摘 要：本文介紹了GPS的概念，分析了GPS的特點，講解了GPS在工程測繪中的使用過程，最后分析了GPS未來的發展趨勢。
關鍵詞：全球定位系統;工程測繪;應用
Abstract: This paper introduces the concept of GPS, analyzes its characteristics, explains its use process in engineering surveying and mapping, and finally analyzes the future development trend of GPS.
Key words: the global positioning system; engineering surveying and mapping; application
中圖分類號：TU2 文獻標識碼： A文章編號：2095-2104(2012)
與以往傳統的工程測繪方法對比，GPS測繪更具時代性意義，同時其定位精準、成本較低、點間無需通視，更重要的是不受自然天氣因素影響，另外設備本身輕巧方便，操作科學簡單，經過二十多年的努力實踐證明，GPS定位系統是一個準確精度高、全球全天候的智能無線電導航，在工程測量中得到了廣泛的應用。
1 全球定位系統 GPS 的介紹
1.1 GPS中文譯為“全球定位系統”或者“星實時測距導航”。該系統于20世紀70年代由美國陸?？杖娐摵辖M織研制。GPS通過衛星發射在全球范圍內無線電信號進行定位導航，全球覆蓋率高達98%，它的建成對美國重大航天技術的建成具有重要意義，標志著美國導航技術的時代性進步。GPS不但可以運用到國家軍事國防建設服務領域中，同時在民用上也被廣泛應用，而GPS定位技術的逐步成熟，也促使測繪技術掀起新的科學技術革命，推動了測繪領域的應用發展。
2 GPS 定位系統的特點
2.1 觀測時間短
隨著 GPS系統的不斷完善，軟件水平的不斷提高，觀測時間已由以前的幾小時縮短至現在的幾十分鐘，甚至幾分鐘，目前采用靜態相對定位模式，觀測 20km 以內的基線所需觀測時間，對于雙頻接收機僅需 15～20min; 采用快速靜態相對定位模式，當每個流動站與基準站相距在 15km 以內時，流動站觀測時間只需1—2min; 采取實時動態定位模式，流動站出發時觀測1～2min 進行動態初始化，然后可隨時定位，每站觀測僅需幾秒鐘。因而用GPS技術建立控制網，可以大大提高作業效率。
2.2 定位精度高
目前，GPS測量基線的精度已經由過去的10-7提高到1O-6，而GPS靜態相對定位的精度也提高到了毫米級甚至亞毫米級，尤其是高程精度也達到了毫米級。GPS實時動態定位精度也有顯著性的突破，可以達到厘米級的定位精度，可以滿足各種工程測量的要求。大型建筑物、構筑物變形監測，在采用特殊的觀測措施、精密星歷和適當的數據處理模型和軟件后，平面精度可達亞毫米級，高程精度可穩定在 lmm左右。
2.3測站間無需通視
經典測量技術均有嚴格的通視要求，必須建造大量的規標，這給經典測量的實施帶來了相當的困難。GPS測量只要求測站上空開闊，與衛星間保持通視即可，不要求測站之間互相通視，因而不再需要建造規標。這一優點既可大大減少測量工作的經費和時間(一般造標費用約占總經費的 30～50%)，同時也使選點工作變得非常靈活，完全可以根據工作的需要來確定點位位置，也可省去經典測量中的傳算點、過渡點的測量工作。
2.4 可提供全球統一的三維地心坐標
工程使用中需要將三維的GPS基線向量觀測值及其方差陣投影轉換到工程坐標系的二維平面上，即將GPS基線網投影變換成工程使用測量控制網。其轉換的核心是使GPS基線向量網與常規地面網測量控制點原點重合，起始方向一致。為便于工程使用，要求由轉換的控制點坐標直接反算的邊長與實地量得的邊長，在長度GPS在工程測繪上的應用與發展上應該相等，即由歸算投影改正而帶來的變形或改正數，不得大于工程各階段的精度要求。
3 GPS 測量過程實施
3.1 選點以及建立標志
基于GPS測量站內部之間不要求通視，并且網行結構體系較為靈活，因此選點工作的順利進行就得以保證，實現了簡便的測量，要比常規測量方式更加省時高效; 也省去了建立視標的費用，降低經濟成本。但作為GPS技術在工程測繪測量過程實施環節中有它的自身特性要求，要求滿足:選點位置要選擇交通方便、接收設備容易安裝、視野開闊的點位，以保證地面控制網能夠進行常規聯測;同時選點位置要盡量避免電磁波反射、吸收、干擾的金屬以及障礙物。諸如，高壓線、有線電臺、高層建筑施工現場、水區等; 選點位置確立后，應做標志，埋放標石，用來方便保存。最后，應繪制點之記、GPS網選點圖，作為提交的選點技術資料。
3.2 外業觀測
外業觀測是指GPS通過衛星導航系統，將接收采集而來的信號對測量工作進行接收操作和觀測記錄，以及準確定位安裝天線的作業流程。外業觀測應予嚴格執行技術設計操作規范進行科學操作、實施，以求協調好外業觀測的具體進程安排，高效科學合理地提高進程質量。在完成外業觀測的作業流程進度之前，要對選定的接收設施實行嚴格的檢驗。目前GPS接收機的自動化程度相當高，一般僅需按動若干功能鍵，就能順利地自動完成測量工作;并且每做一步工作，顯示屏上均有提示，做到實時記錄，減少外作用操作量。觀測記錄的形式一般有兩種: 一種由接收機自動形成，并保存在機載存儲器中，供隨時調用和處理。另一種是測量手薄，工作量大，需要有人隨時記錄。觀測記錄是GPS定位的原始數據，也是進行后續數據處理的唯一依據，必須妥善保管。
3.3 成果檢測和數據有效處理
外業檢測是檢測觀測成果的必要作業工序，它是實現觀測質量以及預期定位精準度的重要程序，因此，當觀測工作任務完成時，務必在測區要盡快對外業技術數據進行細致檢驗;同時根據實際的過程可以做出必要的重測或者施行補測舉措;對照相關的技術規范，對各項檢核任務加以謹慎檢查，以保證測量過程準確無誤，之后才能運用平差計算方式對其數據進行有效處理。GPS測量技術的運用，是采用連續同步的觀測方法，其觀測時間大概15s就自動實時做出數據記錄，實時測量的數據與信息量可謂龐大，只是一般常規通用的測量方法無可比擬的;另外，以數學模型、常規算法等方式測量處理過程相當復雜。實際工作中，借助電子網絡計算機，對數據進行加工分析，自動化處理，這也是GPS被廣泛使用到工程測繪的具體原因之一。
4 GPS 技術在工程測繪方面上的應用與發展
GPS 對于經典的測繪領域是一次重大的技術突破。一方面，它使經典的測量理論與方法產生了深刻的變革，另一方面，也進一步加強了測量學科與其它學科之間的相互滲透，從而促進了測繪科學技術的現代化發展。因此它的出現吸引了世界各國眾多科學家的廣泛興趣和普遍關注，也導致了測繪行業發生了根本性的變革。
在工程測量方面，建立區域性的GPS網，包括城市或礦區GPS網，各種GPS工程網以及GPS綜合服務網等，這類網是指國家C、D、E級 GPS網或專為工程項目布測的工程GPS網，即應用GPS靜態相對定位技術，布設精密工程控制網，用于城市和礦區油田地面沉降監測、大壩變形監測、高層建筑變形監測、隧道貫通測量等精密工程。這類網的特點是控制區域有限(或一個市或一個地區)，邊長短(一般從幾百米到20km) ，觀測時間短(從快速靜態定位的幾分鐘至一兩個小時)，精度要求高，使用頻繁，其主要任務是直接為國民經濟建設服務。GPS 用于工程測量的主要目的是測取觀測點的坐標，根據精度要求不同、作業模式不同和儀器不同，有靜態作業模式和動態作業模式。但是，不同工程項目起算點的基本情況不同，計算過程中應剔去粗差部分并力求靈活應用。另外，我們可以看出通過這種方法求得的坐標可能與當地坐標存在一定的間隙，工程項目的輔助設施與外部銜接時應引起注意。
5 結束語
作者對全球定位系統GPS作了簡單介紹，概括了與以往測繪技術相比GPS具有的技術優勢，重點對GPS測量實施過程的選點、建立標志、成果檢測與數據處理等以及GPS在測繪中的應用進行了簡單分析，以推動測繪領域的發展。
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