探索全球定位系统在工程测量中的应用
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[摘要]（GPS ）全球定位系统是美国研制并在 1994 年投入使用的卫星导航与定位系统。其应用技术已遍及国民经济的各个领域。投入使用以来以全天候、高精度、自动化、高效益等显著特点，赢得广大测绘工作者的信赖，并成功地应用于大地测量、工程测量、航空摄影测量、运载工具导航和管制、地壳运动监测、工程变形监测、资源勘察、地球动力学等多种学科，从而给测绘领域带来一场深刻的技术革命。本文将以****土地权属勘界项目为例，概略叙述GPS系统在地籍控制测量中的应用。
[关键词] GPS定位系统；地籍测绘；控制测量；应用
中图分类号：P273文献标识码： A 文章编号：
应用GPS 全球定位系统在地籍测量中的应用，在最近的两年得到了迅速推广，这主要依赖于GPS系统可以向全球任何用户全天候地连续提供高精度的三维坐标、三维速度和时间信息等技术参数。我们先了解一下GPS 系统的组成，工作原理以及在测量领域的应用特点。
1、GPS 系统的组成：GPS 全球定位系统由空间卫星群和地面监控系统两大部分组成，除此之外，测量用户当然还应有卫星接收设备。
空间卫星群。GPS 的空间卫星群由 24 颗高约 20 万公里的 GPS卫星群组成，并均匀分布在6 个轨道面上，各平面之间交角为60°，轨道和地球赤道的倾角为55°，卫星的轨道运行周期为11 小时58 分，这样可以保证在任何时间和任何地点地平线以上可以接收4 到 11 颗GPS 卫星发送出的信号。
GPS 的地面控制系统。 GPS 的地面控制系统包括一个主控站、三个注入站和五个监测站，主控站的作用是根据各监控站对GPS 的观测数据计算卫星的星历和卫星钟的改正参数等并将这些数据通过注入站注入到卫星中去；同时还对卫星进行控制，向卫星指令，调度备用卫星等。监控站的作用是接收卫星信号，监测卫星工作状态。注入站的作用是将主控站计算的数据注入到卫星中去。GPS 地面控制系统主要设立在大西洋、印度洋、太平洋和美国本土。
GPS 的用户部分由 GPS 接收机、数据处理软件及相应的用户设备如计算机、气象仪器等组成，其作用是接收GPS 卫星发出的信号，利用信号进行导航定位等。
2、GPS 测量的误差源和应用特点
2.1 GPS测量的误差源
GPS 测量误差按其生产源可分 3 大部分：GPS 信号的自身误差，包括轨道误差 （星历误差） 和 SA，AS 影响；GPS 信号的传输误差，包括太阳光压，电离层延迟，对流层延迟，多路径传播和由它们影响或其他原因产生的周跳；GPS 接收机的误差，主要包括钟误差，通道间的偏差，锁相环延迟，码跟踪环偏差，天线相位中心偏差等。
2.2 GPS定位网的设计
由GPS 测量的误差源可以看出，GPS 网的设计已免除了测角、边角同测和测边网等的传统要求。它不需要点间通视，也不需要考虑布设什么样的图形，也就更不需要考虑图形强度，不需要设置在制高点上（哪里需要就可以设置在哪里）。所以GPS 网的设计是非常灵活的。1.3 GPS测量的技术特点相对于常规的测量方法来讲，GPS 测量有以下特点：1） 测站之间无需通视。2） 定位精度高。3） 观测时间短。4） 提供三维坐标。 5）操作简便。6） 全天候作业。
3、原理
GPS 系统是一种采用距离交会法的卫星导航定位系统。在需要的位置 P 点架设 GPS 接收机，在某一时刻，同时接收了4颗（A、B、C、D）以上的 GPS 卫星所发出的导航电文，通过一系列数据处理和计算可求得该时刻 GPS 接收机至 GPS 卫星的距离SAP、SBP、SCP、SDP，同样通过接收卫星星历可获得该时刻这些卫星在空间的位置（三维坐标）。从而用距离交会的方法求得 P 点的维坐标（Xp,Yp，Zp），其数学式为：
SAP2=[（Xp-XA）2+（Yp-YA）2+（Zp+ZA）2]
SBP2=[（Xp-XB）2+（Yp-YB）2+（Zp+ZB）2]
SCP2=[（Xp-XC）2+（Yp-YC）2+（Zp+ZC）2]
SCP2=[（Xp-XD）2+（Yp-YD）2+（Zp+ZD）2]
4、 GPS 系统在实际测量工作中的应用
4.1 收集资料
本次作业前所收集到的资料为**管理处提供的1∶25000 地形图、1∶10000 地形图、1∶500 地形图，及我院收集的有关国家级Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ等三角点控制成果。通过对整个测区进行实地踏勘，本测区内收集到的国家级控制点能够满足本次作业的控制精度要求。本次作业除市区内的东和平渠、西和平渠、西北渠、湟渠、东西交汇渠采用95 ****直角坐标系外，其余均采用1954 年北京坐标系。利用国家级的Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ等三角点控制成果、****城市测绘院的E级GPS 控治点（市区内） 作为首级控制，采用GPS 分段加密布设控制点作为起始数据。
4.2 外业工作步骤及作业方法
平面控制网的布设。根据设计要求，对本测区的大地控制点分别进行核实，经检查无误后，进行联测，布设平面控制网。本测区选定新工兵仓库（Ⅳ）、 宣仁墩（Ⅰ）、下四宫（Ⅰ）、机南（Ⅲ） 等国家级三角控制点为首级控制点，市区内选定城市坐标系的控制点XHP177 （E 级）、HP142 （E 级）、XRD （E 级） 为首级控制点，采用GPS 双频接收机 3 测方式进行施测布设 GPS 控制网点（E 级），测区内共布设出GPS 控制点775 个。
界址点位的设置、埋设及编号。埋设界址点之前，首先由****市国土资源局、****市**管理处及**国土资源规划研究院三方，在实地土地权属调查的基础上进行土地确权工作。按照****市人民政府关于地块确权工作的有关规定，确定权属范围，并与有关单位签定协议，确保本次土地确权工作的顺利进行。界址点点位设置、埋设及编号是由****市国土资源局与**管理处根据实地情况，共同选定界址点点位，埋设永久性界桩。应用RTK测量可以用于工程的控制测量是非常有效的新技术。原来10 人150 天的外业任务，使用 GPS 测量仅用 4 人 55 天完成，可见利用GPS 测量能大大提高作业的效率，减轻劳动强度，保证了高等级土地测设质量。
结束语
通过以上对GPS 测量的应用事例的探讨，可以看出GPS 在地籍控制测量中具有很大的发展前景：
GPS 作业可以大大提高工作及成果质量。它不受人为因素的影响。整个作业过程全由微电子技术、计算机技术控制，自动记录、自动数据预处理、自动平差计算。
GPSRTK技术将彻底改变原有测量模式。RTK能实时地得出所在位置的空间三维坐标。这种技术非常适合山区等困难地区的勘察。它可以直接进行实地实时放样、中桩测量、点位测量等。
GPS 测量可以极大地降低劳动作业强度，减少野外砍伐工作量，提高作业效率。一般GPS 测量作业效率为常规测量方法的3 倍以上。
4） GPS 高精度高程测量同高精度的平面测量一样，是 GPS测量应用的重要领域。特别是随着当前农村向城镇化建设步伐的加快，往往由于这些地区地形条件的限制，实施常规的几何水准测量有困难，GPS 高程测量无疑是一种有效的手段。
参考文献
［1］张勤，李家权．GPS测量原理与应用[M].北京：科学出版社,2005．
［2］孔祥元，郭际明，刘宗泉．大地测量学基础．武汉：武汉大学出版社,2001．