GPS技术在测量中的运用

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[摘要]本文对gps的定义、构成、原理、特点进行概述，再对GPS测量的设置、测量过程与注意事项进行说明。

[关键词]GPS 测量

[中图分类号] P228.4 [文献码] B [文章编号] 1000-405X（2013）-7-218-2

1GPS技术概述

1.1定义

所谓GPS（Global Positioning System）即导航卫星定时测距系统，也称全球定位系统。它是美国国防部在1983年底建成的军民两用卫星导航定位系统，它通过定时和测距对空间交会进行定位，能为全球用户提供三维座标、三维速度、时间信息。

1.2原理

GPS是将高速运动的卫星瞬间位置作为已知的数据，使用空间距离后方交会的方法进行计算，确定GPS信号接受机的位置。

根据这个原理，在地面上一点安装GPS接收机，如果此时可以确定GPS信号到达接收机的时间为t，那么可以通过公式进行计算：

公式中：

x，y，z，Vto未知；

Di=cti（i=1，2，3，4）；

di（i=1，2，3，4）是卫星（1，2，3，4）信号到达接收机所用的时间；

C为GPS传播速度（为光速）；

X，y，z为待测目标的空间直角座标；

xi、yi、zi（i=1、2、3、4）为卫星（1，2，3，4）在t时刻的空间直角座标；

Vti（i=1、2、3、4）为卫星（1，2，3，4）的卫星钟钟差，它由于卫星星历提供；

以上四个未知可通过公式得到。

以上公式通过天上至少4颗GPS定位（为求精准，需要至少4颗以上）的信号，根据信号到达GPS接收机的时间差，算出自己距离卫星的位置，由于定位卫星的座标是已知的，所以通过该公式求出各种需要的数值。

1.3优点

1.3.1对地形没有特殊的要求

GPS测量只需要三个条件：基准接收站（地面部分），它需要建立在已知坐标的参考点位上，该接收站只需要上空视野开阔，能连续接收可视的GPS卫星信号即可；GPS信号接收机（用户部分），它需要安装支持实时动态差分的软件系统；信息数据链，它能将测站坐标、观测值卫星跟踪状态、接收机工作状态通过数据链的形势发送出去。只要满足三个条件即可完成测量活动。

1.3.2能精准测量

以基准接收站为圆心，GPS的精准度俏皮时以上观测的结果通过计算，平面误差小于1mm，它的精确度与红外仪不相上下，距离基准接收站越远，精确度越高。

1.3.3三维定位实现

GPS测量时，不仅能确定平面的位置，同时能测出该观测站的高程。

1.3.4确定定位时间短

使用GPS进行定位，只需要在测定的点上站30-40秒左右，如果使用静态定位方法，则可以达到20KM以内静态相对定位，仅用10-15分钟完成，如果进行RTK测量，流动站与参考之间的距离如果在150KM以内，则确定定位只需要1-2分钟就能得到三维定位。

1.3.5操作方便

GPS的测量，只需要一名测量员即可完成操作，测量员主要安装开关仪器、量出仪器的高、保证仪器的工作状态，然后手持一部GPS接收机，其它测量功能全部由于仪器自动完成。

1.3.624小时全天测量

GPS的测量不受天气的影响，在任何地点、任何时间都可以进行完成。

1.3.7应用广泛

GPS定位系统已经应用到各行各业中，尤其在DGPS技术与RTK实时差分定位系统进一步发展，美国AS技术的解除，GPS测量的精度比以前更高，它广泛应用在导航、实时监控、石油勘测、地质勘测、测绘与放样等等需要精准定位的地方。

2GPS技术在测量中的应用

2.1GPS设置

2.1.1GPS基准接收站的选点

基准站要建立在适合接受信息的地方，比如视野开阔、上空没有遮挡物、周围没有对电磁波接收有干扰的物体，比如其它电磁波物体的干扰，大面积水域的干扰等等。

2.1.2设置天线

天线的设置要求要设置对中、整平、定向、量测天线的高度等等工作。在进行静态相对定位时，要将天线设立在三角架上，与原先设定好的标志中心直接对中，天线基座的圆水准气泡要居中，天线的定向标志朝正北方，定向误差要小于3-5度，测量天线高是指天线的相位中心到观测点中心的垂直距离。

2.1.3设置GPS接收机

安置完基准接收站的天线，将GPS接收机先距离不远的地方进行试测，确定电源、天线的连接电缆等都能正常进行，即可在特定的时间、地点打开电源，使用接受机实测。

2.2GPS测量

2.2.1测量任务

GPS的测量任务主要是捕匹敌GPS卫星的信号，对它发出的信号进行跟踪、接收、处理，最后获得需要的定位信息、观测数据等。

2.2.2测量记录

所谓的测量记录分两种，一种是手动记录，它是由于观测人员填写，记录的内容是GPS定位的过程和原始数据，这是对后续数据进行处理与验证的重要依据，居然详细、准确的填写；一种是自动记录，它是GPS接收机通过软件进行计算或处理过的数据，测量人员可以随时调用。

2.2.3测量校核

对测量出的结果进行校核是对测量的结果进行预期定位精度与保证测量质量的重要内容，在测量任务结束以后，对测量的结果必须按照相关的规定进行严格检查、分析，通常来说，测量结果精度不高，与环视状况不佳有关，如果出现测量精度不合格的数据要重新测量或者补测，比如选择更好的观测时间或者内业基准线等等，只有校核无误，才可以进行数据处理。

2.2.4数据处理

数据处理的内容一般为预处理、平差计算、坐标系统转换换（或已有地面网的联合平差）。

2.3测量中的注意事项

2.3.1精度问题

在使用GPS进行测量时，必须跟踪4颗以上卫星才能进行数据存储，以免出现精度不够。

2.3.2指示灯的问题

注意数据存储灯的状况，它表示数据存储的情况，比如，慢闪则表示正在存储数据，快闪则表示正在存储数据，但是数据已经快到存储的极限；灯灭表示存储结束或存储已达极限；电池的LED指示灯绿色表示使用状况，黄色代表待用状态，绿灯常亮表示电池量足够，绿灯慢闪表示电量已到极限，黄灯慢闪表示电池坏了，灯灭表示无电状况。

2.3.3数据处理的问题

对于测出的数据要即时导出，以免下次作业出现存储卡不够的现象，影响测量效率。

2.3.4精度问题

GPS虽然测量精准度很高，但由于它本身的特色也有其自身的局限，在选择使用GPS测量以前要作好综合考量。

参考文献

[1]黄声享，郭英起，易庆林.GPS在测量工程中的应用[J].北京：中国测绘出版社，2007.

[2]李征航，黄劲松.GPS测量与数据处理[J].武汉：武汉大学出版社，2005.