关于基础测绘中的GPS系统测量技术探析
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摘要：GPS系统测量技术具有不同于传统测量技术的优点，可提高测绘精度、增加工作效率、节约人力物力、减少消耗。本文介绍了GPS系统的组成、特点、并分析了在基础测绘中的应用优势。对使用中遇到的问题给出了相应解决方法。
中图分类号：P228.4 文献标识码： A 文章编号：
0.引言
全球卫星定位系统 GPS(Global Positioning System )是由美国陆海空三军联合研制，兼高精度导航和定位的新型卫星导航系统。该系统的高度自动化和实用化受到广大测绘工作者的青睐，广泛的运用于定位服务领域、导航领域和测绘领域。而那些便于携带、体积小、重量轻的 GPS导航定位装置和具有极高精度的技术指标使得工程测量工作更准确便捷。
1.GPS系统测量技术
1.1GPS系统的构成
GPS 全球卫星定位系统由太空部分、地面监控部分和地面接收3 部分构成。空间部分是指由24颗GPS工作卫星构成的GPS卫星星座即空间星群。其中有21颗的作用是导航，剩下的3颗则是活动着的备用工作卫星。它们的运行周期大约是12个恒星时。地面监控部分是分布在全球各地的监控站所组成的控制系统。由于监控站的作用不同可以分为主控站、监控站以及注入站三类。监控站所做的工作是对卫星进行控制和修正，向卫星指令，当工作卫星出现故障时，调度备用卫星等。地面接收部分就是通常所说的用户部分，它是由GPS接收机、数据处理软件及相应的用户设备构成。用户通过这部分来接收21颗GPS卫星所发出的信号，从而完成测绘、导航、定位等工作。
1．2GPS测量的优点与特点
GPS测量的主要优点和特点如下：
1) 能够提供三维地心坐标。GPS测量的这个优点，在精确提供测点平面坐标的同时还可以给出相应的大地高程。它为研究大地水准面地形和地上点高程带来了便捷，也为航空测量、航空物探以及其他导航定位工作提供了高程数据。
2) 各个测点间无需通视。也就是说在选择测点时只要保证其上部空间开阔即可，各个测点之间是不需要通时的。这样选择的目的在于不干扰GPS系统的信号接收。这个特点省去了测量中架设过渡点，使得选点的操作性更强，更加灵活方便。
3操作简便化、自动化。操作简便体现在测绘人员只需进行仪器安装、整平、天线测高等简单的工作，收集数据和记录都是自动完成。如今越来越多的接收机将主机、天线和电池组合成一体机，重量轻便于搬运携带，实现一键式操作，自动化程度大大提高。
4）全球全天候连续作业。GPS系统的21颗工作卫星均布在6个轨道面上,可以覆盖全球,保证了在地球表面上任何时间、任何地点可同时有4~11颗工作卫星。这一特点使得观测不再受地域与时间的限制，除了不宜进行观测的雷雨天气外，也不受天气状况的限制。
5）定位精度高。在各种应用实践测绘中证明，GPS系统在测量中的精度会受到测量距离的影响，测量距离越长精度越高。
2 GPS测量技术在测绘工作中的应用
GPS全球定位系统能够在测绘工作中得到广泛的应用, 主要依赖于那些传统测量技术所不具备的优点，如全天候作业、能提供精准的高程数据、不受时间地域限制，实时监控等。它简化了操作过程的同时并没有降低测量精度反而使精度提高，同时也把测量的区域加大形成测量网络，轻松完成大距离间的测绘工作。在测绘工作中主要使用了GPS测量技术的两大功能: 静态定位功能和动态定位功能。静态定位功能的操作简便，只需通过数台地面接收设备接收卫星信息便可,同时同步对进行观测后将测量结果交给专业人员就能确定某点的三维坐标。 动态定位功能是选取精确的控制点，通过卫星系统, 对已知坐标点进行实地放样。
2. 1 应用于控制测绘
在传统的控制测绘中一般运用三角测量、导线测量等方法，通过在国家高级控制点的基础上布设多个其他控制网点，来完成对次级控制网点的加密。这样的方法不仅费时费力，其精度也不能及时掌握。而GPS静态功能是改变了控制测绘的这一不足，使得控制测绘体系得以改善。GPS系统测量的特点无需测点之间通视，不仅提高了控制工作的可操作性而且加大了测量的精度。有效的节约了资金，并使得测量人员更方便的完成复核工作。
2.2 应用于地形测绘
相对于GPS系统的静态定位功能，动态定位功能（RTK）不仅能提供实时定位结果的数据还能提供定位精度的数据。因为静态、快速静态、动态测量都要在测量后进行计算才能得到测点精度数据，因此实时动态定位优势明显。它有效的提高了野外作业的效率，在地形测绘、实地放样等测绘作业中运用广泛。
由于在地形测绘中地面地形复杂多面，尤其在山区地势起伏，高差大，有时还涉及路线走向，让测绘工作难度加大，工作效率低，精度降低。采用实时动态技术，就能够在GPS控制点架设基站观测点后，实现多个GPS流动站点同时测绘的操作。节约了大量的物力人力，其效率也是普通测绘方法的3倍。因此在公路路基施工、桥梁选线、涵洞及其他形式的放样等工程中被普遍应用。
2.3 应用于虚拟现实模型
传统的测绘的缺点在于需要投入大量的人力物力，测绘精度不能够保障，并且在地形复杂的区域测绘经常会有安全事故发生。利用 GPS虚拟现实技术进行测绘就可以避免了此类安全意外的发生。GPS的虚拟现实技术能够构建一系列的三维图像在计算机中，GPS这种虚拟技术拥有极高的逼真性，交互作用较强。通过建立建立虚拟模型完整的展现出测绘工作的全部过程，并对存在的安全问题给出提示，大大增加了复杂地形的测绘的安全性。建立虚拟模型还可以发现在测绘全过程中存在的问题，及时进行调整，增强了测绘的技术性和可操作性。
3 GPS使用中存在的问题及预防措施
3. 1 GPS信号接收不稳定
GPS测量技术在某些地区使用会出现信号不稳定和测量精度偏低的情况。造成这一现象的主要原因是: 测绘地区地形复杂，地面上存在遮挡GPS信号的构筑物，或是附近有干扰信号的建筑物; 在远离GPS基站的地区测量；多路径效应也能够使GPS测量定位精度降低。
预防措施有:
( 1) 选择遮挡物少，地势高的流动GPS测站点。
( 2) 避免架设过多的过渡点，选取适当的距离不要远离GPS基站点。
3. 2 GPS接收卫星数据受时间段影响
GPS测量仪器使用过程中，往往在某个时间段内会接收到多达8、9颗的卫星数据，有时候却只有4颗。因此，在测量的同时认真记录出现在测量区域的卫星数目，并挑选适当的时间段进行测量工作。
3. 3 GPS可靠性差，精度不够
出现精度不够，可靠性差的原因很多，可以采取下列预防措施来提高GPS定位的精度和可靠性:
( 1) GPS接收机设备选用性能可靠、能有效减弱多路径效应的，在使用过程中减少对GPS 仪器的损耗。
( 2) 优化测量方案，并且创造有利于观测条件。
( 3) 条件允许可以利用传统测量技术进行校检。
4.结论
GPS测量技术在各类测绘工作中优势明显、发展前景广阔:
1) GPS测量技术使用限制少。它的操作不受空间和距离限制,方便在地形条件复杂地区进行测绘工作。
2) GPS测量技术改变传统测量的模式。能够实时给出观测点的空间三维坐标，测量精度较高，操作自动化，不受人为因素影响。
3) GPS测量技术能够降低人力物力的投入，减轻劳动强度，缩减工作程序与工作量，效率提高。
参考文献：
[1]全球定位系统城市测量技术规程[S].北京：中国建筑工业出版社，1997.
[2]全球定位系统（GPS）测量规范[S]．GB/T18314-2001．
[3]魏二虎,黄劲松.GPS测量操作与数据处理[M].武汉: 武汉大学出版社,2004.