论卫星导航定位系统在工程测量中的应用

来源:用户上传      作者: 庞丽淑

　　【摘要】 本文简要论述了GPS定位系统的工作原理，定位系统的构成，定位系统的优越性，定位系统的应用。
　　【关键词】 GPS 工程测量 应用
　　经近10年我国测绘等部门的使用表明，GPS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。
　　一、结构
　　（1）GPS空间卫星星座由21颗工作卫星和3颗在轨备用卫星组成。24颗卫星均匀分布在6个轨道平面内，轨道平面的倾角为55°，卫星的平均高度为2O200km，运行周期为11h58min。卫星用L波段的两个无线电载波向广大用户连续不断地发送导航定位信号，导航定位信号中含有卫星的位置信息，使卫星成为一个动态的已知点。在地球的任何地点、任何时刻，在高度角15°以上，平均可同时观测到6颗卫星，最多可达到9颗。
　　（2）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卫星的观测数据，计算各卫星的轨道参数、钟差参数等，并将这些数据编制成导航电文，传送到注入站，再由注入站将主控站发来的导航电文注入到相应卫星的存储器中。
　　（3）GPS用户设备由GPS接收机、数据处理软件及其终端设备（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信号，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（测站点）的三维坐标。
　　二、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3颗（A、B、C）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，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]
　　三、优越性
　　GPS观测的精度明显高于一般常规测量，在小于50km的基线上，其相对定位精度可达1×10－6，在大于1000km的基线上可达1×10－8。测站间无需通视。GPS测量不必测站间相互通视，可根据实际需要确定点位，使得选点工作更加灵活方便。随着GPS测量技术的不断完善，软件的不断更新，在进行GPS测量时，静态相对定位每站仅需20min左右，动态相对定位仅需几秒钟。目前GPS接收机自动化程度越来越高，操作智能化，观测人员只需对中、整平、量取天线高及开机后设定参数，接收机即可进行自动观测和记录。GPS卫星数目多，且分布均匀，可确保在所有时间、所有地点连续进行观测，一般不受天气状况的影响。GPS测量可同时精确测定测站点的三维坐标，其高程精度已可满足四等水准测量的需求。GPS技术以其独特而强大的功能与优点充分显示了它在该领域发展的优越性，以及更大、更广阔的发展空间。
　　四、应用
　　工程测量一般为小范围测量并受到工程成本的限制。因此，在实际的工程测量中，仍然要考虑使用全站仪、经纬仪、水准仪等常用且投入较少的仪器。这些常用的仪器一般都需要点与点之间相互通视，特别是在布设控制网时，点与点不能通视将会给测量工作带来较多的麻烦和困难。特别是大型桥梁控制网中，如果点与点不通视，势必影响网的强度和精度，进而影响到桥梁本身的精度。因此，在工程测量中布设GPS控制网时，必要时应当尽量使较多的点互相通视。
　　使用GPS-RTK技术应首先复核起算基准点的精度，起算点应为高等级的控制点，并且起算基准点和观测点之间具有较好的位置分布。当使用动态GPS-RTK进行观测时，基准站的精度要经过3～5个高等级控制点的连测、复核，确保基准站坐标在各个方位观测情况下具有一致的精度。根据GPS作业调度表的安排进行观测，采取静态相对定位，卫星高度角15°，时段长度45min，采样间隔10s。在3个点上同时安置3台接收机天线（对中、整平、定向），量取天线高，测量气象数据，开机观察，当各项指标达到需求时，按接收机的提示输入相关数据。GPS网数据处理分为基线解算和网平差两个阶段，采用随机软件完成。经基线解算、质量检核、外业重测和网平差后，得到GPS控制点的三维坐标。
　　

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