試論房屋構建GPS新型測量體系特征

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摘要：gps全球定位系統作為新形式測量系統，已廣泛用于大地測量、工程測量、航空攝影測量以及地形測量等各個方面。GPS全球定位系統（GlobalPositioningSystem）在公路工程測量中的應用，在最近的兩年得到了迅速推廣，這主要依賴于GPS系統可以向全球任何用戶全天候地連續提供高精度的三維坐標、三維速度和時間信息等技術參數。

關鍵詞：全球定位系統；工程測量；特點；應用

GPS全球定位系統由空間衛星群和地面監控系統兩大部分組成，除此之外，測量用戶當然還應有衛星接收設備。

①空間衛星群GPS的空間衛星群由24顆高約20萬公里的GPS衛星群組成，并均勻分布在6個軌道面上，各平面之間交角為60°，軌道和地球赤道的傾角為55°，衛星的軌道運行周期為11小時58分，這樣可以保證在任何時間和任何地點地平線以上可以接收4到11顆GPS衛星發送出的信號。

②GPS的地面控制系統GPS的地面控制系統包括一個主控站、三個注入站和五個監測站，主控站的作用是根據各監控站對GPS的觀測數據計算衛星的星歷和衛星鐘的改正參數等并將這些數據通過注入站注入到衛星中去；同時還對衛星進行控制，向衛星指令，調度備用衛星等。監控站的作用是接收衛星信號，監測衛星工作狀態。注入站的作用是將主控站計算的數據注入到衛星中去。GPS地面控制系統主要設立在大西洋、印度洋、太平洋和美國本土。

③GPS的用戶部分由GPS接收機、數據處理軟件及相應的用戶設備如計算機、氣象儀器等組成，其作用是接收GPS衛星發出的信號，利用信號進行導航定位等。

一、GPS定位原理

GPS系統是一種采用距離交會法的衛星導航定位系統。在需要的位置p點架設GPS接收機，在某一時刻ti同時接收了三顆(a、b、c)以上的GPS衛星所發出的導航電文，通過一系列數據處理和計算可求得該時刻GPS接收機至GPS衛星的距離sap、sbp、scp，同樣通過接收衛星星歷可獲得該時刻這些衛星在空間的位置（三維坐標）。從而用距離交會的方法求得p點的維坐標（xp，yp，zp），其數學式為：

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]

式中（xa，ya，za），（xb，yb，zb），（xc，yc，zc）分別為衛星a，b，c在時刻ti的空間直角坐標。

在GPS測量中通常采用兩類坐標系統，一類是在空間固定的坐標系統，另一類是與地球體相固聯的坐標系統，稱地固坐標系統，我們在公路工程控制測量中常用地固坐標系統。有利于表達地面控制點的位置和處理GPS觀測成果，因此在測量中被廣泛的應用。

二、GPS測量的技術特點

2.1測站之間無需通視測站間相互通視一直是測量學的難題。GPS這一特點，使得選點更加靈活方便。但測站上空必須開闊，以使接收GPS衛星信號不受干擾。

2.2定位精度高一般雙頻GPS接收機基線解精度為5mm+1ppm，而紅外儀標稱精度為5mm+5ppm，GPS測量精度與紅外儀相當，但隨著距離的增長，GPS測量優越性愈加突出。大量實驗證明，在小于50公里的基線上，其相對定位精度可達12×10-6，而在100～500公里的基線上可達10-6～10-7。

2.3觀測時間短采用GPS布設控制網時，每個測站上的觀測時間一般在30～40min左右，采用快速靜態定位方法，觀測時間更短。例如使用接收機的rtk法可在5s以內求得測點坐標。

2.4提供三維坐標GPS測量在精確測定觀測站平面位置的同時，可以精確測定觀測站的大地高程。

2.5操作簡便GPS測量的自動化程度很高。目前GPS接收機已趨小型化和操作傻瓜化，觀測人員只需將天線對中、整平，量取天線高打開電源即可進行自動觀測，利用數據處理軟件對數據進行處理即求得測點三維坐標。而其它觀測工作如衛星的捕獲，跟蹤觀測等均由儀器自動完成。

三、GPS衛星定位系統在工程測量中的應用

3.1GPS測量的技術設計①設計依據。GPS測量的技術設計主要依據1999年建設部的行業標準《城市測量規范》、1997年建設部的行業標準《全球定位系統城市測量技術規程》及工程測量合同有關要求制定的。②設計精度。根據工程需要和測區情況，選擇城市或工程二級GPS網作為測區首級控制網。要求平均邊長小于1km，最弱邊相對誤差小于1/10000，GPS接收機標稱精度的固定誤差a≤15mm，比例誤差系數b≤20×10－6。③設計基準和網形?？刂凭W共12個點，其中聯測已知平面控制點2個，高程控制點5個。采用3臺GPS接收機觀測，網形布設成邊連式。④觀測計劃。根據GPS衛星的可見預報圖和幾何圖形強度（空間位置因子PDOP），選擇最佳觀測時段（衛星多于4顆，且分布均勻，PDOP值小于6），并編排作業調度表。

3.2GPS測量的外業實施①選點。GPS測量測站點之間不要求一定通視，圖形結構也比較靈活，因此，點位選擇比較方便。但考慮GPS測量的特殊性，并顧及后續測量，選點時應著重考慮：a.每點最好與某一點通視，以便后續測量工作的使用；b.點周圍高度角15°以上不要有障礙物，以免信號被遮擋或吸收；c.點位要遠離大功率無線電發射源、高壓電線等，以免電磁場對信號的干擾；d.點位應選在視野開闊、交通方便、有利擴展、易于保存的地方，以便觀測和日后使用；e.選點結束后，按要求埋設標石，并填寫點之記。②觀測。根據GPS作業調度表的安排進行觀測，采取靜態相對定位，衛星高度角15°，時段長度45min，采樣間隔10s。在三個點上同時安置三臺接收機天線（對中、整平、定向），量取天線高，測量氣象數據，開機觀察，當各項指標達到要求時，按接收機的提示輸入相關數據，則接收機自動記錄，觀測者填寫測量手簿。

通過以上分析，GPS系統在工程測量上將有很大的發展空間，為工程施工質量提供了有利的保障。