gps在工程測量中的應(yīng)用與探討

1、<p>　　南陽師范學(xué)院 20XX 屆畢業(yè)生</p><p><b>　　畢業(yè)論文（設(shè)計）</b></p><p>　　題 目：GPS在工程測量中的應(yīng)用與探討 </p><p>　　完 成 人：

2、 </p><p>　　班 級： </p><p>　　學(xué) 制： </p><p>　　專 業(yè)： 測繪工程

3、 </p><p>　　指導(dǎo)教師： </p><p>　　完成日期： </p><p><b>　　目 錄</b&g

4、t;</p><p><b>　　摘要（1）</b></p><p><b>　　1前言（1）</b></p><p>　　2 GPS的工作原理及使用方法（1）</p><p>　　2.1 GPS測量儀器的結(jié)構(gòu)組成部分（1）</p><p>　　2.1.1空間部分（

5、2）</p><p>　　2.1.2地面控制系統(tǒng)（2）</p><p>　　2.1.3用戶設(shè)備部分（2）</p><p>　　2.2 GPS在工程測量中的原理（2）</p><p>　　2.2.1測量的特點（2）</p><p>　　2.2.2 工程測量平面坐標(biāo)系的建立原理（3）</p><

6、;p>　　2.2.3 GPS測量技術(shù)原理（3）</p><p>　　2.3 GPS在工程測量中的使用探討（4）</p><p>　　2.3.1GPS 測量的技術(shù)設(shè)計（4）</p><p>　　2.3.2GPS 測量的外業(yè)實施（5）</p><p>　　3 GPS的工程應(yīng)用與工作方法（7）</p><p>

7、;　　3.1 GPS在控制測量中的應(yīng)用（7）</p><p>　　3.2 GPS在碎步測量中的應(yīng)用（8）</p><p>　　4 與常規(guī)測量比較及其優(yōu)缺點（9）</p><p>　　4.1 GPS的優(yōu)勢特點（9）</p><p>　　4.1.1操作方面（10）</p><p>　　4.1.2精度比較（10）

8、</p><p>　　5 結(jié)束語（12）</p><p>　　參 考 文 獻(xiàn)（13）</p><p>　　Abstract:（13）</p><p>　　GPS在工程測量中的應(yīng)用與探討</p><p>　　摘要：GPS是常用的測量工程的儀器之一，其是一種全球定位系統(tǒng)。隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，其在工程中廣泛應(yīng)用?；?/p>

9、于此，本文主要探討其在工程方面的應(yīng)用原理方法，以大量的現(xiàn)場操作去驗證。從數(shù)據(jù)中分析其方法的優(yōu)缺點，找出最快捷的方法。最后分析其未來的發(fā)展趨勢，以及我國將來在這方面的前景，從而使其更好地應(yīng)用到我國的國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中，為廣大國民帶來更快，便利的生活。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：全球定位系統(tǒng)；快速；大量；快捷；前景</p><p><b>　　1前言</b></p&

10、gt;<p>　　最初的GPS計劃在美國聯(lián)合計劃局的領(lǐng)導(dǎo)下誕生了，該方案將24顆衛(wèi)星放置在互成120度的三個軌道上。每個軌道上有8顆衛(wèi)星，地球上任何一點均能觀測到6至9顆衛(wèi)星。這樣，粗碼精度可達(dá)100m，精碼精度為10m。由于預(yù)算壓縮，GPS計劃不得不減少衛(wèi)星發(fā)射數(shù)量，改為將18顆衛(wèi)星分布在互成60度的6個軌道上，然而這一方案使得衛(wèi)星可靠性得不到保障。1988年又進(jìn)行了最后一次修改：21顆工作星和3顆備用星工作在互成60度

11、的6條軌道上。這也是GPS衛(wèi)星所使用的工作方式[1]。</p><p>　　GPS在工程中的應(yīng)用，主要是用于建立各種工程控制網(wǎng)及測定航測外控點等。隨著發(fā)展，對勘測技術(shù)提出了更高的要求，由于線路長，以知點少，因此，用常規(guī)測量手段不僅布網(wǎng)困難，而且難以滿足高精度的要求。中國已逐步采用GPS技術(shù)建立線路首級高精度控制網(wǎng)，然后用常規(guī)方法布設(shè)導(dǎo)線加密。實踐證明，在幾十公里范圍內(nèi)的點位誤差只有2cm左右，達(dá)到了常規(guī)方法難以實

12、現(xiàn)的精度，同時也大大提前了工期。GPS技術(shù)也同樣應(yīng)用于特大橋梁的控制測量中。由于無需通視，可構(gòu)成較強(qiáng)的網(wǎng)形，提高點位精度，同時對檢測常規(guī)測量的支點也非常有效。GPS技術(shù)在隧道測量中也具有廣泛的應(yīng)用前景，GPS測量無需通視，減少了常規(guī)方法的中間環(huán)節(jié)，因此，速度快、精度高，具有明顯的經(jīng)濟(jì)和社會效益。</p><p>　　2 GPS的工作原理及使用方法 <

13、;/p><p>　　2.1 GPS測量儀器的結(jié)構(gòu)組成部分</p><p><b>　　2.1.1空間部分</b></p><p>　　GPS的空間部分是由24顆衛(wèi)星組成（21顆工作衛(wèi)星；3顆備用衛(wèi)星），它位于距地表20200km的上空，運行周期為12h。衛(wèi)星均勻分布在6個軌道面上（每個軌道面4顆），軌道傾角為55°。衛(wèi)星的分布使得在全球任

14、何地方、任何時間都可觀測到4 顆以上的衛(wèi)星，并能在衛(wèi)星中預(yù)存導(dǎo)航信息，GPS的衛(wèi)星因為大氣摩擦等問題，隨著時間的推移，導(dǎo)航精度會逐漸降低。</p><p>　　2.1.2地面控制系統(tǒng)</p><p>　　地面控制系統(tǒng)由監(jiān)測站(Monitor Station）、主控制站（Master Monitor Station）、地面天線（Ground Antenna）所組成，主控制站位于美國科羅拉多州

15、春田市（Colorado. Springfield）。地面控制站負(fù)責(zé)收集由衛(wèi)星傳回之訊息，并計算衛(wèi)星星歷、相對距離，大氣校正等數(shù)據(jù)。</p><p>　　2.1.3用戶設(shè)備部分</p><p>　　用戶設(shè)備部分即GPS信號接收機(jī)。其主要功能是能夠捕獲到按一定衛(wèi)星截止角所選擇的待測衛(wèi)星，并跟蹤這些衛(wèi)星的運行。</p><p>　　2.2 GPS在工程測量中的原理<

16、;/p><p>　　2.2.1測量的特點：</p><p>　　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(dá) 10-6, 在大于 1000km的基線上可達(dá) 1×10-9。（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

17、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(jìn)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(jī)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(jī)后設(shè)定參數(shù),接收機(jī)即可進(jìn)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(jìn)行觀測,一般不受天氣狀況的影響。（6）提供三維坐

18、標(biāo)[2]。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。GPS 定位技術(shù)以其高精度 、速度快、費用低 、操作簡便等優(yōu)良特性被廣泛應(yīng)用于大地控制測量、工程測量、變形觀測中,可以說 GPS 定位技術(shù)已完全取</p><p>　　區(qū)域 GPS 是指國家 C、D、E 級 GPS 網(wǎng)或者專為工程項目布設(shè)的工程 GPS 測量網(wǎng),這類網(wǎng)的特點是控制區(qū)域有限,邊長短(一般從幾百米到 20km)

19、, 觀測時間短(從快速靜態(tài)定位的幾分鐘至一兩個小時)。由于 GPS 定位的高精度、快速度、省費用等優(yōu)點, 建立工程首級控制網(wǎng)的手段基本被 GPS 技術(shù)所取代。 GPS 快速靜態(tài)測量用于平面控制測量與傳統(tǒng)的全站儀和典型靜態(tài)測量相比, 不僅能夠顯著提高工作效率,而且所測成果精度能夠滿足設(shè)計要求。</p><p>　　2.2.2 工程測量平面坐標(biāo)系的建立原理</p><p>　　高斯投影長度變形

20、公式地面上的邊長歸化至平均海水面上,再投影至高斯平面,變形公式如式(1):</p><p>　　△s=(△s1+△s2)=s(V1+V2)=s[-(Hm+h)/Rn]+s(ym2/2Rm) </p><p>　　其中: △s為地面長度歸化的高斯投影面的總改正值;s為地面兩點間距離;△s1為地面長度歸化至海平面的改正;△s2為海平面距離投影到高斯平面的改正;V1為地面長度歸化至海平面的改正系

21、數(shù);V2為海平面距離投影到高斯平面的改正系數(shù);Hm為歸算邊高出海平面的平均高程;h為平均海水面與參考橢球體之間的高差;Rn為歸算邊方向平均海水面法截弧的曲率半徑;ym為歸算邊兩端點坐標(biāo)的平均值),Rm為平均海水面的平均曲率半徑。</p><p>　　從工程測量平面坐標(biāo)系建立的方法可以看出, 當(dāng)測區(qū)平均高程 Hm 在100m 以下,Y 坐標(biāo)平均值在 40km 以下,高斯投影改正每公里小于 2.5cm。 能滿足相應(yīng)規(guī)

22、范的要求。每公里距離改正 2.5cm,即為:從公式中的△S1、△S2 兩項改正,符號相反,故對以上要求 , 為此,需通過選擇某一獨立的平面坐標(biāo)系來解決,具體方法是:根據(jù)測區(qū)的具體情況,將投影的中央子午線選在測區(qū)的中央,地面觀測值歸算到測區(qū)平均高程面上, 按高斯正形投影計算平面直角坐標(biāo), 可以有效的實現(xiàn)兩種長度變形改正的補(bǔ)償[3]。</p><p>　　2.2.3 GPS測量技術(shù)原理</p><

23、p>　　在 GPS 測量中, 衛(wèi)星主要被作為位置已知的空間觀測目標(biāo),從而形成了不需要地面點的后方交會, 每臺接收機(jī)都是一個獨立的控制點, 經(jīng)過接受到的數(shù)據(jù)解算出點的經(jīng)緯坐標(biāo)(WGS-84), 在多臺接收機(jī)同時接收數(shù)據(jù)便形成了很多三角網(wǎng)形參與平差解算, 自由網(wǎng)無約束平差解算出 WGS-84 坐標(biāo),然后把己知的控制點進(jìn)行約束平差得到 BJ-54 坐標(biāo)?？紤]到測區(qū)的實際情況, 選多于 4 臺 GPS 接收機(jī)為一套設(shè)備,以兩臺儀器為一組,

24、成對布設(shè) GPS 點。 在組成良好網(wǎng)形的前提下,每一對 GPS 點必須通視良好,其間距一般 500 m左右,以便于以后作為全站儀導(dǎo)線點的起始點[4]。GPS 聯(lián)測和高等級導(dǎo)線采用軟件平差解算。 在做較長距離導(dǎo)線時就會產(chǎn)生投影變形, 投影變形處理與否將直接影響整個控制網(wǎng)精度是否達(dá)到要求。</p><p>　　2.3 GPS在工程測量中的使用探討</p><p>　　GPS 構(gòu)成 GPS 主要

25、由空間衛(wèi)星系統(tǒng)、地面監(jiān)控站及用戶設(shè)備三部分構(gòu)成GPS 空間衛(wèi)星系統(tǒng)由 21 顆工作衛(wèi)星和 3 顆備用衛(wèi)星組成。 24 顆衛(wèi)星均勻分布在6個軌道平面內(nèi),衛(wèi)星的平均高度為 20 200km，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

26、可達(dá)到 9 顆。</p><p>　　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。</p><p>　　GPS 用戶設(shè)備由 GPS 接收機(jī)、數(shù)據(jù)處理軟件及其終端設(shè)備（如計算機(jī)）等組

27、成。GPS 接收機(jī)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(jìn)行交換、放大和處理，再通過計算機(jī)和相應(yīng)軟件，經(jīng)基線解算、網(wǎng)平差，求出 GPS 接收機(jī)中心（測站點）的三維坐標(biāo)。</p><p><b>　　應(yīng)用實例</b></p><p>　　工程概況 本文涉及的工程由某集團(tuán)公司投資建造，是一個集休閑、娛樂、旅游、假等功能于一體的綜合項目

28、。工程位于城郊，占地 86.4km2，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。</p><p>　　2.3.1GPS 測量的技術(shù)設(shè)計</p><p>　　設(shè)計依據(jù) ：GPS 測量的技術(shù)設(shè)計主要依據(jù) 199

29、9 年建設(shè)部發(fā)布的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《城市測量規(guī)范》、1997 年建設(shè)部發(fā)布的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《全球定位系統(tǒng)城市測量技術(shù)規(guī)程》有關(guān)要求制定的。</p><p>　　設(shè)計精度 ：根據(jù)工程需要和測區(qū)情況 ，選擇城市或工程二級 GPS 網(wǎng)作為測區(qū)首級控制網(wǎng)。 要求平均邊長小于1km，最弱邊相對中誤差小于1／12 000，GPS 接收機(jī)標(biāo)稱精度的固定誤差 a≤15mm，比例誤差系數(shù) b≤20×10－6。</p>&

30、lt;p>　　設(shè)計基準(zhǔn)和網(wǎng)形 ：如圖 1所示 ，控制網(wǎng)共 12 個點 ，其中聯(lián)測已知平面控制點 2 個（A011，A012），高程控制點 5個（A011，A012，A005，A009，A010，其高 程 由 四 等 水 準(zhǔn) 測得）。采 用 3 臺 GPS接收機(jī)觀測，網(wǎng)形布設(shè)成邊連式[6]。</p><p>　　觀測計劃 ：根 據(jù) GPS 衛(wèi) 星 的 可見預(yù)報圖和幾何圖形強(qiáng)度（空間位置因子 PDOP），選擇最

31、佳觀測時段（衛(wèi)星多于 4 顆，且分布均勻，PDOP 值小于 4），并編排作業(yè)計劃表。</p><p>　　2.3.2GPS 測量的外業(yè)實施</p><p>　　選點：GPS 測量測站點之間不要求一定通視 ， 圖形結(jié)構(gòu)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(xù)測量，選點時應(yīng)著重考慮：①點與點之間至少與另外一點（或一點以上）保持通視，以便后續(xù)測量工作的使用；

32、②為保證 GPS 觀測精度，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(yuǎn)離大功率無線電發(fā)射源、高壓電線等，以免電磁場對信號的干擾；④點位應(yīng)選在視野開闊、交通方便、有利擴(kuò)展、易于保存的地方，以便觀測和日后使用；⑤選點結(jié)束后，按要求埋設(shè)標(biāo)石，并填寫點之記。</p><p>　　觀測 ：根據(jù) GPS 作業(yè)計劃表的安排進(jìn)行觀測 ，采取靜態(tài)相對定位，衛(wèi)星高度角 1°，時段長度

33、20min，采樣間隔10s。在 3 個點上同時安置 3 臺接收機(jī)天線（對中、 整平、定向），量取天線高，測量氣象數(shù)據(jù)，開機(jī)觀察，當(dāng)各項指標(biāo)達(dá)到要求時，按接收機(jī)的提示輸入相關(guān)數(shù)據(jù)，則接收機(jī)自動記錄，觀測者填寫測量手簿[5]。</p><p>　　GPS 測量的數(shù)據(jù)處理 GPS 網(wǎng)數(shù)據(jù)處理分為基線解算和網(wǎng)平差兩個階段，采用隨機(jī)軟件完成。經(jīng)基線解算、質(zhì)量檢核、外業(yè)重測和網(wǎng)平差后，得到 GPS 控制點的三維坐標(biāo)（見表 1

34、），其各項精度指標(biāo)符合技術(shù)設(shè)計要求。</p><p><b>　　圖1 GPS控制網(wǎng)</b></p><p><b>　　表1 GPS控制點</b></p><p>　　通過 GPS 在測量中的應(yīng)用，得到如下體會:第一，GPS 控制網(wǎng)選點靈活，布網(wǎng)方便，基本不受通視、網(wǎng)形的限制，特別是在地形復(fù)雜、通視困難的測區(qū)，更顯其優(yōu)越

35、性但由于測區(qū)條件較差，邊長較短（平均邊長不到 300m），基線相對精度較低，個別邊長相對精度大于 1／12 000。 因此，當(dāng)精度要求較高時，應(yīng)避免短邊，無法避免時，要謹(jǐn)慎觀測。第二，GPS 接收機(jī)觀測基本實現(xiàn)了自動化 、智能化，且觀測時間在不斷減少，大大降低了作業(yè)勞動強(qiáng)度，觀測質(zhì)量主要受觀測時衛(wèi)星的空間分布和衛(wèi)星信號的質(zhì)量影響。 但由于各點的選定受地形條件限制，造成樹木遮擋，影響對衛(wèi)星的觀測及信號的質(zhì)量，經(jīng)重測后通過。因此，應(yīng)嚴(yán)格按有

36、關(guān)要求選點，擇最佳時段觀測，并注意手機(jī)[6]、步話機(jī)等設(shè)備的使用。第三，GPS 測量的數(shù)據(jù)傳輸和處理采用隨機(jī)軟件完成 ，只要保證接收衛(wèi)星信號的質(zhì)量和已知數(shù)據(jù)的數(shù)量、精度，即可方便地求出符合精度要求的控制點三維坐標(biāo)。但由于聯(lián)測已知高程點較少（僅聯(lián)測 5 個），致使的控制點高程精度較低。因此，要保證控制點高程的精度，必須聯(lián)測足夠的已知高程點。</p><p>　　3 GPS的工程應(yīng)用與工作方法</p>

37、<p>　　3.1 GPS在控制測量中的應(yīng)用</p><p>　　在工程測量中，GPS 有其無可取代的優(yōu)越性。一些大型工程，例如鐵路、水壩的修建需要全局上的掌握，這時，傳統(tǒng)的測量方法面對如此大型的工程，就很是吃力了，但是 GPS 術(shù)就不存在這樣的問題，而且 GPS 可以直接提供三維的數(shù)據(jù)，在勘探設(shè)計階段，極大地方便了工程的進(jìn)行。在測設(shè)方格網(wǎng)的過程中，GPS 展現(xiàn)出的靈活性、適應(yīng)性都遠(yuǎn)在常規(guī)方式之上。因為

38、 GPS 的基站之間不需要相互通信，所以相對與常規(guī)測量方式，選點時的工作就簡單很多。也降低了經(jīng)濟(jì)成本，省掉了建立視標(biāo)的成本。但是，在這個過程中 GPS 技術(shù)也有其特殊的要求，選擇點位時，需要方便到達(dá)，以便放置標(biāo)石，而且選擇的地方需要視線開闊，沒有金屬物和障礙物，防止干擾電磁波。比如說大片的水面，高壓線網(wǎng)以及有大量金屬存在的建筑工地等。GPS 技術(shù)在工程測量中應(yīng)用最廣的，要算是RTK（Real-time kinematic），即實時動態(tài)差

39、分法。這是一種新的常用的 GPS 測量方法，以前的靜態(tài)、快速靜態(tài)、動態(tài)測量都需要事后進(jìn)行解算才能獲得厘米級的精度，而 RTK 是能夠在野外實時得到厘米級定位精度的測量方法，它采用了載波相位動態(tài)實時差分方法，RTK 技術(shù)可</p><p>　　目前我國土地資源緊張，許多沿海城市正在大規(guī)模進(jìn)行圍墾建設(shè)。但是圍墾工程大多遠(yuǎn)離岸邊，施工位置受潮汐影響嚴(yán)重，大部分施工項目需水上作業(yè)等原因使全站儀難以完成圍墾工程的測量工作，

40、但 GPS 不會受到影響。</p><p>　　3.2 GPS在碎步測量中的應(yīng)用</p><p>　　在平原地區(qū)，野地地形較簡單，但主要溝坎不可放過，因地勢較平坦，高程點可以稀一些，但有明顯起伏的地方，高處應(yīng)延坡走向有一排點，坡下有一排點，這樣畫出的等高線才不會變形，畫上溝坎后，等高線鉆進(jìn)溝坎，這樣等高線才不會相交。平原地區(qū)的房屋應(yīng)在一排房的兩邊控制，不可以用短邊兩點和長邊距離畫房，那樣誤

41、差太大。有必要時該上房則上房可以得到事半功倍的效果。有些地方無法看到，可用儀器把周圍打出來，里面的用鋼尺量，不要以為鋼尺量的不準(zhǔn)，實踐證明，量出來的和測的一樣準(zhǔn)，而且可以提高效率。測圖時一定要注意電桿的類別和走向以及是否有地下接口。有的電桿上邊是輸電線，下邊是配電線或通訊線，應(yīng)畫主要的。成行的電桿不必每一個都測，可以隔一根測一根或隔幾根測一根，因為這些電桿是等間距的，在做內(nèi)業(yè)時可用等分插點畫出,精度也很高,但有轉(zhuǎn)向的電桿一定要測。道路要

42、測一邊，量出路寬，這樣畫出來才好看。地下光纜不可放過，但有些光纜，例如國防光纜須經(jīng)某些部門批準(zhǔn)方可在圖上標(biāo)出。  在測山區(qū)時，主要是地形，但并不是點越多越好，做到山上有點，山下有點，確保山脊線，山谷線等地性線上有足夠的點，這樣畫出的等高線才想且不變形。在山區(qū)特別</p><p>　　GPS除了用于導(dǎo)航、定位、測量外，由于GPS系統(tǒng)的空間衛(wèi)星上載有的精確時鐘可以發(fā)布時間和頻率信息，因此，以空間衛(wèi)星

43、上的精確時鐘為基礎(chǔ)，在地面監(jiān)測站的監(jiān)控下，傳送精確時間和頻率是GPS的另一重要應(yīng)用，應(yīng)用該功能可進(jìn)行精確時間或頻率的控制，可為許多工程實驗服務(wù)。此外，據(jù)國外資料顯示，還可利用GPS獲得氣象數(shù)據(jù)，為某些實驗和工程應(yīng)用。</p><p>　　時間服務(wù)以GPS的時間為基準(zhǔn)，為領(lǐng)域內(nèi)的設(shè)備提供時間服務(wù)，是時間服務(wù)器基準(zhǔn)時間重要來源。</p><p>　　全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)GPS是開發(fā)的最具有開創(chuàng)意義

44、的高新技術(shù)之一，其全球性、全能性、全天侯性的導(dǎo)航定位、定時、測速優(yōu)勢必然會在諸多領(lǐng)域中得到越來越廣泛的應(yīng)用。在發(fā)達(dá)國家，GPS技術(shù)已經(jīng)開始應(yīng)用于交通運輸和交通工程。GPS技術(shù)在中國道路工程和交通管理中的應(yīng)用還剛剛起步，隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，高等級公路的快速修建和GPS技術(shù)的應(yīng)用研究的逐步深入，其在道路工程中的應(yīng)用也會更加廣泛和深入，并發(fā)揮更大的作用。</p><p>　　4 與常規(guī)測量比較及其優(yōu)缺點</p&g

45、t;<p>　　4.1 GPS的優(yōu)勢特點</p><p>　　相對于常規(guī)測量來說．GPS 測量主要有以下特點:第一，測量精度高,在小于 50km的基線上,其相對定位精度可達(dá) l × l0-6,在大于 l 000 km 的基線上可達(dá) l × l0-8;第二，測站間需通視,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；第三，觀測時間短,在進(jìn)行GPS測

46、量時,靜態(tài)相對定位每站僅需 20min 左右,動態(tài)相對定位僅幾秒鐘;第四儀器操作簡便,目前 GPS 接收機(jī)自動化程度越來越高,觀測人員只需對中、整平、量取天線高及開機(jī)后設(shè)定參數(shù),接收機(jī)即可進(jìn)行自動觀測和記錄;第五，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(jìn)行觀測,一般不受天氣狀況的影響;第六，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。</p&g

47、t;<p><b>　　4.1.1操作方面</b></p><p>　　GPS在實際的工程實踐中具有較多的優(yōu)點，以下便是幾個突出的：</p><p>　　第一，觀測時間短 隨著GPS系統(tǒng)的不斷完善，軟件的不斷更新，20km以內(nèi)相對靜態(tài)定位，僅需15-20分鐘；快速靜態(tài)相對定位測量時，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

48、；采取實時動態(tài)定位模式時，每站觀測僅需幾秒鐘。因而使用GPS技術(shù)建立控制網(wǎng)，可以大大提高作業(yè)效率。</p><p>　　第二，測站間無需通視 GPS測量只要求測站上空開闊，不要求測站之間互相通視，因而不再需要建造覘標(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，也可省去經(jīng)典測量中的傳算點、過渡點的測量工作。</p><p&g

49、t;　　第三，儀器操作簡便 隨著GPS接收機(jī)的不斷改進(jìn)，GPS測量的自動化程度越來越高，有的已趨于“傻瓜化”。在觀測中測量員只需安置儀器，連接電纜線，量取天線高，監(jiān)視儀器的工作狀態(tài)，而其它觀測工作，如衛(wèi)星的捕獲，跟蹤觀測和記錄等均由儀器自動完成。結(jié)束測量時，僅需關(guān)閉電源，收好接收機(jī)，便完成了野外數(shù)據(jù)采集任務(wù)。</p><p>　　如果在一個測站上需作長時間的連續(xù)觀測，還可以通過數(shù)據(jù)通訊方式，將所采集的數(shù)據(jù)傳送到數(shù)

50、據(jù)處理中心，實現(xiàn)全自動化的數(shù)據(jù)采集與處理數(shù)據(jù)采集與處理。另外，接收機(jī)體積也越來越小，相應(yīng)的重量也越來越輕，極大地減輕了測量工作者的勞動強(qiáng)度。</p><p><b>　　4.1.2精度比較</b></p><p>　　從工程測量的實施應(yīng)用中，我們可以充分看到GPS測量的越性，充分顯示了這一衛(wèi)星定位技術(shù)的高精度和高效益。</p><p>　　采用

51、GPS技術(shù)測設(shè)方格網(wǎng)，比常規(guī)方法適應(yīng)性更強(qiáng)。網(wǎng)形構(gòu)造簡單，點的疏密和邊的長短可靈活選取，即使離已知控制點較遠(yuǎn)也可以連接，并進(jìn)行控制網(wǎng)的定位和定向。它解決了點位間無法通視的困難，選點靈活，不需要高標(biāo)，外業(yè)施測不受天氣影響。測設(shè)大型(長邊)方格網(wǎng)和通視條件特別困難時，尤其能夠顯示其優(yōu)越性。盡管GPS本身在進(jìn)行測量時不受到通視條件的限制，但是，工程測量一般為小范圍測量并受到成本的限制。因此，在實際的工程測量中，仍然要考慮使用全站儀、經(jīng)緯儀、水

52、準(zhǔn)儀等常用且投入較少的儀器。這些常用的儀器一般都需要點與點之間相互通視，特別是在布設(shè)控制網(wǎng)時，點與點不能通視將會給測量工作帶來較多的麻煩和困難。特別是大型工程控制網(wǎng)中，如果點與點不通視，勢必影響網(wǎng)的強(qiáng)度和精度。因此，在工程測量中布設(shè)GPS控制網(wǎng)時，必要時應(yīng)當(dāng)盡量使較多的點互相通視[8]。</p><p>　　GPS方格網(wǎng)點位精度高、誤差分布均勻，不但能夠滿足規(guī)范要求，而且具有較大的精度儲備。采用點位中誤差作為方格

53、網(wǎng)測量精度指標(biāo)是可行的，它比用相對中誤差表示精度指標(biāo)更為合理。采用GPS方法布設(shè)大地控制網(wǎng)，因其圖形強(qiáng)度系數(shù)高，能夠有效地提高點位趨近速度。網(wǎng)形優(yōu)化比較方便。</p><p>　　采用GPS-RTK測設(shè)建筑方格網(wǎng)與常規(guī)測量法相比，效率可提高一倍以上，并能大幅度降低作業(yè)人員的勞動強(qiáng)度。一個參考站可有多臺流動站作業(yè)，流動站不需基準(zhǔn)站指揮，單人即可獨立作業(yè)。GPS技術(shù)以其獨特而強(qiáng)大的功能與優(yōu)點充分顯示了它在該領(lǐng)域發(fā)展的

54、優(yōu)越性，以及更大、更廣闊的發(fā)展空間。但在該領(lǐng)域?qū)嶋H施工過程中和后續(xù)工程的建設(shè)和監(jiān)測中也暴露出了一些不足。</p><p>　　GPS系統(tǒng)精確定位的關(guān)鍵就在于對衛(wèi)星和接收機(jī)之間距離的準(zhǔn)確計算，按照固定模式：距離=速度×時間，時間確定之后，速度按電磁波的傳播速度定。眾所周知電磁波在真空中的傳播速度很快，但大氣層不是真空狀態(tài)，信號要受到電離層和對流層的重重干擾。GPS系統(tǒng)只能對此進(jìn)行平均計算，在某些具體區(qū)域肯

55、定存在誤差；在大城市或山區(qū)由于高層建筑物及樹木等對信號的影響，也會導(dǎo)致信號的非直線傳播，計算時也會引入一定的誤差；與常規(guī)儀器進(jìn)行的控制測量一樣，使用GPS-RTK技術(shù)應(yīng)首先復(fù)核起算基準(zhǔn)點的精度起算點應(yīng)為高等級的控制點，并且起算基準(zhǔn)點和觀測點之間具有較好的位置分布。當(dāng)使用動態(tài)GPS-RTK進(jìn)行觀測時，基準(zhǔn)站的精度要經(jīng)過3到5個高等級控制點的連測、復(fù)核，確保基準(zhǔn)站坐標(biāo)在各個方位觀測情況下具有一致的精度[9]。</p><

56、p>　　GPS測量中所選擇的控制點位置的差異直接影響到觀測點位的精度。由于GPS測量是通過接收衛(wèi)星發(fā)射的信號經(jīng)過數(shù)據(jù)處理而得到點位坐標(biāo)(包括高程)的，任何可能影響信號接收的因素出現(xiàn)干擾時，所測定的點位坐標(biāo)都可能產(chǎn)生誤差。為此，在選擇測量點位時應(yīng)注意以下幾點：第一，點位視野開闊，向上15°，視角范圍內(nèi)應(yīng)盡量避免有障礙物。第二，盡量遠(yuǎn)離功率無線電發(fā)射源，間距應(yīng)不小于400m，遠(yuǎn)離高壓輸電線路，間距應(yīng)不小于200m。第三，遠(yuǎn)離

57、具有強(qiáng)烈干擾衛(wèi)星信號接收的物體，并盡量避開大面積的水域。第四，GPS測量成果與常規(guī)測量成果之間，不同型號GPS測量成果之間存在差異，有時相差比較大。GPS網(wǎng)在進(jìn)行平差計算時，邊長一般需要進(jìn)行兩項改正：第一歸算至大地水準(zhǔn)面的改正；第二歸算到高斯投影面上的改正。二維聯(lián)臺平差模型不能解決平面位置與高程位置統(tǒng)一的問題，而三維聯(lián)臺平差模型是一個多功能的可實現(xiàn)平差模型轉(zhuǎn)換的高級平差系統(tǒng)，平差得到的結(jié)果是點的三維空間位置及其精度，這對于點位及其分量的

58、全面分析和研究是極有利的。但在三維聯(lián)合平差時，需要地面點有相應(yīng)精度要求的大地高觀測值，這在某些情況下是難以實現(xiàn)的。在工程測量領(lǐng)域中，由于GPS定</p><p><b>　　5 結(jié)束語</b></p><p>　　隨著汽車、手機(jī)等高檔消費品的普及，中國正在成為全球衛(wèi)星定位導(dǎo)航系統(tǒng)（GPS）產(chǎn)業(yè)增長最快的市場之一。“十一五”期間，GPS在多個領(lǐng)域?qū)碛懈蟮陌l(fā)展空間。

59、然而，由于GPS在我國尚處于起步階段，與產(chǎn)業(yè)發(fā)展相配套的環(huán)境還不完善，制約了企業(yè)的創(chuàng)新和發(fā)展。致力于GPS產(chǎn)業(yè)發(fā)展的有識之士時刻關(guān)注著這些問題，并親自實踐探索其發(fā)展和突破之道。北京東方聯(lián)星科技有限公司總經(jīng)理張峻林是眾多探索者中的一員。有了更多這樣的有識之士，中國GPS產(chǎn)業(yè)的明天值得期待。</p><p>　　與GPS產(chǎn)業(yè)發(fā)達(dá)的國家相比，我國的GPS產(chǎn)業(yè)尚處于起步階段，與之配套的大環(huán)境還沒有形成，企業(yè)發(fā)展相對較難。

60、雖然中國企業(yè)自主研制的GPS核心技術(shù)產(chǎn)品已經(jīng)達(dá)到國際水平，甚至直接賣給國外的公司，但由于沒有適合產(chǎn)業(yè)發(fā)展的大環(huán)境，產(chǎn)業(yè)鏈沒有形成，許多相關(guān)配套產(chǎn)品都沒有企業(yè)提供。特別是能夠研發(fā)核心技術(shù)的企業(yè)太少，只有東方聯(lián)星、西安華訊、北京星科聯(lián)通等少數(shù)幾家，勢單力孤而是斥巨資購買國外的技術(shù)產(chǎn)品。如果這些企業(yè)能轉(zhuǎn)而利用國內(nèi)企業(yè)的核心技術(shù)，讓他們分一杯羹，不僅可以保證國內(nèi)企業(yè)的生存，還能打開GPS發(fā)展的大環(huán)境，推動我國衛(wèi)星導(dǎo)航事業(yè)的發(fā)展。</p&g

61、t;<p><b>　　參 考 文 獻(xiàn)</b></p><p>　　[1]段虎榮,焦勝軍. 最小二乘預(yù)估法在重力數(shù)據(jù)內(nèi)插的應(yīng)用[J].現(xiàn)代商貿(mào)工業(yè), 2008,(04)：24-28 .</p><p>　　[2]段虎榮,郭新成,丁寧. 最小二乘預(yù)估法在 GPS 高程轉(zhuǎn)換中的應(yīng)用[J].西安科技大學(xué)學(xué)報, 2006,(01) .</p>&l

62、t;p>　　[3]劉大杰.全球定位系統(tǒng)（GPS）的原理與數(shù)據(jù)處理[M].上海：同濟(jì)大學(xué)出版社，1996．</p><p>　　[4]周忠謨.易杰軍 .GPS 衛(wèi)星測量原理與應(yīng)用[M].北京:測繪出版社,1992.</p><p>　　[5]高成發(fā).GPS測量[M].北京人民交通出版社,1999.</p><p>　　[6]劉大杰.全球定位系統(tǒng)(GPS)的原理與

63、數(shù)據(jù)處理[M].上海:同濟(jì)大學(xué)出版社,2000.</p><p>　　[7]北京市測繪設(shè)計研究院.全球定位系統(tǒng)城市測量技術(shù)[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,1997.</p><p>　　[8]董昌周,黃甫.GPS在工程測量中的應(yīng)用[J].浙江科技學(xué)院學(xué)報,2004,(01):34-36.</p><p>　　[9]徐紹檢,張華海.GPS測量原理及應(yīng)用[M].武漢,

64、武漢大學(xué)出版2003,（02）:68-72.</p><p>　　GPS Application In the Engineering Survey and Discussion</p><p>　　Abstract: GPS is one of the commonly used measurement engineering instrument, which is a kind of

65、 global positioning system. With the rapid development of our economy, the extensive application in the engineering. Based on this, this paper mainly discusses the principle and method in engineeri- ng applications, to v

66、alidate based on large amounts of field operation. Analysis the advantages and disadvantages of the method from the data, find out the most efficient method. Finally, the future trend </p><p>　　Key words: Gl