求也会越来越大。但是，实际上当前的最高精度还是不能满足部分的测量，不过，GPS 接收机观测基本实现了智能化、自动化，大大降低了作业强度，观测时间越来越少。GPS 虽然有很多优势，但是它并不能完全可取代传统的测量仪器，这就要求从事地质测量的同行在充分了解两种测量方法的原理及优缺点得基础上，合理调配测绘仪器，相信一定取得事半功倍的效果。这样看来，GPS 在测量学中的应用前景还是相当广泛的。
参考文献
[1] 李华. 浅谈GPS 技术在公路外业测量中的应用[J].山西建
筑,2010,36(16):361-362.DOI:10.3969/j.issn.1009-6825.2010.16.226.
[2] 原宜坤, 汪洋. 浅谈GPS RTK技术在工程测量中的应用[J].山西建
筑,2007,33(32):359-361.DOI:10.3969/j.issn.1009-6825.2007.32.225.
[3] 赖继文.GPS 测量技术及其在工程测量中的应用[J].地矿测
绘,2006,22(3):11-13.DOI:10.3969/j.issn.1007-9394.2006.03.004.